EP3423718A1 - Zahnradpumpe und verfahren zum überwachen einer zahnradpumpe - Google Patents

Zahnradpumpe und verfahren zum überwachen einer zahnradpumpe

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EP3423718A1
EP3423718A1 EP17711100.2A EP17711100A EP3423718A1 EP 3423718 A1 EP3423718 A1 EP 3423718A1 EP 17711100 A EP17711100 A EP 17711100A EP 3423718 A1 EP3423718 A1 EP 3423718A1
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EP
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gear pump
receiver
rotatable element
housing
transmitter
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Withdrawn
Application number
EP17711100.2A
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Wolfgang Diller
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Bestsens AG
Original Assignee
Bestsens AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a gear pump according to the preamble of claim 1 and a method for monitoring a gear pump according to the preamble of claim 8.
  • Gear pumps in particular in the form of screw pumps, are used in particular for conveying liquids in the manner of a positive displacement pump.
  • a gear pump has e.g. at least two cooperating gears, wherein the medium to be conveyed in delivery chambers, which consist of gears between the gears and a housing of the gear pump is moved.
  • a difficulty in the operation of gear pumps is the determination of information about their current state (for example, about the condition of a lubricating film) and / or the conveyed medium (pumping medium).
  • the first rotatable element has a toothing, which cooperates with a toothing of the second rotatable element
  • Signal information about properties of the gear pump and / or a pumping medium can be determined.
  • the gear pump according to the invention may in principle be of any type.
  • the rotatable elements are each in the form of a gear, whereby about an external or internal gear pump can be realized.
  • the teeth of the first and the second rotatable element extend obliquely to the respective axis of rotation.
  • the first and the second rotatable element are designed here in the manner of a screw spindle, so that a gear pump is realized in the form of a screw pump.
  • the teeth of the first and / or the second rotatable element of such a screw pump are then each in the manner of a thread profile (in particular in the manner of an external thread) is formed.
  • gear pumps in particular screw pumps, are basically known from the prior art, so that details of these pumps will not be discussed further.
  • the transmitter is adapted to excite surface acoustic waves (such as Lamb waves or Lamb-Rayleigh waves) in the housing that propagate from the transmitter to the receiver.
  • the transmitter and, for example, the receiver
  • the housing is arranged on the housing (for example, in a recess of the housing, for example in each case in a bore) that surface acoustic waves excited be propagated on a first and / or second rotatable element facing the inside of the housing.
  • the frequency of the surface waves is chosen in particular depending on the thickness of the housing; For example, excitation frequencies in the range between 500 kHz and 2 MHz or in the range between 800 kHz and 1 .5 MHz are used.
  • the transmitter and / or the receiver is designed in particular in the form of a piezoelectric transformer or an interdigital transducer.
  • the transmitter and the receiver are further arranged, for example, along a line running to the axis of rotation of the first or second rotatable element, i.
  • Transmitter and receiver are positioned in the axial direction with respect to the rotatable element.
  • the transmitter and the receiver are associated with the same of the at least two rotatable elements, for example, the transmitter and the receiver may be aligned parallel to each other (e.g., in a radial direction) with respect to that rotatable element. It is conceivable that transmitter and receiver are horizontal, i. along a plane in which both the axis of rotation of the first rotatable element and the axis of rotation of the second rotatable element lie, or vertically, i. perpendicular to this plane, are aligned.
  • the emitter and the receiver are arranged at an axial distance from one another which is at least half the slope of the profile (i.e., the distance between two profile maxima of each other) of the first and second rotatable elements.
  • transmitter and receiver are arranged at a smaller distance from each other.
  • the transmitter and the receiver are not arranged axially to each other, but radially.
  • the transmitter is oriented in a first radial direction and the receiver is oriented in a second radial direction different from the first radial direction with respect to the first or second rotatable element, i. the transmitter and the receiver are associated with the same rotatable element, but aligned at an angle to each other.
  • the invention also relates to a method for monitoring a gear pump, in particular a gear pump as described above, with the steps:
  • first and a second rotatable element Providing at least a first and a second rotatable element, wherein the first rotatable element has a toothing, which cooperates with a toothing of the second rotatable element, and wherein the first and / or the second rotatable element are at least partially disposed in a housing; and - Exciting acoustic waves in the housing with at least one arranged on the housing transmitter and receiving the excited in the housing acoustic waves with a arranged on the housing receiver and determining information about properties of the gear pump and / or a pumping medium by evaluating a upon receipt of the acoustic waves from the receiver generated signal.
  • the evaluation of the signal of the receiver comprises an evaluation of an amplitude, a frequency spectrum and / or an envelope of the signal and / or a time interval of structures in the signal.
  • the evaluation of the receiver signal also includes a recognition of patterns in the course of the receiver signal.
