DE19618498A1 - Anordnung zur Überwachung einer Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung einer Pumpe mit einem Sensor.

Der Betrieb einer Pumpe zur Fluidförderung ist bekannt. Der Betrieb umfaßt eine Anlaufphase, eine Vollastphase und eine Nachlaufphase. In der Vollastphase wird ein homogenes Fluid ohne Einschluß von Luftblasen gefördert und der Pumpvorgang läuft optimal ab. In der Anlaufphase und in der Nachlaufphase hingegen werden zusammen mit dem Fluid auch Luftblasen gefördert und der Pumpvorgang erreicht einen niedrigeren Wirkungsgrad als in der Vollastphase. Die Wirkungsweise von piezoelektrischen oder piezoresistiven Sensoren ist ebenfalls bekannt. Die Vibrationen eines Piezoelementes werden aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt.

Ausgehend hiervon, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Überwachung einer Pumpe anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur Überwachung einer Pumpe mit einem Sensor, wobei mindestens ein piezoelektrischer oder piezoresistiver Sensor an der Pumpe, oder an einem mit der Pumpe verbundenen Teil, auf den die Vibrationen der Pumpe übertragen werden, angebracht ist, wobei der Sensor die Vibrationen der Pumpe detektiert und wobei der Sensor mit einer Auswerteelektronik verbunden ist.

Es ist von Vorteil, daß die Vibrationen, die der piezoelektrische oder piezoresistive Sensor an der Pumpe aufnimmt, in elektrische Signale umgewandelt werden und zur Überwachung und zur Steuerung oder Regelung des Pumpprozesses verarbeitet werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß der Sensor mit einer Auswerteelektronik verbunden ist, die Verstärker, Frequenzfilter, Gleichrichter und mathematische Verarbeitungsstufen umfaßt, und die ein Ausgangssignal abgibt.

Es ist auch von Vorteil, daß beim Pumpvorgang eine hohe Effizienz erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Auswerteelektronik mit einem Steuer- oder Regelelement verbunden ist, das den Betrieb der Pumpe in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Auswerteelektronik steuert, beziehungsweise regelt.

Es ist weiter von Vorteil, daß der piezoelektrische oder piezoresistive Sensor ohne größeren Aufwand bei der Montage eingesetzt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß der Sensor im wesentlichen aus einem flexiblen Film besteht, der an die Kontur des Pumpengehäuses angepaßt werden und an einer Gehäusewand der Pumpe fixiert oder darin integriert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema des Systems der Pumpenüberwachung,

Fig. 2 eine Darstellung der Plazierungsmöglichkeiten des piezoelektrischen oder piezoresistiven Sensors,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Spannung des vom Sensor aufgenommenen Signals,

Fig. 4 ein Blockschema der Auswerteelektronik,

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf des von der Auswerteelektronik aufgearbeiteten Signals,

Fig. 6a und 6b zwei Signalkurven wie in Fig. 5, jedoch aufgenommen bei verschiedenen Fluidkonsistenzen.

In Fig. 1 ist schematisch dargestellt, wie die Überwachung einer Pumpe mit einem piezoelektrischen oder piezoresistiven Sensor angeordnet ist. An einer in Fig. 1 nicht gezeigten Pumpe 1 ist ein Sensor 10 befestigt. Der Sensor 10 gibt ein Signal an eine Auswerteelektronik 20 ab. In der Auswerteelek­ tronik 20 wird das elektrische Signal des piezoelektrischen oder piezoresistiven Sensors 10 verarbeitet und kondi­ tioniert. Das Ausgangssignal 28 der Auswerteelektronik 20 wird an ein Steuer- oder Regelelement 30 abgegeben. Das Steuer- oder Regelelement 30 kann als eine analoge oder digitale (z. B. Mikroprozessor) elektronische Pumpensteuerung aufgebaut sein.

