EP1477678A2 - Störungsfrüherkennung an Pumpenventilen - Google Patents

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EP1477678A2
EP1477678A2 EP04011109A EP04011109A EP1477678A2 EP 1477678 A2 EP1477678 A2 EP 1477678A2 EP 04011109 A EP04011109 A EP 04011109A EP 04011109 A EP04011109 A EP 04011109A EP 1477678 A2 EP1477678 A2 EP 1477678A2
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EP
European Patent Office
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pump
valve
generated
valves
signal level
Prior art date
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EP04011109A
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English (en)
French (fr)
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EP1477678B2 (de
EP1477678A3 (de
EP1477678B1 (de
Inventor
Eberhard Prof. Dr. Schlücker
Ralf Benken
Michael Stritzelberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lewa GmbH
Original Assignee
Lewa Herbert Ott GmbH and Co KG
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by Lewa Herbert Ott GmbH and Co KG filed Critical Lewa Herbert Ott GmbH and Co KG
Publication of EP1477678A2 publication Critical patent/EP1477678A2/de
Publication of EP1477678A3 publication Critical patent/EP1477678A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1477678B1 publication Critical patent/EP1477678B1/de
Publication of EP1477678B2 publication Critical patent/EP1477678B2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B51/00—Testing machines, pumps, or pumping installations

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring and automatic early fault detection the valves, in particular the suction and / or pressure valves, an oscillating positive displacement pump, in particular a diaphragm metering pump, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a device for carrying out this method Device according to the preamble of claim 14.
  • suction and pressure valves are subject to constant wear and tear has a negative effect on the delivery rate of the pump and on its dosing accuracy.
  • valves fail prematurely. This causes unwanted due to the then necessary immediate business interruption Consequential damages.
  • the invention is therefore based on the object to eliminate the described Disadvantages of providing a method and a device by means of which it is possible to monitor the valves of a pump of the generic type in such a way that results in an automatic fault early detection of the valves, so that valve damage can be detected in time and an interruption of the Pump can be planned.
  • the invention also provides one created for carrying out this method Device before whose features are listed in claim 14.
  • the method according to the invention is based on the essential idea that from a leaking valve due to the backflow of the conveying fluid in the closed Valve condition generated increased operating noise as a measure of the Leakage of the valve to use.
  • the generated effective signal level continuously monitored and with one of the operating noise the reference valve level formed with the valve intact valve, wherein at a predetermined level deviation due to an increase in level Operating noise a fault early detection indicator is triggered.
  • the invention thus makes advantageous advantage of the effect that at intact pump a certain background noise can be seen. Join this at the same time some discrete typical single sounds. These have different Causes, such as the meshing in the reduction gear on the pump engine or the opening and closing noises of the valves.
  • valves have become leaky due to the backflow of the delivery fluid in the closed valve state increased typical operating noise. This increased operating noise depends on the return flow the delivery fluid and are inventively as a measure of the leakage of the Valve used.
  • the in the oscillating displacement pumps, especially in the speech standing diaphragm dosing pumps, used for applying suction and Pressure valves are usually either ball valves or plate valves or Cone valves that can be spring loaded or pressure controlled.
  • These demands placed on these valves in that they are just at the right time open and close and that they are tight in the foreseeable time have to be.
  • the damage that may occur to such valves is expressed either in a notch leakage generated by one or more notches on the valve seat, where a local damage occurs, or from a one-dimensional damage generating surface leakage.
  • the sealing edge of the valve seat is not punctually by one or more notches, but over the entire circumference damaged. In both cases, increased flow noise occurs at the valve seat on what u.a. by the coincidence of the occurring cavitation bubbles explain.
  • the operating noise generated by the pump and thus also that of the valves measured as structure-borne noise may be in the embodiment of Invention by means of a structure-borne sound sensor or a microphone, in particular but by means of a vibration acceleration sensor, preferably works on the piezoelectric compression principle and an integrated May have charge amplifier.
  • the generated structure-borne noise at the pump head in particular at a central location thereof.
  • the generated structure-borne sound at or near the valve in question measure up.
  • This may be the suction and / or pressure valve, but in addition also the provided on the pump body further hydraulic valves, the leak supplement or the removal of excess hydraulic fluid serve.
  • the invention provides various possibilities. So it is in Embodiment of the invention possible with the operating noise of the pump intact valves formed reference signal level over a predetermined period to mediate. Also, the increased operating noise of the pump with leaky valves formed RMS signal level over a predetermined Period to be averaged.
