DE112014004772T5

DE112014004772T5 - Pumpe mit Verschleiß und Verschleißgraddetektion

Info

Publication number: DE112014004772T5
Application number: DE112014004772.4T
Authority: DE
Inventors: Paul G. Conley; Nathan DONOVAN
Original assignee: Lincoln Industrial Corp
Current assignee: Lincoln Industrial Corp
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2016-07-28
Also published as: CN105793637B; US20150107329A1; US9671065B2; CN105793637A; WO2015057412A1

Abstract

Gerät und Verfahren zum Bereitstellen eines Schmiermittels an mehreren Schmiermittelstellen. Das Gerät umfasst ein Steuergerät, das einen Kolbenverschleiß feststellt, durch Antreiben der Pumpe, um einen vorgegebenen Druck zu erreichen, Anhalten der Pumpe mit dem Kolben in einer Nulllage, und Messen des Drucks zu einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Schritt des Anhaltens der Pumpe. Der Kolbenverschleißumfang ist approximiert basierend auf einer Differenz zwischen dem vorgegebenen Druck und dem zu dem vorbestimmten Zeitintervall gemessenen Druck.

Description

UMFELD DER ERFINDUNG
Die folgende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Geräte zur Bereitstellung eines Schmiermittels, und spezieller auf ein Verfahren zum Feststellen eines Pumpenverschleißes, zum Abschätzen eines Verschleißumfangs, und zum Abschätzen eines Verschleißgrads.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung hat eine spezielle Anwendung bei automatischen Schmieranlagen, um Schmiermittel an mehreren Schmierstellen in festgelegten Intervallen und/oder in festgelegten Mengen bereitzustellen. Lincoln Industrial verkauft derartige automatische Anlagen unter den Marken Quicklub^®, Centro-Matic^®, und Helios^®. Das Quicklub^® System umfasst ein Reservoir zum Vorhalten eines Schmiermittels, ein Rührelement zum Rühren des Schmiermittels, und eine elektrische oder pneumatische Pumpe zum Pumpen des Schmiermittels aus dem Reservoir in eine oder mehrere Progressivverteilerventile (Verteiler), die jeweils betrieben werden, um Schmiermittel an mehreren Schmiermittelstellen auszugeben. Für weitere Details bezüglich eines beispielhaften Quicklub^® Systems kann Bezug genommen werden auf das US-Patent 6,244,387 , das hierin über Bezugnahme mit aufgenommen ist. Das Centro-Matic^® System ist ähnlich zu dem Quicklub^® System, bis darauf, dass das Schmiermittel von der Pumpe durch eine einzige Versorgungsleitung an Injektoren geleitet wird, die betrieben werden, um eine zugemessene Schmiermittelmenge an einer einzelnen Schmiermittelstelle abzugeben. Für weitere Details bezüglich eines exemplarischen Centro-Matic^® Systems wird auf das US-Patent 6,705,432 verwiesen, das unter Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Das Helios^® System ist ein Dualleitungssystem.
Fetthersteller haben für den Schwerindustriemarkt Fettrezepturen mit extremen Druckzusätzen entwickelt. Diese Zusätze reagieren unter hohen Lasten mit den Lagern, um einen Metallkontakt zu verhindern, wodurch der Verschleiß an den Lagern reduziert wird. Die Zusätze umfassen im Allgemeinen Festpartikel, die in das Fett eingemischt sind. In manchen Ausführungsbeispielen umfassen die Zusätze Molybdändisulfide und Kalziumcarbonate, die dem Fett beigemischt sind. Obwohl diese Zusätze den Lagerverschleiß reduzieren, wirken sie wie ein Scheuermittel in den Schmiermittelpumpen. Insbesondere verschleißen die Zusätze die Kolben in den Pumpen während der sich wiederholenden Hin- und Her-Pumpaktion unter hohen Pumpdrücken. Kolbenverschleiß kann die Pumpen daran hindern, einen ausreichenden Druck herzustellen und das Fett zu verteilen. Demnach gibt es einen Bedarf für Systeme und Verfahren, um einen Kolbenverschleiß vorherzusagen und abzuschätzen, so dass Abhilfemaßnahmen getroffen werden können, bevor die Pumpen ausfallen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt vorliegender Erfindung ist auf ein Verfahren zum Feststellen eines Kolbenverschleißes in einer axialen Kolbenpumpe gerichtet. Die Pumpe hat einen Kolben, der von einem Motor angetrieben wird, um sich axial innerhalb eines Zylinders durch einen Pumphub, einen Füllhub und durch eine Nulllage hin- und herzubewegen. In der Nulllage überlappt der Kolben eine Messstelle in dem Zylinder und die Druckfläche des Kolbens ist in einem vorgegebenen Abstand von der Messstelle angeordnet. Das Verfahren umfasst die Schritte des Antreibens der Pumpe, um einen vorgegebenen Druck zu erreichen, und Anhalten der Pumpe mit dem Kolben in seiner Nulllage. Das Verfahren umfasst weiterhin das Messen eines Drucks an der Messstelle in einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Schritt des Anhaltens der Pumpe. Ein Umfang des Kolbenverschleißes wird basierend auf einem Unterschied zwischen dem vorgegebenen Druck und dem zu dem vorbestimmten Zeitintervall gemessenen Druck approximiert.
In einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Feststellen eines Kolbenverschleißes gerichtet umfassend die Schritte des Antreibens der Pumpe, um einen vorgegebenen Druck zu erreichen, Anhaltens der Pumpe mit dem Kolben in seiner Nulllage, und Messen des Drucks an einer Messstelle in einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Schritt des Anhaltens der Pumpe. Eine indexierte Kolbenposition, in die der Kolben um einen vorgewählten indexierten Abstand von der unmittelbar vorhergehenden Position, an welcher der Kolben für das Messen des Drucks angehalten wurde, zurückgefahren wird, wird berechnet. Die Pumpe wird wieder angetrieben, um den vorgegebenen Druck zu erreichen und wird mit dem Kolben an der berechneten indexierten Position wieder angehalten. Der Druck wird an der Messstelle in einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Anhalten der Pumpe gemessen. Die Schritte des Berechnens der indexierten Kolbenposition, des Antreibens der Pumpe, des Anhaltens des Kolbens in der berechneten indexierten Position werden wiederholt bis der gemessene Druck einem vorbestimmten Druck entspricht, der anzeigt, dass ein bekannter Verschleißumfang aufgetreten ist.
Die obenstehende Zusammenfassung ist angegeben, um eine Auswahl der Konzepte in vereinfachter Form anzugeben, die in der detaillierten Beschreibung weiter unten weiter beschrieben werden. Die Zusammenfassung ist nicht dazu geeignet, Schlüsselmerkmale oder essenzielle Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch ist sie dazu gedacht, als Hilfsmittel benutzt zu werden, den Rahmen des beanspruchten Gegenstands festzulegen. Andere Aufgaben und Merkmale werden im Folgenden teils offenkundig und teils besonders herausgestellt.
KURZE BECHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines konventionellen automatischen Schmiersystems mit Progressivverteilventilen für das Leiten von Schmiermittel an Schmiermittelstellen;
2 ist eine schematische Ansicht eines konventionellen automatischen Schmiersystems mit Injektoren zum Leiten von Schmiermittel an Schmiermittelstellen;
3 ist eine Perspektive einer Pumpeneinheit;
4 ist eine vertikale Schnittansicht durch die Pumpeneinheit, die einen Nachfüllanschluss zum Nachfüllen eines Reservoirs der Einheit zeigt;
5 ist eine vergrößerte Ansicht aus 4;
6 ist ein vertikaler Schnitt durch eine Pumpeneinheit, die einen linearen Antriebsmechanismus der Pumpeneinheit darstellt;
7 ist ein vergrößerter Teil von 6, der den linearen Antriebsmechanismus darstellt;
8 ist ein vergrößerter Teil von 7, der einen zylindrischen Einlass des Antriebsmechanismus darstellt;
9 ist eine Ansicht ähnlich wie 7 aber um 90 Grad gedreht, um einen länglichen Teil des Zylindereinlasses darzustellen;
10 ist eine Draufsicht auf einen Rührmechanismus der Pumpeneinheit;
11 ist eine vertikale Schnittansicht durch den Antriebsmotor und zugehörige Komponenten des Rührelements;
12 ist eine Bodenansicht der Pumpeneinheit;
13 ist ein vergrößerter vertikaler Schnitt durch die Ebene 13-13 aus 12;
14 ist eine vergrößerte vertikale Schnittansicht, die Komponenten des linearen Antriebsmechanismus zeigt, inklusive einer Antriebsschraube, eines Kolbens, eines Folgekolbengehäuses, und eines Folgekolbens;
15 ist eine perspektivische Ansicht der Antriebsschraube;
16 ist eine Schnittansicht durch den Folgekolben;
17 ist eine vertikale Schnittansicht in der Ebene entlang 17-17 aus 7; und
18 ist eine vergrößerte Ansicht ähnlich wie 8, die aber den Kolben in seiner Nulllage zeigt.