In Fig. 2 ist die Anordnung zur Überwachung einer Pumpe 1 mit einem piezoelektrischen oder piezoresistiven Sensor 10 dargestellt. In Fig. 2 ist schematisch eine Pumpe 1 dargestellt. Die Pumpe 1 besteht aus einem Pumpengehäuse 4, einer Pumpenhalterung 6, und einer Wellendurchführung 8. Der piezoelektrische oder piezoresistive Sensor 1, der im wesentlichen aus einem flexiblen Film 5 besteht, kann an der Pumpenhalterung 6 an der Gehäusewand 3 oder an der Wellendurchführung 8 angeordnet werden. Aus den verschiedenen Möglichkeiten kann die Plazierung des Sensors 10 so ausgewählt werden, daß die Vibrationen des Pumpengehäuses 4 am günstigsten aufgenommen werden. Anhand der Vibrationen des Pumpengehäuses 4 kann festgestellt werden, ob die Pumpe 1 in Betrieb ist oder nicht, und wenn die Pumpe 1 in Betrieb ist, kann festgestellt werden in welchem Betriebszustand sich die Pumpe 1 befindet. Die Gehäusevibrationen sind unterschiedlich in den verschiedenen Phasen des Pumpenbetriebs: Die Anlaufphase der Pumpe, der Vollastbetrieb der Pumpe, wobei keine Luft in dem geförderten Fluid vorhanden ist, der Teillastbetrieb, bei dem im geförderten Fluid Luft vorhanden ist, und die Leerlaufphase der Pumpe, wobei keine Fluidförderung stattfindet, sondern lediglich Restmengen des Fluids umgewälzt werden.

Es ist auch möglich, anhand des Signalverlaufs die Konsistenz des gepumpten Fluids (z. B. Dichte und rheologische Eigenschaften sowie Schaumbildung) zu erkennen.

In Fig. 3 ist der Signalverlauf dargestellt, wie ein piezo­ elektrischer oder piezoresistiver Sensor 10 die Gehäusevibra­ tionen einer Pumpe 1 in einer Waschmaschine aufnimmt. Nacheinander sind folgende Betriebsphasen zu erkennen:

Stillstand 11, Anlauf- oder Ansaugphase 12, Vollast- beziehungsweise Pumpphase 13, Teillast- oder Nachlaufphase 14 und Stillstand 15.

Deutlich zu erkennen ist, daß in der Vollastphase 13 weniger Vibrationen erzeugt werden, als in der Anlaufphase 12 und in der Nachlaufphase 14. Die größten Vibrationen des Pumpengehäuses 4 entstehen, wenn ein nicht stabiles Gemisch, zum Beispiel eine Flüssigkeit mit hohem Anteil an Luftblasen gefördert wird. Beim Anlaufen der Pumpe kommt es zum sogenannten Schnorcheln, ein gleichzeitiges Ansaugen von Flüssigkeit und Luft. Ebenso wird in der Nachlaufphase 14 wieder vermehrt Luft mitangesaugt, was zur erhöhten Vibration des Pumpengehäuses 4 führt.

In Fig. 4 ist ein Blockschema der wichtigsten Elemente der Auswerteelektronik 20 dargestellt. Die Auswerteelektronik 20 umfaßt nacheinander wie folgt: Eine Verstärkungsstufe 21 für die Verstärkung der Signale vom piezoelektrischen oder piezoresistiven Sensor 10. Ein Bandpaß oder Frequenzdurch­ laßfilter für die Ausscheidung unerwünschter, beziehungs­ weise für den Durchlaß gewünschter Frequenzen. Dieser Filter kann sowohl analog als auch digital realisiert werden. Ein Gleichrichter 23, eine mathematische Verarbeitungsstufe 24, die das gleichgerichtete Signal mittelt und zu einem Ausgangssignal aufbereitet, und einen Verstärker 25 zur Ausgabe des Ausgangssignals 28.