  • a trigger signal for use which leads to a defined Time of the pump stroke cycle is generated. This can e.g. in the suction stroke end position of the piston.
  • the trigger signal must advantageously no meet very high accuracy requirements. For example, an accuracy from +/- 5 ° crank angle. This is for monitoring the suction valve in a defined period of time, the generated structure-borne sound signal during the displacement phase (Pressure stroke) detected and compared. In contrast, for the Monitoring the pressure valve the corresponding period in the intake phase (Suction stroke).
  • the defined period can only be used for monitoring purposes, for example of the pressure valve extend over a range of 90 - 160 ° of the crank angle, while for the monitoring of the suction valve such a defined Period sufficient, extending over a range of 270 - 340 ° of the crank angle extends.
  • the generation of the trigger signal can according to the invention in various ways carried out, for example by means of a contactor mounted on the pump engine, by means of a corresponding scanning of the piston rod, by means of the detection a characteristic signal in the generated structure-borne sound signal, for example due to the game envelope in the engine, and also on the basis of other characteristic signals, e.g. the measured pressure in the airspace of the hydraulic storage room or in the engine.
  • the reference signal level is expediently taken to be the reference value. which is associated with an intact valve.
  • This reference value can be up be detected in different ways, for example, by measuring integrity Condition of the valve under operating conditions, by selecting from predefined values, e.g. from a matrix with defined values for different ones Valve designs and operating conditions, from a map determination, i.e. a computational determination from valve data and operating data, such as delivery pressure, Fluid, etc., and the like.
  • the mean are formed from a number of pump strokes.
  • This will be the automatic Early disturbance detection method according to the invention insensitive to short-term disturbances. This can e.g. be useful if contaminated fluids be metered by the pump in question. By fluid particles between Valve seat and valve closing body are inadvertently pinched, it comes at individual pump strokes to a fluid backflow, but because only temporarily and temporarily, not yet displayed as a fault should.
  • a further embodiment of the method according to the invention may consist in that of a number of pump strokes before their further signal processing a certain number of pump strokes with extreme values or not plausible values.
  • the signal values of 100 pump strokes can be detected, with three pump strokes with the highest as well with the lowest individual values sorted out.
  • the average value is formed from the remaining 94 values.
  • valve internals these are in particular fittings on the valve seat, the purpose of which is due to the leakage backflow to be excited to vibrate, to amplify the structure-borne sound signal to reach.
  • the inventively provided device for carrying out the described Method is provided with a connected to a pump component Measuring device, which by a leaking valve due to the backflow the delivery fluid in the closed valve state generated increased operating noise monitored and measures as RMS signal level, and with a with the Measuring device connected comparison device, which the RMS signal level with an operating noise of the pump with intact valves formed Reference signal level compares and at a predetermined level deviation or change generates a fault message as early fault detection.
  • the measuring device has at least one sensor for detection of the structure-borne noise generated by the operating noise of the pump.
  • This structure-borne sound sensor can be a vibration acceleration sensor, preferably be piezoelectric.
  • the measuring device either on the pump head, in particular at a central point thereof, be connected.
  • the measuring device directly on or near the pump valves, i.e. the suction and pressure valve and the other hydraulic valves, provided.
  • the structure-borne sound signal generated by suitable fittings are reinforced in the valve seat.
  • a Vibration device provided, which is provided at or near the valve seat is.
  • Such a vibrating device may consist of at least one obliquely in the Valve built-in wing or consist of a membrane sheet metal ring, the is installed in the valve seat.
  • a measuring device 5 is provided, which at a central Place the pump cover 6 is connected and that of a leaking valve 3 or 4 due to the backflow of the conveying fluid in the closed valve state monitored increased operating noise as well as RMS signal level measures.
  • the measuring device 5 is for measuring each generated by the operating noise Structure-borne sound and has a corresponding sensor. This is a piezoelectric working in the illustrated embodiment Vibration acceleration sensor.
  • a comparison device 7 which of the measuring device 5 supplied via a signal line 8 RMS signal level with a from the operating noise of the pump with intact valves 3 and 4 formed Reference signal level compares and at a predetermined level deviation or change generates a fault message as early fault detection.
  • FIGS. 2a-2e the various diagrams show the characteristics of the diaphragm metering pump 1 according to FIG Fig. 2a shows the piston travel over time.