Einander entsprechende Teile werden durch einander entsprechende Bezugszeichen in allen Zeichnungen bezeichnet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein konventionelles Quicklub^® System, das allgemein mit 100 bezeichnet ist, mit einer Pumpeneinheit 300, die dazu betrieben wird, um ein Schmiermittel durch eine Schmiermittelversorgungsleitung 114 an ein Hauptverteilerventil, das im Allgemeinen mit 118 bezeichnet ist, zu transportieren, wobei das Hauptverteilerventil einen Einlass 120 und mehrere Auslässe 124 aufweist, die über Leitungen 128 mit Einlässen 130 von zusätzlichen (Neben)Verteilerventilen, die im Allgemeinen mit 134 bezeichnet werden, verbunden sind. Die Verteilerventile 134 sind über Leitungen 138 mit Lagern 144 oder anderen Schmiermittelstellen verbunden. Die Anzahl der verwendeten Verteilerventile 134 kann abhängig von der Anzahl der zu versorgenden Schmiermittelstellen variieren.
2 zeigt ein konventionelles Centro-Matic^® System, dass allgemein mit 200 bezeichnet wird, mit einer Pumpeneinheit 300, die dazu betrieben wird, Schmiermittel durch eine Schmiermittelversorgungsleitung 214 an mehrere Injektoren 130 zu pumpen, die jeweils einen Einlass, der mit der Schmiermittelversorgungsleitung 214 über Durchlässe in einer Sammelleitung 132 verbunden ist, und einen Auslass 180, der über eine Leitung 144 mit einem Lager 155 oder einer anderen Schmiermittelstelle verbunden ist, aufweisen.
Die 3 bis 14 zeigen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung mit einer Pumpeneinheit 300 zum Verteilen von Schmiermittel auf verschiedene Schmiermittelverteilsysteme (beispielsweise Progressivsysteme, Injektorsysteme, CAN-Bus-Systeme, Dualleitungssysteme und Kombinationen davon). Im Allgemeinen umfasst die Pumpeneinheit 300 ein Reservoir, allgemein bezeichnet durch 304, zum Vorhalten von Schmiermittel (beispielsweise Fett) und ein Pumpengehäuse, allgemein bezeichnet mit 306, unterhalb des Reservoirs zum Aufnehmen verschiedener Pumpenkomponenten der Einheit. Beispielsweise umfassen, wie in 6 gezeigt, die Pumpenkomponenten, die in dem Gehäuse 306 untergebracht sind, einen Pumpenzylinder, allgemein bezeichnet mit 308, und einen Kolben, allgemein bezeichnet mit 310, der hin- und herbewegbar in dem Zylinder angeordnet ist. Andere Komponenten werden weiter unten beschrieben werden.
Bezug nehmend auf die 3 und 4 umfasst das Reservoir 304 einen Behälter 318 mit einer Seitenwand 320 und einem entfernbaren Deckel 326. Die unteren Enden der Seitenwand 320 liegen auf dem Pumpengehäuse 306 auf, das den Boden des Gehäuses 318 ausbildet. Mehrere Verbindungsstangen 330 verbinden den Deckel 326 mit dem Pumpengehäuse 306 und halten den Behälter an dem Gehäuse am Platz. Der Deckel 326 kann durch Lösen der Muttern 332 von den Verbindungsstangen 330 entfernt werden. Der Behälter 318 hat einen Innenraum 336 zum Vorhalten von Schmiermittel (beispielsweise Fett). Eine federbeaufschlagte Folgeplatte 338, die an einer vertikalen Mittelachse 340 in dem Behälter 318 angeordnet ist, ist gegen das Fett vorgespannt und streift die inneren Flächen des Behälters ab, wenn der Schmiermittelfüllstand während des Betriebs der Pumpeneinheit 300 sinkt.
Bezugnehmend auf die 4 und 5 umfasst das Pumpengehäuse 306 eine obere Wandung 342, eine Seitenwandung 344, die eine von der oberen Wandung abhängige Einfassung ausbildet, und eine Bodenabdeckung 346 (6), die an dem Gehäuse befestigt ist. Eine Dichtung 348 ist zwischen der Bodenabdeckung und dem Gehäuse 306 angeordnet, um innerhalb des Gehäuses eine trockene Umgebung aufrechtzuerhalten. Ein Kranz 350 erstreckt sich von der oberen Wandung 342 und ist dazu bemessen, die unteren Enden des Reservoirbehälters 318 aufzunehmen. Eine Dichtung 342 an dem Kranz 350 wirkt mit der Seitenwand 320 des Behälters zusammen, um eine Leckage zu verhindern. Ein Nachfüllanschluss 354 ist an dem Gehäuse 306 vorgesehen, um den Behälter 318 mit Schmiermittel wieder zu befüllen. Eine Füllleitung 356 verbindet den Nachfüllanschluss 354 mit einer Auslassöffnung 360 in der oberen Wandung 342 des Gehäuses. Die Auslassöffnung 360 steht in Wirkverbindung mit dem Innenraum 336 des Behälters 318, um den Behälter mit Schmiermittel wieder zu befüllen. In einem Dualleitungssystem ist der Nachfüllanschluss 354 mit einer Rückführleitung verbunden, um einen Zugang zu dem Behälter 318 bereitzustellen, und um Schmiermittel, das durch die Rückführleitung bereitgestellt ist, in den Behälter rückzuführen.
Wie in 6 dargestellt, ist der Pumpenzylinder 308 in dem Gehäuse 306 unmittelbar unterhalb der oberen Wandung 342 des Gehäuses befestigt. Wie in den 6 und 7 dargestellt, umfasst der Pumpenzylinder 308 einen Zylinderkörper 362 und ein Ventilgehäuse 364, das in Schraubverbindung mit dem Zylinderkörper steht. Der Zylinderkörper 362 ist als von einer zweiteiligen Bauweise dargestellt, er kann jedoch jede beliebige Anzahl von Teilen aufweisen. Der Zylinderkörper 362 und das Ventilgehäuse 364 haben koaxiale Längsbohrungen, die entsprechend mit 366 bzw. 368 bezeichnet werden. Der Kolben 310 bewegt sich in der Bohrung 366 hin und her. Die Bohrung 368 in dem Ventilgehäuse 364 hat verschiedene Durchmesser, um unterschiedliche Rückschlagventilkomponenten aufzunehmen, die weiter unten beschrieben werden.
Der Zylinderkörper 362 hat einen Einlass mit einer Einlasspassage 370, die sich von einer Fläche 372 des Körpers zu der Zylinderbohrung 366 erstreckt. Die Fläche 372 ist in dichtender Wirkverbindung (über Dichtung 376 in 8) mit einer gegenüberliegenden Fläche 378 der oberen Wandung 342 des Pumpengehäuses 306. Die obere Wandung 342 des Pumpengehäuses hat eine Öffnung 382, die an der Einlasspassage 370 ausgerichtet ist, um einen definierten tunnelähnlichen Strömungsweg 386 von dem Innenraum 336 des Behälters 318 zu der Zylinderbohrung 366 auszubilden. Der Strömungsweg 386 ist über seine ganze Länge von dem Innenraum des Behälters 336 bis zu der Zylinderbohrung 366 geschlossen. Erstrebenswerterweise ist der Strömungsweg 386 ein im Wesentlichen geradliniger Weg, der sich im Allgemeinen von einem oberen Ende des Strömungswegs zu einem unteren Ende des Strömungswegs erstreckt. Weiterhin ist erstrebenswerter Weise die Gesamtlänge des definierten Strömungswegs 386 relativ kurz.
Bezug nehmend auf 8 ist die Öffnung 382 in der oberen Wandung 342 des Pumpengehäuses 306 im Allgemeinen konisch ausgebildet, und definiert einen Auslass aus dem Behälter 318. Die Öffnung 382 hat ein diametral groß dimensioniertes, oberes Ende, um die Strömung des Schmiermittels von dem Tank 318 in die Öffnung zu erleichtern, und ein diametral kleiner dimensioniertes, unteres Ende. Die keglig zulaufende Öffnung 382 füllt Schmiermittel trichterförmig in die Einlasspassage 370 des Zylinders 308.