In Fig. 5 ist der zeitliche Verlauf eines Signals dargestellt, wie es in der Auswerteelektronik 20 aufbereitet wurde. Dieses Signal ist vergleichbar mit dem Signal von Fig. 3, jedoch wurde hier das ursprüngliche Signal gefiltert, gleichgerichtet, geglättet oder gemittelt und verstärkt. Es sind im wesentlichen die gleichen Phasen wie in Fig. 3 nacheinander erkenntlich: Betriebsstillstand 11, Ansaugphase 12, Vollastphase 13, Teillastphase 14 und Betriebsstillstand 15.

In Fig. 6 sind zwei Kurven dargestellt, die sich lediglich in verschiedenen Fluidkonsistenzen unterscheiden. Die Signalkurven wurden an der gleichen Auswerteelektronik 20 aufgenommen, jedoch ohne Verstärkung 25. In beiden Diagrammen 6a und 6b sind die verschiedenen Pumpphasen von Fig. 4 ersichtlich. Aus der unterschiedliche Signalhöhe ist auch die anders geartete Konsistenz des Fluids ersichtlich. Ein Fluid mit großen instabilen Luftblasen verursacht mehr Vibrationen als ein Schaum mit vielen kleinen, stabilen Luftblasen, weil diese dämpfend wirken.

Wenn die Anordnung zur Überwachung von Vibrationen an einer der Pumpen 1 in einer Waschmaschine oder in einer Geschirrspülmaschine angewendet wird, können die verschiedenen Phasen des Pumpenbetriebes erkannt werden und kann die Teillastphase 14 verkürzt werden. Die Elektronik 20 ist in der Lage festzustellen, in welcher Phase die Pumpe sich befindet. Die Schaumbildung in einer Seifenlauge, als Folge eines gleichzeitigen Ansaugens von Luft und Flüssigkeit, wird reduziert. Durch diese Prozeßüberwachung kann die Prozeßzeit verkürzt werden, kann durch Vermeiden eines Leerlaufbetriebes eine längere Lebensdauer der Pumpe 1 erreicht werden und können auch Informationen für den Unterhalt oder für die Instandsetzung der Pumpe 1 gewonnen werden. Ein allfälliger Verschleiß der Pumpe 1 wird auch durch erhöhte Vibrationen angezeigt.

Claims (10)

1. Anordnung zur Überwachung einer Pumpe (1) mit einem Sensor (10), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein piezoelektrischer oder piezoresistiver Sensor (10) an der Pumpe (1), oder an einem mit der Pumpe (1) verbundenen Teil (2), auf den die Vibrationen der Pumpe (1) übertragen werden, angebracht ist, daß der Sensor (10) die Vibrationen der Pumpe (1) detektiert und daß der Sensor (10) mit einer Auswerteelektronik (20) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (20) aufgebaut ist aus:
Verstärkerstufen (21) für die Verstärkung der elektrischen Signale, Frequenzfilter (22) zur Ausscheidung unerwünschter Signale und zum Durchlaß der gewünschten Signale, Gleich­ richter (23) und Verarbeitungsstufen (24) zur mathematischen Verarbeitung eines Ausgangssignals (28) und Verstärkerstufen (25) für die Verstärkung des Ausgangssignals (28).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (20) mit einem Steuer- oder Regelelement (30) verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer- oder Regelelement (30) den Betrieb der Pumpe (1) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal (28) der Auswerteelektronik (20) steuert, beziehungsweise regelt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) im wesentlichen aus einem flexiblen Film besteht.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) an einer Gehäusewand (3) der Pumpe (1) oder Pumpenhalterung befestigt ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) in einer Gehäusewand (3) der Pumpe (1) oder Pumpenhalterung integriert ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) ein Fluid fördert.

9. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Überwachung einer Pumpe (1) in einer Waschmaschine.

10. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Überwachung einer der Pumpen (1) in einer Geschirrspül­ maschine.