  • FIG. 2 b shows the pressure curve in the hydraulic chamber 9 of the pump 1, where clearly the characteristic course of the performed by the piston 10 Pressure stroke and the suction stroke of the membrane 11 (see Fig. 1) can be seen.
  • Fig. 2c the course of the designed by a pump 1 with intact valves 3 and 4 generated operating noise, as a structure-borne noise signal is measured, typically, with the course shown in Fig. 2c represents the reference signal level. This reproduces typical noise peaks, during the pressure stroke and suction stroke performed by the pump piston 10 be generated.
  • Fig. 2d shows the structure-borne sound profile of a pump 1 with defective Suction valve 3, which is typically performed during the piston 10 from Druckhubes appears in appearance, since in this case the suction valve 3 due to the occurred Leakage does not close exactly and thus an undesirable Leakage flow into the intake pipe permits.
  • FIG. 2e shows the structure-borne sound signal in a pump 1 Defective pressure valve 4. This results, as shown, during the suction stroke of Piston 10, since here the leaking pressure valve 4 is no longer reliable closes and an undesirable backflow in the form of a leakage flow in the fluid space 12 of the pump 1 allows.
  • FIGS. 3a and 3b show the level profile of the measured structure-borne sound signal in averaged form, wherein in Fig. 3a, the averaging period during several Pump strokes, i. so several times during the print stroke and the Suction stroke, is shown and the early fault detection due to a increased detected RMS signal level.
  • Fig. 3b shows the Waveform at an averaging period that is only a fraction the pump stroke cycle, in the case shown, only a specific one Time of the suction stroke, extends.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Überwachung und zur automatischen Störungsfrüherkennung der Ventile, insbesondere der Saug- und/oder Druckventile, einer oszillierenden Verdrängerpumpe, insbesondere einer Membrandosierpumpe, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das von einem undichten Ventil aufgrund der Rückströmung des Förderfluids im geschlossenen Ventilzustand erzeugte erhöhte Betriebsgeräusch als Maß für die Undichtigkeit des Ventils verwendet wird, indem der erzeugte Effektivsignalpegel kontinuierlich überwacht und mit einem vom Betriebsgeräusch der Pumpe mit intaktem Ventil gebildeten Referenzsignalpegel verglichen wird, wobei bei einer vorbestimmten Pegelabweichung bzw. - veränderung aufgrund eines erhöhten Betriebsgeräusches eine Störungsfrüherkennungsanzeige ausgelöst wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung, die eine entsprechende Meßeinrichtung (5), insbesondere in Form eines den erzeugten Körperschall messenden Schwingungsbeschleunigungssensors, sowie eine Vergleichseinrichtung (7) aufweist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und automatischen Störungsfrüherkennung der Ventile, insbesondere der Saug- und/oder Druckventile, einer oszillierenden Verdrängerpumpe, insbesondere einer Membrandosierpumpe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft außerdem eine zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffene Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Bei oszillierenden Verdrängerpumpen, vor allem aber bei Membrandosierpumpen, haben die Pumpenventile, insbesondere die Saug- und Druckventile, entscheidenden Einfluß auf die Pumpenfunktion.
Die Saug- und Druckventile sind einem ständigen Verschleiß unterworfen, der sich negativ auf die Förderleistung der Pumpe sowie auf deren Dosiergenauigkeit auswirkt.
In der Praxis wird bisher versucht, dieses Problem dadurch zu vermeiden, daß man aus der Erfahrung heraus die Ventile rechtzeitig austauscht.
Trotzdem läßt es sich nicht vermeiden, daß Ventile vorzeitig ausfallen. Dies verursacht aufgrund der dann notwendigen sofortigen Betriebsunterbrechung unerwünschte Folgeschäden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der geschilderten Nachteile ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mittels denen es möglich ist, die Ventile einer Pumpe der gattungsgemäßen Art derart zu überwachen, daß sich eine automatische Störungsfrüherkennung der Ventile ergibt, so daß Ventilschäden rechtzeitig erkannt werden und eine Betriebsunterbrechung der Pumpe geplant werden kann.
Die Merkmale des zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich aus Anspruch 1.