Die Zylindereinlasspassage 370 hat einen oberen Teil, der im Wesentlichen zylindrisch (mit einer schmalen Verjüngung, um die Herstellung zu vereinfachen) ausgebildet ist und koaxial zu der Öffnung 382 in der oberen Wandung 342 des Gehäuses 306 angeordnet ist. Die Einlasspassage 370 hat zudem einen unteren Abschnitt 374, der länglich (beispielsweise rennstreckenförmig), wie in der horizontalen Querschnittsansicht (siehe 9 und 10) dargestellt, ausgebildet ist. Der längliche Teil 374 hat eine Hauptachsenabmessung, die in etwa gleich dem Gesamtdurchmesser der Zylinderbohrung 366 an der Verbindung der Einlasspassage 370 mit der Zylinderbohrung ist, und eine kleinere, im Allgemeinen parallel zu der longitudinalen Mittellinie der Zylinderbohrung ausgerichtete Nebenachsenabmessung, die kleiner als der Gesamtdurchmesser der Zylinderbohrung 366 ist. Die längliche Konfiguration maximiert den Bereich der Strömung in die Zylinderbohrung 366 und reduziert die effektive Länge des Kolbenarbeitshubs (d.h. des Teils des Kolbenarbeitshubs, nach dem der Kolben 360 die Zylindereinlasspassage 370 überfahren hat und die Verbindung zwischen der Bohrung 366 und der Einlasspassage blockiert). Als Resultat weist die Pumpeneinheit 300 ein kompakteres Design auf, aber pumpt dennoch ein relativ großes Volumen an Schmiermittel (beispielsweise mindestens 1,5 cm²) pro Pumpenhub des Kolbens 310.
Bezug nehmend auf 4, 10 und 11 ist ein Rührelement, allgemein bezeichnet mit 400, vorgesehen, um Schmiermittel in dem Behälter 318 zu rühren. Das Rührelement 400 umfasst eine Drehnabe 402, die um eine vertikale Achse 404 durch einen ersten Antriebsmechanismus 406 in dem Pumpengehäuse 306 drehbar ist. Ein Arm 410 erstreckt sich im Allgemeinen in der Nähe der Unterseite des Behälters 318 horizontal von der Nabe 402 nach außen. Ein vertikales Rührelement 414 erstreckt sich an dem äußeren Ende des Arms 410 neben der Zylinderwand 320 des Behälters 318 nach oben. Das Rührelement 400 rotiert, um das Schmiermittel in dem Behälter zu verflüssigen und Luftblasen aufzubrechen, die in dem Schmiermittel vorhanden sind, um das Risiko zu minimieren, dass die Pumpeneinheit ihre Ansaugstärke verliert.
Bezug nehmend auf 11 umfasst der Antriebsmechanismus 406 des Rührelements einen elektrischen Motor 416 und ein Getriebe 418, das die Abtriebswelle 420 des Motors mit der Nabe 402 des Rührelements 400 verbindet. Eine Drehung der Abtriebswelle 420 wirkt über das Getriebe 418, um das Rührelement 400 um die vertikale Achse 404 mit einer geeigneten Geschwindigkeit (beispielsweise 40 bis 60 Drehungen pro Minute) zu drehen. Die Rührelementnabe 402 ist an einer Abtriebswelle 442 des Getriebes (beispielsweise über eine Stellschraube) angebunden, so dass die Nabe in Übereinstimmung mit der Abtriebswelle rotiert. Eine Klemmhülse 426 an dem oberen Ende der Rührelementnabe 402 trägt das untere Ende der Folgeplattenachse 340. Die Klemmhülse 426 ist mit der Rührelementnabe über geeignete Mittel (beispielsweise eine Stellschraube) verbunden, so dass sie in Übereinstimmung mit der Rührelementnabe rotiert. Das untere Ende der Folgeplattenachse 340 ist in einer Öffnung 428 an dem oberen Ende der Klemmhülse 426 aufgenommen und verbleibt drehfest, wenn die Klemmhülse mit der Welle 402 rotiert.
Das Rührelement 400 umfasst einen Zwangsfördermechanismus 430, der über die Drehung des Rührers betrieben ist, um Schmiermittel unter Druck aus dem Behälter durch den Behälterauslass, d.h. durch die Öffnung 382, zu pressen. Wie in 5 dargestellt, umfasst der Zwangsfördermechanismus 430 ein Zwangsförderelement 432 an dem Arm 410 des Rührelements. Das Zwangsförderelement 432 erstreckt sich entlang des Arms und hat eine sich nach unten neigende untere Fläche 436. Das Zwangsförderelement 432 endet an einem unteren Ende 438, das in relativ kurzem Abstand (beispielsweise 0,16 inch) von der Wandung 342 beabstandet ist. Eine Drehung des Rührelements 400 bewirkt, dass sich das winklige Zwangsförderelement 432 durch das Schmiermittel bewegt, und darauf abzielt, Schmiermittel nach unten durch die Öffnung 382 in der Oberseite 342 des Pumpengehäuses 306 und entlang des definierten Strömungswegs 370 zu der Zylinderbohrung 366 zu drücken.
Die auf das Schmiermittel durch den Zwangsfördermechanismus 430 aufgebrachte nach unten gerichtete Druckkraft wird durch eine Sogkraft, die auf das Schmiermittel durch den Kolben 310 der Pumpe, wenn er sich durch den Rückhub bewegt, aufgebracht wird, vervollständigt. In diesem Zusammenhang ist es zu verstehen, dass eine Bewegung des Kolbens durch den Rückhub einen verminderten Druck in der Zylinderbohrung 366 erzeugt, die darauf abzielt, Schmiermittel nach unten entlang des Strömungswegs 370 in Richtung der Zylinderbohrung zu saugen. Erstrebenswerterweise ist die Steuereinheit der Pumpeneinheit 300 dazu programmiert, das Rührelement 400 und den Kolben 310 simultan zu betreiben, so dass die Druck- und Sogkräfte zusammenwirken, um das Schmiermittel entlang des definierten Strömungswegs 370 in die Zylinderbohrung 366 zu bewegen. Kombiniert sind diese Kräfte dazu fähig, das Schmiermittel mit mehr Nachdruck aus dem Reservoir in die Zylinderbohrung zu bewegen. Des Weiteren sind diese Kräfte maximiert, da der Strömungsweg 370 von dem Innenraum des Behälters 336 zu der Zylinderbohrung 366 entlang seiner gesamten Länge von der Atmosphäre abgeschlossen ist. Im Ergebnis ist die Pumpeneinheit 300 dazu fähig, höher viskose Schmiermittel mit geringeren Temperaturen als herkömmliche Pumpeneinheiten zu pumpen.
Bezug nehmend auf 7 ist ein erstes Kugelrückschlagventil 470 in dem Ventilgehäuse 364 angeordnet, um sich in der Bohrung 368 zwischen einer geschlossenen Position, in welcher es einen ersten Ventilsitz 472 in dem Gehäuse einnimmt, um eine Strömung durch die Zylinderbohrung 366 während des Rückhubs des Kolbens 310 zu blockieren, und einer offenen Position, in welcher die Kugel eine Strömung durch die Bohrung während eines Pumpenhubs des Kolbens ermöglicht, zu bewegen. Eine erste Spiraldruckfeder 476, die an einem Ende gegen das Kugelrückschlagventil 470 einwirkt, drückt die Kugel in Richtung ihrer geschlossenen Position. Das gegenüberliegende Ende der Feder 476 wirkt gegen ein zweites Kugelrückschlagventil 478, das stromab von dem ersten Kugelventil 470 angeordnet ist. Das zweite Kugelventil 478 ist in dem Ventilgehäuse 364 angeordnet, um sich in der Bohrung 368 zwischen einer geschlossenen Position, in welcher es einen zweiten Ventilsitz 480 an dem Gehäuse einnimmt, um eine Strömung durch die Zylinderbohrung 366 während eines Rückhubs des Kolbens 310 zu blockieren, und einer offenen Position, in welcher es eine Strömung durch die Bohrung während eines Pumpenhubs des Kolbens ermöglicht, zu bewegen. Eine zweite Spiraldruckfeder 482, die gegen ein Ende des zweiten Kugelventils 478 wirkt, drückt die Kugel in Richtung ihrer geschlossenen Position. Das gegenüberliegende Ende der Feder 482 wirkt gegen einen Verschluss 484, der in ein stromabwärts angeordnetes Ende der Bohrung 368 eingeschraubt ist. Die Verwendung von zwei Rückschlagventilen 470, 478 statt nur eines Rückschlagventils reduziert die Möglichkeit eines Schmiermittelrückflusses in die Zylinderbohrung 366 während eines Rückhubs des Kolbens 310.