  • pulsed acoustic waves are excited in the housing, wherein the evaluation of the receiver signal comprises determining transit times and / or amplitudes of the pulsed acoustic waves during the operation of the gear pump.
  • the running times vary, for example, periodically during operation of the gear pump, wherein information about properties of the gear pump and / or the pumping medium can be determined on the basis of the amplitude and / or the frequency of the fluctuations of the transit times.
  • Figure 1 is a perspective view of a screw pump according to an embodiment of the invention.
  • Figures 2A, 2B states of the screw pump of Figure 1 during its
  • Figure 3 durations of acoustic pulses during operation of the screw pump of Figure 1; the change in the pulse transit times over the duration of the measurement; a perspective view of a screw pump according to a second embodiment of the invention; and a sectional view of a screw pump according to a third embodiment of the invention.
  • the gear pump shown in Figure 1 in the form of a screw pump 1 has three rotatable elements in the form of three counter-rotating threaded spindles 1 1 -13, wherein the screw pump 1 is shown cut in the region of (the spindle 13) of the two externa ßeren spindles to Details of the interior of the screw pump 1 to make visible.
  • the spindles 1 1 -13 each have a toothing in the form of an externa ßeren thread-like profile 1 1 1, 121, 131, wherein the profiles 1 1 1, 131 of the outer spindles 1 1, 13 each with the profile 121 of the central spindle 12th interact.
  • the spindles 1 1 -13 are housed in a housing 2 of the screw pump 1, wherein an inner side 21 of the housing 2 defines the conveying chambers formed between the profiles 1 1 1, 121, 131 of the spindles 1 1 -13.
  • a transmitter 31 for exciting acoustic sound waves in the housing 2 and a receiver 32 for receiving the sound waves excited in the housing 2 are arranged.
  • the receiver 31 and the transmitter 32 are associated with the outer spindle 13, wherein they are arranged along the axis of rotation of the spindle 13 in a row.
  • the transmitter and the receiver 31, 32 are oriented in the same vertical radial direction with respect to the spindle 13, ie their Hauptabstrahl- or receiving direction is perpendicular to a plane in which the axes of rotation of the spindles 1 1 -13 lie. It is also conceivable, of course, another orientation of the transmitter and the receiver 31, 32, for example horizontally.
  • the transmitter of the receiver 31, 32 is assigned to one of the other two spindles 11, 12. It is also conceivable that a plurality of transmitters and receivers are present, wherein in each case a transmitter-receiver pair (a sensor) is associated with a spindle. For example, three transmitter-receiver pairs are present, of which a pair of spindles 1 1 to 13 is assigned in each case. It is conceivable, e.g. also that only one transmitter, but several receivers are used.
  • the propagation of such surface acoustic waves depends on the nature of the inner side 21 of the housing 2 and the environment of the inner side 21.
  • the propagating along the inner side 21 sound waves are influenced by the adjacent to the inner side 21 of the housing 2 material.
  • the speed and amplitude at which the sound waves propagate are dependent upon the nature of the material adjacent the inner surface 21.
  • the surface acoustic waves will propagate faster if a survey 131 1 (eg a tip) of the Gewindepro- fils 131 of the spindle 13 to the surface of the surface acoustic waves passed area of the inner side 21 (ie to the measuring section) adjacent (FIG.
  • the duration of the acoustic waves will vary depending on the position of the spindle 13, so that the periods change periodically during operation of the screw pump 1 (see Fig. 3).
  • the acoustic measuring section (the area between the transmitter 31 and the receiver 32) can be regarded as a multilayer system, which consists of a region of the housing 2 (in particular comprising the inner side 21), a lubricating film between the spindle 13 and the housing 2 and a section the spindle 13 composed.
  • the speed of the surface acoustic waves propagating in this multilayer system depends on the composition of the layer system as explained above; see. the already mentioned FIGS. 2A and 2B, which represents the two extreme cases, namely that the layer system comprises a thick metal layer (area 131 1 of the spindle 13) (FIG. 2A) or a thick layer formed from the pumping medium (FIG. 2 B).
  • Figure 3 illustrates the influence of the rotation of the spindle 13 on the running time and the amplitude of acoustic pulses AP, which were excited by means of the transmitter 31 in the housing 2 and in particular the inside 21 thereof. Thereafter, an acoustic pulse passes faster from the transmitter 31 to the receiver 32 when a survey 131 1 of the thread profile 131 of the spindle 13 adjacent to the inner side 21 (receiver signal EP1), as in the case that one of the delivery chambers 132 (ie the pumping medium) located there (receiver signal EP2). During operation of the screw pump 1 therefore periodic fluctuations of the transit times.