Die Erfindung sieht außerdem eine zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffene Vorrichtung vor, deren Merkmale in Anspruch 14 aufgeführt sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der wesentliche Gedanke zugrunde, das von einem undichten Ventil aufgrund der Rückströmung des Förderfluids im geschlossenen Ventilzustand erzeugte erhöhte Betriebsgeräusch als Maß für die Undichtigkeit des Ventils zu verwenden. Zu diesem Zweck wird der erzeugte Effektivsignalpegel kontinuierlich überwacht und mit einem vom Betriebsgeräusch der Pumpe mit intaktem Ventil gebildeten Referenzsignalpegel verglichen, wobei bei einer vorbestimmten Pegelabweichung bzw. -veränderung aufgrund eines erhöhten Betriebsgeräusches eine Störungsfrüherkennungsanzeige ausgelöst wird.
Die Erfindung macht sich damit in vorteilhafter Weise den Effekt zunutze, daß bei intakter Pumpe ein gewisses Grundrauschen zu erkennen ist. Hierbei treten gleichzeitig einige diskrete typische Einzelgeräusche auf. Diese haben verschiedene Ursachen, wie z.B. der Zahneingriff im Untersetzungsgetriebe am Pumpentriebwerk oder die Öffnungs- und Schließgeräusche der Ventile.
Demgegenüber erzeugen undicht gewordene Ventile aufgrund der Rückströmung des Förderfluids im geschlossenen Ventilzustand erhöhte typische Betriebsgeräusche. Diese erhöhten Betriebsgeräusche sind abhängig von der Rückströmmenge des Förderfluids und werden erfindungsgemäß als Maß für die Undichtigkeit des Ventils verwendet.
So ist beispielsweise bei einem defekten Saugventil während der Verdrängungsphase, d.h. während des Druckhubs, ein erhöhter Geräuschpegel zu erkennen, während bei einem defekten Druckventil während der Ansaugphase, d.h. während des Saughubs, ein erhöhter Geräuschpegel auftritt.
Die bei den oszillierenden Verdrängerpumpen, insbesondere bei den zur Rede stehenden Membrandosierpumpen, zur Anwendung gelangenden Saug- und Druckventile sind üblicherweise entweder Kugelventile oder Plattenventile oder Kegelventile, die befedert oder druckgesteuert sein können. Hierbei bestehen die an diese Ventile gestellten Forderungen darin, daß sie genau zum richtigen Zeitpunkt öffnen und schließen müssen und daß sie in der vorgesehenen Zeit dicht sein müssen.
Die an solchen Ventilen möglicherweise auftretenden Schäden äußern sich entweder in einer durch eine oder mehrere Kerben am Ventilsitz erzeugten Kerbleckage, wobei ein lokaler Schaden auftritt, oder aus einer einen flächigen Schaden erzeugenden Flächenleckage. Hierbei ist die Dichtkante des Ventilsitzes nicht punktuell durch eine oder mehrere Kerben, sondern über den gesamten Umfang geschädigt. In beiden Fällen tritt ein erhöhtes Strömungsrauschen am Ventilsitz auf, was sich u.a. durch das Zusammenfallen der auftretenden Kavitationsblasen erklären läßt.
Erfindungsgemäß wird das erzeugte Betriebsgeräusch der Pumpe und damit auch dasjenige der Ventile als Körperschall gemessen. Dies kann in Ausgestaltung der Erfindung mittels eines Körperschallsensors oder eines Mikrophons, insbesondere aber mittels eines Schwingungsbeschleunigungssensors erfolgen, der vorzugsweise nach dem piezoelektrischen Kompressionsprinzip arbeitet und einen integrierten Ladungsverstärker besitzen kann.
Erfindungsgemäß kann der erzeugte Körperschall am Pumpenkopf, insbesondere an einer zentralen Stelle hiervon, gemessen werden. Statt dessen ist es aber auch möglich, den erzeugten Körperschall an oder nahe dem betreffenden Ventil zu messen. Dies kann das Saug- und/oder Druckventil sein, zusätzlich aber auch die am Pumpenkörper vorgesehenen weiteren Hydraulikventile, die der Leckergänzung bzw. der Abfuhr von überschüssigem Hydraulikfluid dienen.
Zur Durchführung der erfindungsgemäß vorgesehenen Vergleichsbildung zwischen Effektivsignalpegel und Referenzsignalpegel ist es wünschenswert, nicht den jeweils vom Körperschallsensor gemessenen Momentanwert heranzuziehen, sondern statt dessen einen solchen Wert, der über einen bestimmten Zeitraum gemittelt wurde.