Bezug nehmend auf die 7 und 13 weist der Pumpenzylinder 308 einen Auslass mit einem Auslassanschluss 500 in dem Zylinderkörper 362 auf. Der Auslassanschluss 500 kommuniziert mit der Zylinderbohrung 366 über einen Ringspalt 502, der zwischen dem Ventilgehäuse 364 und dem zylindrischen Körper 362 angeordnet ist, und über eine Verbindungspassage 504, die sich zwischen dem Ringspalt und der Bohrung 368 in dem Ventilgehäuse an einem Ort, der stromab von dem zweiten Kugelrückschlagventilsitz 480 angeordnet ist, erstreckt. Ein Schmiermittelauslassformstück 508 ist in den Auslassanschluss 502 eingeschraubt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Auslassformstück 508 ein T-Formstück für eine Schmiermittelströmung zu einer ersten Versorgungsleitung 514, die an dem Pumpengehäuse 306 an einer Stelle befestigt ist, und zu einer zweiten Versorgungsleitung 516, die an dem Pumpengehäuse an einer zweiten Stelle, die um das Gehäuse herum von der ersten Stelle beabstandet ist, befestigt ist. Die Auslassenden jeder der Versorgungsleitungen 514, 516 sind mit selbst abdichtenden Schnell-Verbindungs-/Trennverbindern 520 ausgestattet, um das Verbinden der Versorgungsleitung mit einer Schmiermittelversorgungsleitung zu erleichtern, die Schmiermittel an einem Verteilsystem der einen oder anderen Art bereitstellt. Im Allgemeinen wird für ein gegebenes Verteilsystem nur eine der zwei Versorgungsleitungen verwendet, wobei die für die Verwendung ausgewählte Versorgungsleitung die geeignetste Ausgestaltung für Bedingungen im praktischen Einsatz darstellt. Dennoch können beide Versorgungsleitungen in manchen Betriebseinrichtungen verwendet werden.
Bezug nehmend auf die 12 und 13 weist der Zylinderkörper 362a auch einen Sensoranschluss 524 auf, der mit der Bohrung 368 über den Ringspalt 502 und die Verbindungspassage 504 kommuniziert. Ein in den Sensoranschluss eingeschraubter Drucksensor 526 detektiert den Druck an dem Auslassende der Zylinderbohrung 366 und sendet ein dem detektierten Druck entsprechendes Signal an einen programmierbaren Mikroprozessor 572.
Wie in 7 dargestellt, stellt eine Druckentlastungspassage 530 in der Zylinderbohrung 362 eine fluidische Verbindung zwischen einer ersten Stelle in der Zylinderlängsbohrung 366 stromaufwärts von dem ersten Rückschlagventilsitz 472, und einer zweiten Stelle in der Zylinderlängsbohrung 368 stromabwärts des zweiten Rückschlagventilsitzes 480 bereit. Das stromabwärtige Ende der Druckentlastungspassage 530 kommuniziert mit der zweiten Stelle über den Auslassanschluss 500, den Ringspalt 502 und die Verbindungspassage 504. Die Druckentlastungspassage 530 ermöglicht, dass während bestimmter Rückhübe des Kolbens Schmiermittel in das Reservoir 304 abgelassen werden kann, um zu ermöglichen, dass Injektoren für nachfolgende Betriebszyklen zurückgesetzt werden, wie im Folgenden detaillierter beschrieben werden wird. Andere Ausgestaltungen der Druckentlastungspassage sind möglich.
Bezug nehmend auf die 14 bis 17 umfasst der Kolben 310 der Pumpeneinheit 300 einen hohlen zylindrischen Kolbenkörper 520, der ein vorderes Ende (an der rechten Seite wie dargestellt) und ein rückwärtiges Ende (auf der linken Seite wie dargestellt) aufweist. Der Körper 520 hat innere Schraubgewinde 522, die sich im Allgemeinen nahe einer Rückseite des Körpers in Richtung des vorderen Endes des Körpers erstrecken, aber vorzugsweise kurz vor dem vorderen Ende aufhören. Das vordere Ende des Kolbenkörpers 1222 ist durch einen Kolbenkopf 526 mit einer umfänglichen Dichtung 528, die mit der Innenseite des Körpers in Wirkverbindung steht, abgeschlossen.
Der Kolben 310 ist in hin- und herbewegender Weise in der Zylinderbohrung 366 durch einen zweiten Antriebsmechanismus, im Allgemeinen gekennzeichnet durch 540, bewegbar. Der Antriebsmechanismus 540 ist ein Linearstellantrieb mit einem Schrittmotor 542, der eine Abtriebswelle 544 aufweist, die mit einer koaxialen Gewindespindel 546, die in einem Hülsenlager 550 in einer Endwand 552 eines Folgekolbengehäuses 556 drehbar angeordnet ist, verbunden.
Die Gewindespindel 546 umfasst einen Gewindespindelkörper 560 mit einer Sackbohrung 562, die die Abtriebswelle 544 des Schrittmotors 542 aufnimmt, und einen mit einem Gewinde versehenen Schaft 566, der sich von dem Körper nach vorne erstreckt. Der Schaft 566 hat Außengewinde 568, die in Innengewinde 562 des Kolbenkörpers 520 eingreifen. Ein Eingriffsteil 570 verbindet die Schrittmotorabtriebswelle 544 mit dem Körper 560 der Gewindespindel, so dass sich die Welle und die Gewindespindel in Übereinstimmung drehen. Erstrebenswerterweise sind die ineinandergreifenden Gewinde an dem Kolben und die Gewindespindel für eine effiziente Kraftübertragung ausgelegt. So können beispielsweise die Gewinde 544, 568 vollständige ACME-Gewinde sein, die fähig sind, eine wesentliche Last zum Pumpen von Schmiermittel mit hohen Drücken aufzunehmen.
Axiale Schublasten, die auf den Kolben 310 und die Gewindespindel 546 wirken, werden durch erste und zweite Axiallager 574, 576 an entgegen liegenden Seiten der Endwand 552 des Folgekolbengehäuses 556 aufgenommen. Das erste Axiallastlager 574 nimmt axiale Lasten in Rückrichtung (d.h. in Richtung nach links wie in 15 dargestellt) während eines Pumphubs des Kolbens 310 auf, wenn sich dieser nach vorne in der Zylinderbohrung 366 bewegt. Das Axiallastlager 574 umfasst ein Nadellager 580 und zwei Lagerlaufflächen 582, die zwischen der Folgekolbengehäuseendwand 552 und einem umfänglichen radialen Flansch 584 an dem Gewindespindelkörper 560 eingeschlossen sind. Das zweite Axiallastlager 564 nimmt axiale Lasten in der Vorwärtsrichtung (d.h. in Richtung nach rechts wie in 14 dargestellt) während eines Rückhubs des Kolbens 310 auf, wenn dieser sich nach rückwärts in der Zylinderbohrung 366 bewegt. Das Axiallastlager 576 umfasst ein Nadellager 586 und zwei Lagerlaufflächen 588, die zwischen der Folgekolbengehäuseendwand 552 und einem Rückhaltering 590 an der Gewindespindel eingeschlossen sind. Eine Dichtung 592 in einer Gegenbohrung in der Folgekolbenendwand 552 unmittelbar vor dem zweiten Axiallastlager 526 dichtet gegen den Gewindespindelkörper 560 ab, um eine Leckage zu verhindern.
Eine Folgeplatte 600 ist an dem Kolben 310 befestigt für eine lineare Hin- und Herbewegung (nicht drehend) der Folgeplatte und des Kolbens in einem Hohlraum 602 in dem Folgekolbengehäuse 556. Der Hohlraum 602 erstreckt sich nach vorne von der Endwand 552 des Gehäuses 556, die allgemein neben dem rückwärtigen Ende des Gehäuses angeordnet ist, zu einem vorderen Ende des Folgekolbengehäuses. In diesem Ausführungsbeispiel ist die longitudinale Mittellinie des Hohlraums 602 im Allgemeinen koaxial mit der longitudinalen Mittellinie des Kolbens 310 und der Gewindespindel 546 ausgebildet. Das vordere Ende des Folgekolbengehäuses 550 dichtet gegen das rückwärtige Ende des Zylinderkörpers 362 ab, so dass die longitudinale Mittellinie des Hohlraums 602 im Allgemeinen koaxial zu der longitudinalen Mittellinie der Zylinderbohrung 366 ausgebildet ist, und so, dass sich der Kolben 310 für eine Hin- und Herbewegung von dem Folgekolbenhohlraum in die Zylinderbohrung 366 erstreckt.
Wie in 16 dargestellt, umfasst die Folgeplatte 600 einen kreisförmigen Folgeplattenkörper 606 der eine Mittelbohrung 608 mit einem diametral größeren Rückteil 608a, das den umfänglichen Flansch 584 an dem Gewindestangenkörper 560 und einen Teil des ersten Axiallastlagers 574 aufnimmt, und mit einem diametral kleineren Vorderteil 608b, das ein rückwärtiges Endteil des Kolbenkörpers 520 aufnimmt, aufweist. Der diametral kleinere Teil 608b der Folgeplattenbohrung 608 und der rückseitige Endteil des Kolbenkörpers 520 sind nicht kreisförmig (beispielsweise rechtwinklig), um eine relative Drehbewegung zwischen dem Kolben und der Folgeplatte zu verhindern. Eine relative axiale Bewegung zwischen den zwei Teilen ist durch einen sich nach innen erstreckenden peripheren Flansch 612 an dem Folgeplattenkörper 606 verhindert, der zwischen einem sich nach außen erstreckenden peripheren Flansch 614 an dem Kolbenkörper und einem Rückhaltering 620 an dem Kolbenkörper eingeschlossen ist. Andere Konstruktionen sind möglich, um eine relative Drehung und eine lineare Bewegung zwischen dem Kolben 310 und der Folgeplatte 600 zu verhindern.
Wie in 17 dargestellt, weist der Folgeplattenkörper 606 Einkerbungen 624 auf, um feststehende lineare Führungsschienen 626 an der Innenseite des Folgekolbengehäuses 556 aufzunehmen. Die Schienen 626 erstrecken sich im Allgemeinen in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Zylinderbohrung 366 und halten die Folgeplatte 600 (und den Kolben 310) gegen eine Rotation, wenn die Gewindestange 546 durch den Schrittmotor 552 gedreht wird. Als Resultat verursacht die Rotation der Motorabtriebswelle 544 und der Gewindestange 546 in einer Richtung, dass der Kolben 310 sich linear in der Zylinderbohrung 366 durch einen Pumpenhub bewegt, und eine Rotation der Abtriebswelle 544 und der Gewindestange 546 in der entgegengesetzten Richtung verursacht, dass sich der Kolben linear in der Zylinderbohrung durch einen Rückhub bewegt. Die Hublängen der Pump- und Rückkehrhübe werden durch den Betrieb des Schrittmotors 542 unter Steuerung des Steuergeräts gesteuert.
Erstrebenswerterweise dient der Hohlraum 602 als Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Schmiermittels (beispielsweise Öls), das für eine Schmierung der Gewinde 522, 568 an der Gewindestange 546 und des Kolbens 310 geeignet ist. Des Weiteren ist ein Ölfördermechanismus vorgesehen, um Öl aus dem Aufnahmeraum an die Gewinde zu führen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Ölfördermechanismus einen Teil der Gewindestange 546, der den Flansch 584 an dem Gewindestangenkörper 560 aufweist. Der Flansch 584 ist für eine Immersion in Öl in dem Aufnahmeraum 602 dimensioniert. Wenn die Gewindestange 546 rotiert, führt der Flansch 584 Öl aus dem Aufnahmeraum nach oben an eine Stelle oberhalb der Gewindestange, von wo das Öl nach unten entlang einer Vorderseite des Flansches 584 durch einen Spalt 630 zwischen dem Flansch und der Rückseite des Kolbenkörpers 520 fließt, um das Öl an den Gewinden an dem mit Gewinden versehenen Schaft der Gewindestange zu führen. Einkerbungen 634 sind in dem peripheren Rand des Flansches 584 vorgesehen, um die Fluidmenge, die von dem Flansch transportiert wird, zu erhöhen. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei einander diametral gegenüberliegende, im Allgemeinen U-förmige Aussparungen 634 vorgesehen, aber die Anzahl und die Form der Aussparungen können variieren. Andere Ölfördermechanismen können verwendet werden.
Ein Ölrückführmechanismus ist vorgesehen, um überschüssiges Öl, das an die ineinandergreifenden Gewinde 522, 566 an dem Kolbenkörper 520 und dem Gewindestangenschaft 566 geführt ist, in den Aufnahmeraum 602 rückzuführen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Ölrückführmechanismus eine axiale Einkerbung 640, die sich entlang des Äußeren des mit einem Gewinde versehenen Schafts 544 der Gewindestange erstreckt. Irgendein überschüssiges Öl an dem Schaft 566 bewegt sich entlang der Einkerbung 640, um durch einen Spalt 630 zwischen der Vorderseite des Gewindestangenflansches 584 (an der Vorderseite des Gewindestangenkörpers 560) und dem Rückende des Kolbenkörpers 520 in den Aufnahmeraum 602 rückgeführt zu werden. Eine Passage 644, die sich longitudinal durch den Folgeplattenkörper 606 erstreckt, ermöglicht, dass Schmiermittel in dem Aufnahmeraum 602 an der Folgeplatte 600 vorbeifließt, wenn sich die Folgeplatte und der Kolben zurück und vor in dem Hohlraum bewegen.
Bezug nehmend auf 9 weist das Folgekolbengehäuse 566 eine Einlasspassage 650 auf, die ermöglicht, dass Öl von einer geeigneten Versorgung in den Hohlraum fließt. Die Einlasspassage kann auch dazu verwendet werden, Öl aus dem Hohlraum abzulassen.
Ein Kalibrierungsmechanismus, im Allgemeinen bezeichnet mit 660 in der 14, ist bereitgestellt, um einen Betrieb des Schrittmotors 562 relativ zu der Position des Kolbens 310 in der Zylinderbohrung 366 zu kalibrieren. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst dieser Mechanismus 660 einen Magnet 662 an der Folgeplatte 600, der mit dem Kolben 310 bewegbar ist, und zumindest einen, vorzugsweise zwei Magnetfeldsensoren 664, 666, die an dem Folgekolbengehäuse 556 an räumlich beabstandeten Stellen im Hinblick auf die Richtung der Kolbenbewegung befestigt sind. Das Steuerelement der Pumpeneinheit 300 empfängt von dem Kalibriermechanismus 660 Signale, und kalibriert einen Betrieb des linearen Stellantriebs 540 relativ zu der Position des Kolbens 310 in dem Zylinder 308. Andere lineare Stellantriebe können verwendet werden, um den Kolben 310 in der Zylinderbohrung 366 hin- und herzubewegen.
Das Steuergerät der Pumpeneinheit 300 umfasst einen programmierbaren Mikroprozessor 372, der Informationen verarbeitet. Das Steuergerät kalibriert kontrolliert den Betrieb des linearen Stellantriebs 540 und reagiert auf Signale, die von dem Drucksensor 526 und dem Kalibrierungsmechanismus 660 (beispielsweise den Magnetfeldsensoren 664, 666) empfangen werden. Das Steuergerät steuert außerdem den Betrieb des Rührelementmotors 406 und des Schrittmotors 542. Erstrebenswerterweise initiiert das Steuergerät den Betrieb des Rührelementmotors 406 bevor der Schrittmotor 542 den Kolben 310 hin- und herbewegt. Diese Abfolge ermöglicht, dass das Rührelement 400 das Schmiermittel verflüssigt, und den Pumpenzylinder 308 mit Schmiermittel vorpumpt, bevor das Schmiermittelpumpen anfängt, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn das Schmiermittel in einem viskosen Zustand ist, wie beispielsweise in Kalt-Temperaturumgebungen. Nach einer geeigneten Verzögerung vorbestimmter Länge (beispielsweise 8 bis 12 Sek.) wird der Schrittmotor 542 mit Strom versorgt, um den Kolben 310 durch eine Abfolge von einem oder mehreren Pump- und Rückhüben zu bewegen, um die erwünschte Menge von Schmiermittel durch die Förderleitungen 514, 516, die an der Schmiermittelverteilversorgungsleitung angebunden sind, zu pumpen.
Wenn die Pumpe 300 in einem nicht Entlastungsmodus betrieben wird, bewegt sich der Kolben 310 in der Zylinderbohrung 366 durch einen Pumphub nach vorne, um Schmiermittel aus der Zylinderbohrung 366 zu pumpen und rückwärts durch einen nicht entlasteten Rückhub, während dessen der Kolben kurz vor der Stelle stoppt, an der die Druckentlastungspassage 530 mit der Zylinderbohrung in Verbindung steht. Als Resultat steht die Druckentlastungspassage 530 nicht mit dem Innenraum 336 des Behälters 318 in Verbindung und es gibt während des Rückhubs des Kolbens keine Druckentlastung des Verteilsystems. Wie vorstehend erläutert, ist eine derartige Entlastung unnötig bei Progressivventilverteilungsanwendungen.