Zu diesem Zweck sieht die Erfindung verschiedene Möglichkeiten vor. So ist es in Ausgestaltung der Erfindung möglich, den vom Betriebsgeräusch der Pumpe mit intakten Ventilen gebildeten Referenzsignalpegel über einen vorbestimmten Zeitraum zu mitteln. Auch kann der vom erhöhten Betriebsgeräusch der Pumpe mit undicht gewordenen Ventilen gebildete Effektivsignalpegel über einen vorbestimmten Zeitraum gemittelt werden.
Als vorbestimmter Mittelungszeitraum kann beispielsweise derjenige während mehrerer Pumpenhübe oder auch derjenige während eines Bruchteils des Pumpenhubzyklus verwendet werden. Im letztgenannten Fall erfolgt die Auswertung der Signale innerhalb eines definierten Zeitfensters im Hubzyklus. Hierzu gelangt erfindungsgemäß ein Triggersignal zur Anwendung, das zu einem definierten Zeitpunkt des Pumpenhubzyklus erzeugt wird. Dies kann z.B. in der Saughubendstellung des Kolbens erfolgen. Das Triggersignal muß vorteilhafterweise keine sehr hohen Genauigkeitsanforderungen erfüllen. So reicht z.B. eine Genauigkeit von +/- 5° Kurbelwinkel aus. Hierbei wird für die Überwachung des Saugventils in einem definierten Zeitraum das erzeugte Körperschallsignal während der Verdrängungsphase (Druckhub) erfaßt und verglichen. Demgegenüber wird für die Überwachung des Druckventils der entsprechende Zeitraum in der Ansaugphase (Saughub) zugrunde gelegt.
Der definierte Zeitraum kann sich lediglich des Beispiels halber für die Überwachung des Druckventils über einen Bereich von 90 - 160° des Kurbelwinkels erstrecken, während für die Überwachung des Saugventils ein solcher definierter Zeitraum ausreicht, der sich über einen Bereich von 270 - 340° des Kurbelwinkels erstreckt.
Die Vorteile, die sich mit der Auswertung der Signale innerhalb eines definierten Zeitfensters im Pumpenhubzyklus ergeben, bestehen u.a. darin,
  • daß Undichtigkeiten sowohl am Saugventil als auch am Druckventil genau unterschieden werden können,
  • daß die Empfindlichkeit der Messung sehr hoch ist und
  • daß störende Schallquellen, z.B. solche aus dem Antriebssystem, leicht ausgefiltert werden können, indem beispielsweise das Zeitfenster, innerhalb dessen die Messung erfolgte, entsprechend groß oder klein definiert wird.
Die Erzeugung des Triggersignals kann erfindungsgemäß auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise mittels eines am Pumpentriebwerks angebauten Kontaktgebers, mittels einer entsprechenden Abtastung der Kolbenstange, mittels der Erfassung eines charakteristischen Signals im erzeugten Körperschallsignal, beispielsweise aufgrund des Spielumschlags im Triebwerk, und auch anhand sonstiger charakteristischer Signale, z.B. des jeweils gemessenen Drucks im Luftraum des Hydraulikvorratsraums oder im Triebwerk.
Als Referenzsignalpegel wird zweckmäßigerweise derjenige Referenzwert genommen, der einem intakten Ventil zugeordnet ist. Dieser Referenzwert kann auf unterschiedliche Weise erfaßt werden, beispielsweise durch Messung im einwandfreien Zustand des Ventils unter Betriebsbedingungen, durch eine Auswahl aus vordefinierten Werten, z.B. aus einer Matrix mit definierten Werten für unterschiedliche Ventilausführungen und Betriebsbedingungen, aus einer Kennfeldermittlung, d.h. einer rechnerischen Ermittlung aus Ventildaten und Betriebsdaten, wie Förderdruck, Fluid usw., und dgl.
Bei dem vorerwähnten Verfahren, bei dem sowohl der Referenzsignalpegel als auch der Effektivsignalpegel über einen bestimmten Zeitraum während eines Bruchteils des Pumpenzyklus gemittelt wird, kann erfindungsgemäß der Mittelwert aus einer Anzahl von Pumpenhüben gebildet werden. Damit wird das automatische Störungsfrüherkennungsverfahren gemäß der Erfindung unempfindlich gegen kurzzeitige Störungen. Dies kann z.B. sinnvoll sein, wenn verschmutzte Fluide mittels der betreffenden Pumpe dosiert werden. Durch Fluidpartikel, die zwischen Ventilsitz und Ventilschließkörper unabsichtlich eingeklemmt werden, kommt es bei einzelnen Pumpenhüben zu einer Fluidrückströmung, die aber, weil lediglich kurzzeitig und vorübergehend auftretend, noch nicht als Störung angezeigt werden soll.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, daß von einer Anzahl von Pumpenhüben vor deren weiteren Signalverarbeitung eine bestimmte Anzahl von Pumpenhüben mit Extremwerten oder mit nicht plausiblen Werten aussortiert wird.