Wenn die Pumpeneinheit 300 mit einem Injektorverteilsystem, das eine Druckentlastung erfordert, verwendet wird, wird das Steuergerät der Pumpeneinheit derart programmiert, dass die Einheit derart betrieben wird, dass eine erwünschte Menge an Schmiermittel durch eine Schmiermittelversorgungsleitung an mehrere Injektoren in den gewünschten Zeitintervallen transportiert wird. Die Injektoren werden betrieben, um eine zugemessene Menge von Schmiermittel an ansprechende Schmierstellen (beispielsweise Lager) zu liefern. In diesem Modus wird die Pumpeneinheit 300 wie oben beschrieben betrieben, abgesehen davon, dass der Kolben 310 sich in der Zylinderbohrung 366 vorwärts durch einen Pumpenhub bewegt, um Schmiermittel aus der Zylinderbohrung 366 zu pumpen, und rückwärts durch einen Entlastungsrückhub, während dessen sich der Kolben über die Stelle, an der die Druckentlastungspassage 530 mit der Zylinderbohrung 366 in Verbindung steht, hinwegbewegt. Das bedeutet, dass die Grenze des Rückhubs oberhalb der Stelle liegt, an der die Druckentlastungspassage 530 mit der Zylinderbohrung 366 in Verbindung steht. Als Resultat steht die Druckentlastungspassage 530 mit dem Innenraum des Behälters (über die Zylinderbohrung 366 und den definierten Strömungsweg 386) in Verbindung, und Schmiermittel wird in den Tank abgelassen, um zu ermöglichen, dass sich die Injektoren für das nächste Schmierereignis zurückstellen.
Demnach ist der Kolben 310 der Pumpeneinheit 300 durch beide Entlastungs- und Nicht-Entlastungsrückhübe bewegbar in Abhängigkeit davon, ob das Verteilersystem, das durch die Pumpeneinheit mit Schmiermittel versorgt wird, eine Druckentlastung zwischen den Schmieraktionen benötigt. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Entlastungsrückhub des Kolbens 310 etwas länger als der Nicht-Entlastungsrückhub des Kolbens.
Die Pumpeneinheit 300 ist dazu fähig, viskoses Schmiermittel bei relativ geringen Temperaturen zu pumpen, was zumindest teilweise dadurch bedingt ist, dass starke Druck/Sogkräfte auf das Schmiermittel ausgeübt werden, um das Schmiermittel aus dem Reservoir direkt in die Zylinderbohrung 366 zu zwingen. Wie oben erklärt, bedingt die Rotation des Rührelements 400, dass der Zwangsfördermechanismus 430 eine starke nach unten gerichtete Kraft auf das Schmiermittel in dem Innenraum 336 des Behälters 318 ausübt, die darauf abzielt, das Schmiermittel entlang des definierten Strömungswegs 386 zu der Zylinderbohrung 366 zu drücken. Des Weiteren erzeugt ein Rückhub des Kolbens eine Kraft, die darauf abzielt, das gleiche Schmiermittel entlang des gleichen definierten Strömungswegs 386 anzusaugen. Die Kombination dieser Druck- und Sogkräfte ist effektiv, um viskoses Schmiermittel bei geringen Temperaturen in die Zylinderbohrung zu bewegen.
Die Verwendung eines Rührelement und eines Zwangsfördermechanismus der oben beschriebenen Art ist nicht auf die Pumpeneinheit 300 beschränkt. Das Rührelement und der Zwangsfördermechanismus können in beliebigen Pumpeneinheitenarten verwendet werden, in welchen Schmiermittel entlang eines definierten Strömungswegs von einem Reservoir zu einem Einlass eines Zylinders transportiert wird, in dem sich ein Kolben hin- und herbewegt, um Schmiermittel an einem Schmiermittelverteilsystem bereitzustellen. Der Kolben kann durch jede beliebige Art von linearem oder nicht linearem Antriebsmechanismus hin- und herbewegt werden.
Weiterhin kann das Merkmal des Bewegens des Kolbens in einem Zylinder durch vorwärts gerichtete Pumphübe und durch rückwärts gerichtete Entlastungs- und Nicht-Entlastungs-Rückhübe verschiedener Länge in anderen Schmiermittelpumpeneinheiten als der Pumpeneinheit 300 implementiert werden. Der Kolben kann durch derartige Hübe durch jede Art von Linear- oder Nicht-Linear-Antriebsmechanismus hin- und herbewegt werden, um Schmiermittel an entlastete (beispielsweise Injektor) Schmiermittelverteilsysteme und nicht entlastete (beispielsweise Progressivverteiler) Schmiermittelverteilsysteme zu pumpen.
Über die Zeit kann der Kolben 310 bedingt durch Reibpartikel in dem Fett verschleißen. Wenn der Kolben 310 verschleißt, vergrößert sich das enge Spiel zwischen dem Kolben 310 und der Zylinderbohrung 366 graduell, was ermöglicht, dass Fett während des Pumphubs an dem Kolben vorbeiströmt, statt an den ersten und zweiten Kugelrückschlagventile 470, 478 vorbeigedrückt zu werden. Wenn der Kolben 310 ausreichend verschlissen ist, kann die Pumpe 300 nicht länger den erforderlichen Druck aufbringen und muss außer Betrieb genommen werden. Ein Diagnosetest kann durchgeführt werden, um den Pumpenverschleiß zu detektieren, einen Verschleißumfang abzuschätzen, und/oder eine Verschleißrate abzuschätzen, so dass ein Wartungspersonal voraussagen kann, wann ein Service oder ein Ersatz benötigt wird.
Auch wenn das Verfahren zum Feststellen eines Kolbenverschleißes durch ein zusätzliches Analyseelement oder Steuereinheit durchgeführt werden kann, die selektiv mit dem Pumpensteuergerät verbunden sind, ist es erstrebenswert, dass das Steuergerät dazu programmiert ist, die Diagnostik zu vorgegebenen Zeitintervallen oder auf Anforderung hin auszuführen. Das Steuergerät betreibt die Pumpe 300 bis der Drucksensor 526 einen vorgegebenen Druck misst. In manchen Ausführungsbeispielen ist der vorgegebene Druck ungefähr 3000 psi. Sobald die Pumpe den erwünschten vorgegebenen Druck erreicht, hält das Steuergerät die Pumpe 300 mit dem Kolben 310 in einer Nulllage an, die dadurch definiert ist, dass die Vorderseite oder Druckseite des Kolbens in einem vorgegebenen Abstand D (beispielsweise ungefähr 0,375 inch) vor der Mittellinie der Druckentlastungspassage 530, wie in 18 dargestellt, angeordnet ist. In diesem Fall bildet eine Öffnung, an der Stelle, an der die Druckentlastungspassage 530 die Zylinderbohrung 366 schneidet, eine Messstelle, an der der Drucksensor 526 den Druck misst. Da der Kolben dazu tendiert, von seiner Vorderseite nach rückwärts zu verschleißen, gewährleistet das Anordnen der Druckseite an einem bestimmten Abstand vor der Entlüftungspassage 530, dass sich ein ringförmiger Leckageweg entlang eines Umfangs des Kolbens 310 öffnet, wenn der Kolben verschleißt. Der vorgegebene Abstand kann über die Zeit variieren, um dem Kolbenverschleiß, der weiter entfernt von der Kolbendruckseite auftritt, Rechnung zu tragen. Der Sensor 526 misst den Druck zu einem vorbestimmten Zeitintervall, nachdem die Pumpe 300 angehalten wurde. In manchen Ausführungsbeispielen ist das vorbestimmte Zeitintervall, wenn der Sensor den Druck misst, innerhalb eines Bereichs zwischen ungefähr 10 Sek. und 15 Sek., nachdem die Pumpe gestoppt ist, und mehr bevorzugt ungefähr 15 Sek.
Eine Höhe des Kolbenverschleißes kann basierend auf einem Unterschied zwischen einem vorgegebenen Druck, an dem das Steuergerät die Pumpe 300 anhält und dem nach dem vorbestimmten Zeitintervall gemessenen Druck, nach dem die Pumpe angehalten ist, approximiert werden. Der Kolbenverschleiß kann durch empirische Verschleißdaten, für die der Verschleiß über einen Bereich von Druckverlusten oder -abfällen bekannt ist, approximiert werden. Falls der Unterschied zwischen dem vorgegebenen Druck und dem zu dem vorbestimmten Zeitintervall gemessenen Druck (d.h. der Druckabfall) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet (beispielsweise ungefähr 200 psi), kann ein Alarm oder Signal aktiviert werden, um ein Personal zu alarmieren, dass der Grenzwert überschritten wurde und die Pumpe für eine Reparatur oder einen Ersatz aus dem Dienst genommen werden sollte. Ähnlich kann Personal auch darüber in Kenntnis gesetzt werden, wenn der Unterschied zwischen dem vorgegebenen Druck und dem zu dem vorbestimmten Zeitintervall gemessenen Druck einen vorgegebenen Unterschied erreicht (beispielsweise 50 psi), der anzeigt, dass eine geringe Verschleißhöhe aufgetreten ist.
Wie von den Fachleuten erkannt werden wird, kann durch das Wiederholen der Schritte für das Feststellen des Kolbenverschleißes, nachdem ein bekanntes Zeitintervall verstrichen ist, eine Verschleißrate berechnet werden und ein zukünftiger Verschleiß kann basierend auf der/den berechneten früheren Verschleißrate(n) vorausgesagt werden. Das Vorhersagen eines zukünftigen Verschleißes kann durch das Annehmen einer linearen Verschleißrate vervollständigt werden oder im Fall, in dem mehrere frühere Verschleißdaten vorhanden sind, durch das Anlegen einer nicht-linearen Verschleißrate. Wie ebenfalls von den Fachleuten erkannt werden wird, kann die verbleibende Kolbenlebensdauer aus der hochgerechneten zukünftigen Verschleißrate und dem approximierten Umfang des Kolbenverschleißes approximiert werden. Alternativ können die zukünftigen Kolbenverschleißvorhersagen aus der Diagnose eines Kolbenverschleißes nach einer bekannten Anzahl von Kolbenhüben extrapoliert werden. Beispielsweise, falls nach 3000 Hüben ein Verschleiß von 2 μm auftritt, würde vorhergesagt werden, dass ein Verschleiß von 12 μm nach einer sechs Mal so großen Anzahl von Hüben (d.h. 18 000 Hübe) auftreten würde.
Der Mikroprozessor 572 kann dazu programmiert sein, das vorstehend beschriebene Diagnoseverfahren durchzuführen, nachdem die Pumpe eine vorgegebene Anzahl von Kolbenhüben (beispielsweise ungefähr 1000 Hübe) angesammelt hat. Alternativ oder zusätzlich kann der Mikroprozessor 572 dazu programmiert sein, das vorbeschriebene Verfahren durchzuführen, nachdem die Pumpe 300 für ein vorgegebenes kumulatives Dienstzeitintervall (beispielsweise ungefähr 50 Std.), betrieben wurde.
Beispiel:
Einige Prototyppumpen, die von Lincoln Industrial entwickelt wurden, wurden über einen bestimmten Zeitraum getestet, um zu verifizieren, dass der Verschleiß durch einen wie oben diskutierten gemessenen Druckabfall eingeschätzt werden kann. Die Pumpen werden betrieben bis der Sensor einen Druck von ungefähr 3000 psi misst, nachdem der Kolben in die Nulllage ungefähr 0,375 inches vor der Mittellinie der Druckentlastungspassage bewegt wurde und in dieser Position für 15 Sek. gehalten wurde. Der Druckabfall, der durch den Sensor gemessen wurde, wurde nach 15 Sek. aufgenommen, und der Kolbendurchmesser nahe der vorderen Druckfläche wurde gemessen, um festzustellen, wie viel Verschleiß aufgetreten ist. Das initiale radiale Spiel zwischen dem Kolben und dem Zylinder war ungefähr 3 bis ungefähr 5μm. Nachdem der Test über eine Vielzahl von Bedingungen mehrere Male durchgeführt wurde, wurden approximierte gemessene Druckverluste für verschiedene radiale Verschleißumfänge festgelegt. Die Bereiche des Verschleißes, die für die gemessenen Druckabfälle vorhanden waren, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 – Korrelation zwischen Druckabfall und radialen Kolbenverschleiß

Ungefährer gemessener Druckabfall (psi) Gemessener radialer Verschleiß (μm)

50 1

100 2–5

150 5–8

200 8–12
Das vorstehend beschriebene Verfahren zum Feststellen eines Kolbenverschleißes ist nicht genau genug, wenn nur ein kleiner Verschleißumfang (beispielsweise weniger als 1 μm) aufgetreten ist. Ein sensitiveres Verfahren ist vorhanden. Um dieses sensitivere Verfahren durchzuführen, betreibt das Steuergerät die Pumpe 300 bis, wie zuvor, der Drucksensor 526 den vorgegebenen Druck gemessen hat. Sobald die Pumpe den gewünschten vorbestimmten Druck erreicht hat, hält, wie vorstehend beschrieben, das Steuergerät die Pumpe 300 mit dem Kolben 310 in seiner Nulllage an. Der Sensor 526 misst, wie in dem vorherigen Verfahren beschrieben, den Druck zu einem vorbestimmten Zeitintervall, nachdem die Pumpe 300 angehalten wurde.
Wenn der gemessene Druckverlust geringer ist als ein vorgegebener Druck (beispielsweise ungefähr 50 psi), wird eine indexierte Kolbenposition berechnet. Die indexierte Kolbenposition ist eine Position, an der der Kolben um einen vorgegebenen indexierten Abstand (beispielsweise ungefähr 0,125 inch) von der unmittelbar vorhergehenden Position, entweder der Nulllage oder einer vorgegebenen indexierten Position, zurückgefahren ist. Die Pumpe wird wieder bis zum vorgegebenen Druck betrieben, aber während dieser Iteration wird die Pumpe mit dem Kolben in der berechneten indexierten Kolbenposition (beispielsweise 0,250 inch) angehalten. Der Druck an der Messstelle wird wie zuvor zu einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Anhalten der Pumpe gemessen. Falls der gemessene Druckverlust unterhalb des vorgegebenen Drucks ist, wird eine neue indexierte Kolbenposition berechnet (beispielsweise 0,125 inch) und die Schritte werden wiederholt, bis der Druckverlust den vorgegebenen Druck erreicht. Wie zuvor kann ein Kolbenverschleißumfang basierend auf der Distanz zwischen der indexierten Kolbenposition und der Nulllage, sowie basierend auf einem Unterschied zwischen dem vorgegebenen Druck, an dem das Steuergerät die Pumpe 300 anhält und dem zu einem vorbestimmten Zeitintervall gemessenen Druck, nachdem die Pumpe angehalten wurde, approximiert werden.
Andere Merkmale und Eigenschaften können in der vorher eingereichten PCT-Anmeldung Nr. PCT/US 2011/057592 gefunden werden, die hiermit über Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Wie von den Fachleuten erkannt werden wird, können die Merkmale jedes der obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele kombiniert werden. Diese Kombinationen sind vorausgesehen als innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegend.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können in einem allgemeinen Kontext von Daten und/oder computerausführbaren Anweisungen, wie beispielsweise Programmmodulen, beschrieben, auf einem oder mehreren dinghaften Computerspeichermedien gespeichert und von einem oder mehreren Computern oder anderen Geräten ausgeführt sein. Im Allgemeinen umfassen, aber sind nicht darauf limitiert, die Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, und Datenstrukturen, die spezielle Aufgaben ausführen oder spezielle abstrakte Datentypen implementieren. Aspekte der Erfindung können auch in dezentralen Rechenumgebungen durchgeführt werden, in denen die Aufgaben von Remote-Recheneinheiten ausgeführt werden, die durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer dezentralen Rechenumgebung können die Programmmodule sowohl lokal als auch auf Remote-Computerspeichermedien inklusive Hauptspeichergeräten angeordnet sein.
Im Betrieb können die Computer und Server computerausführbare Anweisungen, wie beispielsweise die hierin dargestellten, ausführen, um Aspekte der Erfindung zu implementieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können mit computerausführbaren Anweisungen implementiert sein. Die computerausführbaren Anweisungen können in einem oder mehreren computerausführbaren Komponenten oder Modulen auf einem dinglichen computerlesbaren Speichermedium organisiert sein. Aspekte der Erfindung können in irgendeiner Anzahl und Organisation derartiger Komponenten oder Module implementiert sein. Beispielsweise sind Aspekte der Erfindung nicht auf spezielle computerausführbare Anweisungen oder spezifische Komponenten oder Module, wie in den Figuren dargestellt und hierin beschrieben, limitiert. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung können verschiedene computerausführbare Anweisungen oder Komponenten umfassen, die mehr oder weniger Funktionalitäten, als die hierin dargestellten und beschriebenen, aufweisen.