So sei lediglich als Beispiel angegeben, daß die Signalwerte von 100 Pumpenhüben erfaßt werden können, wobei jeweils drei Pumpenhübe mit den höchsten sowie mit den niedrigsten Einzelwerten aussortiert werden. Für die weitere Signalverarbeitung wird dann aus den verbleibenden 94 Werten der Mittelwert gebildet.
Damit nicht nur ein aktueller Ventilfehler angezeigt werden kann, liegt es im Rahmen der Erfindung, die auftretenden Fehler mit einer entsprechenden Zeitangabe in einem Speicher abzulegen oder diese Fehler an übergeordnete Leitsysteme zu melden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn eine Ventilundichtigkeit nur zeitweise auftritt und die Undichtigkeit nicht durch Verschleiß, sondern z.B. durch zeitweise verunreinigtes Fluid verursacht wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das vom jeweiligen Ventil erzeugte Körperschallsignal mittels Ventileinbauten verstärkt wird. Dies sind insbesondere Einbauten am Ventilsitz, deren Zweck es ist, aufgrund der Leckagerückströmung zum Schwingen angeregt zu werden, um eine Verstärkung des Körperschallsignals zu erreichen.
In Weiterbildung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, nur ein definiertes Frequenzband der gemessenen Signale auszuwerten, um den Abstand zum allgemeinen Rauschsignal zu erhöhen.
Es liegt schließlich im Rahmen der Erfindung, einzelne Meßdaten, wie z.B. ein Spielumschlag im Triebwerk, aus dem betrachteten Zeitfenster auszublenden. In diesem Fall ist dann die Existenz eines exakten Triggersignals von Vorteil.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist versehen mit einer an ein Pumpenbauteil angeschlossenen Meßeinrichtung, welche das von einem undichten Ventil aufgrund der Rückströmung des Förderfluids im geschlossenen Ventilzustand erzeugte erhöhte Betriebsgeräusch überwacht und als Effektivsignalpegel mißt, und mit einer mit der Meßeinrichtung verbundenen Vergleichseinrichtung, welche den Effektivsignalpegel mit einem vom Betriebsgeräusch der Pumpe mit intakten Ventilen gebildeten Referenzsignalpegel vergleicht und bei einer vorbestimmten Pegelabweichung bzw. -veränderung eine Störmeldung als Störungsfrüherkennung erzeugt.
Vorteilhafterweise weist die Meßeinrichtung wenigstens einen Sensor zur Erfassung des vom Betriebsgeräusch der Pumpe erzeugten Körperschalls auf. Hierbei kann dieser Körperschallsensor ein Schwingungsbeschleunigungssensor, vorzugsweise piezoelektrisch arbeitend, sein.
In Ausgestaltung der Erfindung kann die Meßeinrichtung entweder am Pumpenkopf, insbesondere an einer zentralen Stelle hiervon, angeschlossen sein. Statt dessen ist es auch möglich, die Meßeinrichtung direkt an oder nahe den Pumpenventilen, d.h. dem Saug- und Druckventil sowie den weiteren Hydraulikventilen, vorzusehen.
Falls erwünscht, kann erfindungsgemäß das erzeugte Körperschallsignal durch geeignete Einbauten in den Ventilsitz verstärkt werden. Zu diesem Zweck ist eine Schwingungseinrichtung vorgesehen, die an oder nahe dem Ventilsitz vorgesehen ist.