Der Befehl zum Ausführen oder Durchführen der Operationen in hierin dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist, solange nicht anderweitig spezifiziert, nicht essentiell. Das bedeutet, dass die Operationen, solange nicht anderweitig spezifiziert, in beliebiger Abfolge durchgeführt werden können, und Ausführungsbeispiele der Erfindung können zusätzliche oder weniger Operationen als die hierin offenbarten umfassen. Beispielsweise ist es vorhergesehen, dass das Ausführen oder Durchführen einer speziellen Operation vor, simultan mit, oder nach einer anderen Operation innerhalb des Rahmens der Aspekte der Erfindung liegt.
Wenn Elemente oder Aspekte der Erfindung oder deren Ausführungsbeispiel eingeführt werden, sollen die Artikel "ein/eine/eines", "der/die/das", und "besagte" bedeuten, dass davon ein oder mehrere der Elemente vorhanden sein können. Die Phrasen "umfassend", "aufweisend", und "mit" sind dazu gedacht, inkludierend zu sein und bedeuten, dass dort zusätzliche Elemente zu den aufgelisteten Elementen vorhanden sein können.
Im Hinblick auf das oben Gesagte ist zu erkennen, dass mehrere Vorteile der Erfindung erreicht werden und andere vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden können.
Nicht alle der dargestellten Komponenten, gezeichnet oder beschrieben, sind notwendig. Zudem können manche Implementationen und Ausführungsbeispiele zusätzlich Komponente aufweisen. Variationen in der Anordnung und Arten der Komponenten können gemacht werden, ohne von dem Wesen oder dem Rahmen der Ansprüche, wie im Weiteren definiert, abzuweichen. Darüber hinaus können verschiedene oder weniger Komponenten vorhanden sein oder Komponenten können kombiniert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Komponente durch mehrere Komponenten implementiert sein.
Die Kurzfassung und Zusammenfassung sind bereitgestellt, um dem Leser schnell Sicherheit über die Natur der technischen Offenbarung zu geben. Sie sind bereitgestellt mit dem Verständnis, dass sie nicht dazu verwendet werden, um den Rahmen oder die Bedeutung der Ansprüche auszulegen oder zu begrenzen.
Die oben beschriebene Beschreibung illustriert die Erfindung exemplarisch und nicht begrenzend. Wenn zwei Teile oder mehrere Teile dargestellt sind, ist zu erwägen, dass die Erfindung zwei oder mehr Teile umfasst. Die Beschreibung ermöglicht einem Fachmann die Erfindung zu machen und zu benutzen und beschreibt mehrere Ausführungsbeispiele, Adaptionen, Variationen, Alternativen und Verwendungen der Erfindung inklusive dem, was momentan für die beste Art des Ausführens der Erfindung gehalten wird. Zusätzlich sollte es klar sein, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Konstruktion und der Anordnung der Komponenten, wie in der folgenden Beschreibung dargelegt und in den Zeichnungen dargestellt, begrenzt ist. Die Erfindung ist anderer Ausführungsbeispiele fähig und dazu befähigt auf mehrere Arten ausgeführt und ausgeformt zu sein. Es ist außerdem zu verstehen, dass die hierin benutzte Phraseologie und Terminologie der Beschreibung dient und nicht als limitierend anzusehen ist.
Nachdem Aspekte der Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist es klar, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne vom Rahmen der Aspekte der Erfindung, wie in den anhängigen Ansprüchen definiert, abzuweichen. Da verschiedene Änderungen an den oben beschriebenen Konstruktionen, Produkten und Verfahren gemacht werden können, ohne von dem Rahmen der Aspekte der Erfindung abzuweichen, ist beabsichtigt, dass die gesamte Materie, die in der oben beschriebenen Beschreibung und in den anhängigen Ansprüchen gezeigt ist, als darstellend und nicht in limitierender Art interpretiert werden soll.

Claims

Verfahren zum Feststellen eines Kolbenverschleißes in einer axialen Kolbenpumpe mit einem Kolben, der von einem Motor dazu angetrieben wird, sich axial innerhalb eines Zylinders durch einen Pumpenhub und einen Füllhub und durch eine Nulllage, in der der Kolben eine Messstelle in dem Zylinder überlappt und eine Druckfläche des Kolbens in einem vorgegebenen Abstand von der Messstelle angeordnet ist, hin und her zu bewegen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Betreiben der Pumpe, um einen vorgegebenen Druck zu erreichen; – Anhalten der Pumpe mit dem Kolben in seiner Nulllage; – Messen eines Drucks an der Messstelle in einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Schritt des Anhaltens der Pumpe; und – Approximieren eines Kolbenverschleißumfangs basierend auf einem Unterschied zwischen dem vorgegebenen Druck und dem in dem vorbestimmten Zeitintervall gemessenen Druck.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Warnens, wenn ein Unterschied zwischen dem vorgegebenen Druck und dem zu dem vorbestimmten Zeitintervall gemessenen Druck einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der vorgegebene Grenzwert 200 Pfund pro Quadratinch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Benachrichtigens, falls der Unterschied zwischen dem vorgegebenen Druck und dem zu dem vorbestimmten Zeitintervall gemessenen Druck eine vorgegebene Differenz erreicht, die anzeigt, dass Verschleiß aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorgegebene Differenz 50 Pfund pro Quadratinch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend die Schritte: Wiederholen der Schritte des Antreibens, Anhaltens und Messens nach einer bekannten Dauer der Pumpenbenutzung; und Festlegen einer früheren Verschleißrate basierend auf dem approximierten Kolbenverschleißumfang und der bekannten Dauer.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin umfassend den Schritt des Vorhersagens eines zukünftigen Verschleißes basierend auf dem approximierten Kolbenverschleißumfang und der früheren Verschleißrate.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend den Schritt des Approximierens einer verbleibenden Kolbenbetriebslebensdauer basierend auf dem vorhergesagten zukünftigen Verschleiß basierend auf dem approximierten Kolbenverschleißumfang und der früheren Verschleißrate.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Abstand ungefähr 0,375 Inch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Druck ungefähr 3000 Pfund pro Quadratinch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das vorbestimmte Zeitintervall zwischen ungefähr 10 Sekunden und ungefähr 15 Sekunden liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das vorbestimmte Zeitintervall ungefähr 15 Sekunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren nach einer vorbestimmten Anzahl von Kolbenhüben durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die vorbestimmte Anzahl von Kolbenhüben 1000 Hübe sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren durchgeführt wird, nachdem die Pumpe für ein vorbestimmtes Dienstzeitintervall betrieben wurde.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das vorbestimmte Dienstzeitintervall ungefähr 50 Stunden sind.
Verfahren zum Feststellen eines Kolbenverschleißes in einer axialen Kolbenpumpe mit einem Kolben, der von einem Motor angetrieben ist, um sich axial innerhalb eines Zylinders durch einen Pumpenhub und einen Füllhub und durch eine Nulllage, in der der Kolben eine Messstelle in dem Zylinder überlappt und eine Druckfläche des Kolbens in einem vorgegebenen Abstand zu der Messstelle angeordnet ist, hin und her bewegt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Antreiben der Pumpe, um einen vorgegebenen Druck zu erreichen; b) Anhalten der Pumpe mit dem Kolben in seiner Nulllage; c) Messen eines Drucks an der Messstelle in einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Schritt des Anhaltens der Pumpe; d) Berechnen einer indexierten Kolbenposition, in die der Kolben um einen vorgegebenen indexierten Abstand von der unmittelbar vorhergehenden Position, an der der Kolben für das Messen des Drucks angehalten wurde, zurückgefahren wird; e) Antreiben der Pumpe, um den vorgegebenen Druck zu erreichen, Anhalten der Pumpe mit dem Kolben an dem berechneten indexierten Kolben, und Messen des Drucks an der Messstelle zu einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Schritt des Anhaltens der Pumpe; und f) Wiederholen der Schritte d) und e) bis eine Differenz zwischen dem vorgegebenen Druck und dem zu dem vorbestimmten Zeitintervall berechneten Druck einen vorgegebenen Druck erreicht, der anzeigt, dass ein bekannter Verschleißumfang aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der vorgegebene indexierte Abstand ungefähr 0,125 Inch ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der vorgegebene Abstand ungefähr 0,375 Inch ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der vorgegebene Druck ungefähr 3000 Pfund pro Quadratinch ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das vorbestimmte Zeitintervall ungefähr 15 Sekunden ist.