Eine derartige Schwingungseinrichtung kann aus wenigstens einem schräg in das Ventil eingebauten Flügel oder aber aus einem Membranblechring bestehen, der in den Ventilsitz eingebaut ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1
schematisch im Schnitt die Anwendung des Verfahrens sowie der Vorrichtung gemäß der Erfindung bei einer Membrandosierpumpe sowie bei einer Kolbenpumpe;
Fig. 2a
im Diagramm den Kolbenweg der Pumpe über der Zeit,
Fig. 2b
im Diagramm den zeitlichen Verlauf des Druckhubs sowie des Saughubs der Membrandosierpumpe;
Fig. 2c
den als Körperschallsignal gemessenen Referenzsignalpegel eines intakten Pumpenventils sowohl beim Druckhub als auch beim Saughub,
Fig. 2d
den Effektivsignalpegel bei einem defekten Saugventil und
Fig. 2e
bei einem defekten Druckventil;
Fig. 3a
den Referenzsignalpegel sowie den Effektivsignalpegel in zeitlicher Mittelung über mehrere Pumpenhübe und
Fig. 3b
in zeitlich begrenzter Mittelung, d.h. in einem definierten Zeitfenster innerhalb des Hubzyklus.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, können das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sowohl bei einer Membrandosierpumpe 1 als auch bei einer Kolbenpumpe 2 zur Anwendung gelangen. Hierbei dreht es sich darum, bei den jeweils vorgesehenen Saugventilen 3 sowie Druckventilen 4, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils als druckgesteuerte Kugelventile ausgestaltet sind, eine Störungsfrüherkennung durchzuführen.
Zu diesem Zweck ist eine Meßeinrichtung 5 vorgesehen, die an einer zentralen Stelle des Pumpendeckels 6 angeschlossen ist und das von einem undichten Ventil 3 bzw. 4 aufgrund der Rückströmung des Förderfluids im geschlossenen Ventilzustand erzeugte erhöhte Betriebsgeräusch überwacht sowie als Effektivsignalpegel mißt.
Die Meßeinrichtung 5 ist zur Messung des jeweils vom Betriebsgeräusch erzeugten Körperschalls ausgebildet und weist einen entsprechenden Sensor auf. Dieser ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein piezoelektrisch arbeitender Schwingungsbeschleunigungssensor.
Es ist weiterhin eine Vergleichseinrichtung 7 vorgesehen, welche den von der Meßeinrichtung 5 über eine Signalleitung 8 angelieferten Effektivsignalpegel mit einem vom Betriebsgeräusch der Pumpe mit intakten Ventilen 3 bzw. 4 gebildeten Referenzsignalpegel vergleicht und bei einer vorbestimmten Pegelabweichung bzw. -veränderung eine Störmeldung als Störungsfrüherkennung erzeugt.
Wie im einzelnen aus Fig. 2a - 2e ersichtlich, zeigen die verschiedenen Diagramme die Charakteristika der Membrandosierpumpe 1 gemäß Fig. 1. Hierbei ist in Fig. 2a der Kolbenweg über der Zeit dargestellt.
Fig. 2b zeigt demgegenüber den Druckverlauf im Hydraulikraum 9 der Pumpe 1, wobei deutlich der charakteristische Verlauf des vom Kolben 10 durchgeführten Druckhubs sowie des Saughubs der Membran 11 (s. Fig. 1) erkennbar ist.
Wie aus Fig. 2c zu ersehen, gestaltet sich der Verlauf des von einer Pumpe 1 mit intakten Ventilen 3 bzw. 4 erzeugten Betriebsgeräuschs, das als Körperschallsignal gemessen wird, in typischer Weise, wobei der in Fig. 2c dargestellte Verlauf den Referenzsignalpegel darstellt. Dieser gibt typische Geräuschspitzen wieder, die während des vom Pumpenkolben 10 durchgeführten Druckhubes und Saughubes erzeugt werden.
Im Gegensatz hierzu zeigt Fig. 2d den Körperschallverlauf einer Pumpe 1 mit defektem Saugventil 3, der typischerweise während des vom Kolben 10 durchgeführten Druckhubes in Erscheinung tritt, da hierbei das Saugventil 3 aufgrund der aufgetretenen Undichtigkeit nicht mehr exakt schließt und somit eine unerwünschte Leckageströmung in die Ansaugleitung zuläßt.
Im Gegensatz hierzu zeigt Fig. 2e das Körperschallsignal bei einer Pumpe 1 mit defektem Druckventil 4. Dieses ergibt sich, wie dargestellt, beim Saughub des Kolbens 10, da hier das undicht gewordene Druckventil 4 nicht mehr zuverlässig schließt und eine unerwünschte Rückströmung in Form einer Leckageströmung in den Fluidraum 12 der Pumpe 1 zuläßt.
Fig. 3a und 3b zeigen schließlich den Pegelverlauf des gemessenen Körperschallsignals in gemittelter Form, wobei in Fig. 3a der Mittelungszeitraum während mehrerer Pumpenhübe, d.h. also mehrmals während des Druckhubes sowie des Saughubes, dargestellt ist und sich die Störungsfrüherkennung aufgrund eines erhöhten Effektivsignalpegels erkennen läßt. Demgegenüber zeigt Fig. 3b den Signalverlauf bei einem Mittelungszeitraum, der sich lediglich über einen Bruchteil des Pumpenhubzyklus, im dargestellten Fall während lediglich einer bestimmten Zeit des Saughubes, erstreckt.
Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im übrigen ausdrücklich auf die Zeichnung sowie die Ansprüche verwiesen.

Claims (21)

  1. Verfahren zur Überwachung und zur automatischen Störungsfrüherkennung der Ventile, insbesondere der Saug- und/oder Druckventile, einer oszillierenden Verdrängerpumpe, insbesondere einer Membrandosierpumpe,
    dadurch gekennzeichnet, daß das von einem undichten Ventil aufgrund der Rückströmung des Förderfluids im geschlossenen Ventilzustand erzeugte erhöhte Betriebsgeräusch als Maß für die Undichtigkeit des Ventils verwendet wird, indem der erzeugte Effektivsignalpegel kontinuierlich überwacht und mit einem vom Betriebsgeräusch der Pumpe mit intakten Ventilen gebildeten Referenzsignalpegel verglichen wird, wobei bei einer vorbestimmten Pegelabweichung bzw. -veränderung aufgrund eines erhöhten Betriebsgeräusches eine Störungsfrüherkennungsanzeige ausgelöst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Betriebsgeräusch der Pumpe und damit auch dasjenige der Ventile als Körperschall gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Körperschall mittels wenigstens eines Körperschallsensors oder Mikrophons gemessen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Körperschall mittels wenigstens eines Schwingungsbeschleunigungssensors gemessen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Körperschall am Pumpenkopf, insbesondere an einer zentralen Stelle hiervon, gemessen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Körperschall an oder nahe dem bzw. den Ventilen gemessen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Betriebsgeräusch der Pumpe mit intakten Ventilen gebildete Referenzsignalpegel über einen vorbestimmten Zeitraum gemittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch der vom erhöhten Betriebsgeräusch der Pumpe mit undicht gewordenem Ventil bzw. Ventilen gebildete Effektivsignalpegel über einen vorbestimmten Zeitraum gemittelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als vorbestimmter Mittelungszeitraum derjenige während mehrerer Pumpenhübe verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als vorbestimmter Mittelungszeitraum derjenige während eines Bruchteils des Pumpenhubzyklus verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Mittelwertes des jeweiligen Signalpegels ein Triggersignal zu einem definierten Zeitpunkt während des Pumpenhubzyklus verwendet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Triggersignal mittels eines am Pumpentriebwerk angebauten Kontaktgebers (13) erzeugt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom jeweiligen Ventil erzeugte Körperschallsignal mittels Ventileinbauten verstärkt wird.
  14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    eine an ein Pumpenbauteil angeschlossene Meßeinrichtung (5), welche das von einem undichten Ventil (3 bzw. 4) aufgrund der Rückströmung des Förderfluids im geschlossenen Ventilzustand erzeugte erhöhte Betriebsgeräusch überwacht und als Effektivsignalpegel mißt, und
    eine mit der Meßeinrichtung (5) verbundene Vergleichseinrichtung (7), welche den Effektivsignalpegel mit einem vom Betriebsgeräusch der Pumpe mit intaktem Ventil (3 bzw. 4) gebildeten Referenzsignalpegel vergleicht und bei einer vorbestimmten Pegelabweichung bzw. -veränderung eine Störmeldung als Störungsfrüherkennung erzeugt.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (5) wenigstens einen Sensor zur Erfassung des vom Betriebsgeräusch der Pumpe (1 bzw. 2) erzeugten Körperschalls aufweist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Körperschallsensor ein Schwingungsbeschleunigungssensor (5) ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (5) am Pumpenkopf (6), insbesondere an einer zentralen Stelle hiervon, angeschlossen ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (5) an oder nahe den Pumpenventilen (3, 4) vorgesehen ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende Pumpenventil (3, 4) zur Verstärkung des erzeugten Körperschallsignals eine Schwingungseinrichtung aufweist, die an oder nahe dem Ventilsitz vorgesehen ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungseinrichtung aus wenigstens einem schräg in das Ventil (3 bzw. 4) eingebauten Flügel besteht.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungseinrichtung ein Membranblechring ist.
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