  • transit times e.g. continuously emits acoustic pulses and determines the transit times of the pulses from the transmitter 31 to the receiver 32 respectively.
  • These determined transit times are plotted over time (measurement duration) (compare FIG. 4) and evaluated.
  • information about the state of the screw pump 1 and / or about the state of the pumping medium can be obtained from the periodic course of the transit times.
  • the amplitudes of the pulses can also be determined and the course (also periodic) of the pulse amplitudes used to determine information about the state of the screw pump 1 and / or via the pumping medium can be evaluated.
  • the spindle frequency can be determined from the frequency of the propagation times ("transit time measurement signal") shown in Figure 4.
  • the mean value of the transit time measurement signal correlates with the speed of sound of the pumping medium Since the amplitude of the transit time measurement signal depends on the quantity of pumping medium, for example, the transit times will only change very little (ie the amplitude of the Transit time measurement signal decreases), if only a small amount of the pumping medium is conveyed. Accordingly, dry running or impending dry running of the pump can be detected.
  • inclusions for example gas bubbles
  • other inhomogeneities of the pumping medium can also be noticeable in the measurement signal and can thus be detected with the above method.
  • FIG. 5 relates to a modification of the screw pump of FIG. 1.
  • the transmitter 31 and the receiver 32 are here also assigned to the spindle 13 and arranged axially one behind the other along the axis of rotation of the spindle 13.
  • transmitter and receiver 31, 32 are positioned at a greater distance from each other. For example, the distance is at least half the pitch of the outer profile of the spindle 13.
  • transmitter and receiver 31, 32 are not arranged axially, but radially.
  • the transmitter 31 and the receiver 32 are also associated with one of the spindles 11-13, but each oriented along different radial directions with respect to the spindle. This is shown in FIG. There, the transmitter 31 is aligned along a first radial direction with respect to the spindle 13 and the receiver 32 along a second radial direction different from the first radial direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, mit mindestens einem ersten und einem zweiten rotierbaren Element (12, 13), wobei das erste rotierbare Element (12) eine Verzahnung (121) aufweist, die mit einer Verzahnung (131) des zweiten rotierbaren Elementes (13) zusammenwirkt; und einem Gehäuse (2) in dem das erste und/oder das zweite rotierbare Element (12, 13) zumindest teilweise angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist mindestens ein an dem Gehäuse (2) angeordneter Sender (31 ) zum Anregen von akustischen Wellen in dem Gehäuse (2) sowie mindestens ein an dem Gehäuse (2) angeordneter Empfänger (32) zum Empfang der in dem Gehäuse (3) angeregten akustischen Wellen vorgesehen, wobei durch Auswerten eines bei Empfang der akustischen Wellen von dem Empfänger (32) erzeugten Signals Informationen über Eigenschaften der Zahnradpumpe und/oder eines Pumpmediums bestimmbar sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Überwachen einer Zahnradpumpe.

Description

Zahnradpumpe und Verfahren zum Überwachen einer Zahnradpumpe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Überwachen einer Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Zahnradpumpen, insbesondere in Form von Schraubenspindelpumpen, dienen insbesondere zum Fördern von Flüssigkeiten nach Art einer Verdrängerpumpe. Eine Zahnradpumpe weist z.B. mindestens zwei zusammenwirkende Zahnräder auf, wobei das zu fördernde Medium in Förderkammern, die zwischen Verzahnungen der Zahnräder und einem Gehäuse der Zahnradpumpe bestehen, bewegt wird. Eine Schwierigkeit bei dem Betrieb von Zahnradpumpen ist die Ermittlung von Informationen über ihren aktuellen Zustand (zum Beispiel über den Zustand eines Schmierfilms) und/oder des geförderten Mediums (Pumpmediums).
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht daher darin, Informationen bezüg- lieh der Zahnradpumpe und/oder des Pumpmediums während des Betriebes bestimmen zu können. Dieses Problem wird durch die Zahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Danach wird eine Zahnradpumpe bereitgestellt, mit
- mindestens einem ersten und einem zweiten rotierbaren Element, wobei
- das erste rotierbare Element eine Verzahnung aufweist, die mit einer Verzahnung des zweiten rotierbaren Elementes zusammenwirkt; und
- einem Gehäuse in dem das erste und/oder das zweite rotierbare Element zumindest teilweise angeordnet sind; und
- mindestens einem an dem Gehäuse angeordneten Sender zum Anregen von akustischen Wellen in dem Gehäuse sowie mindestens einem an dem Gehäuse angeordneten Empfänger zum Empfang der in dem Gehäuse angeregten akustischen Wellen, wobei durch Auswerten eines bei Empfang der akustischen Wellen von dem Empfänger erzeugten (elektrischen) Signals Informationen über Eigenschaften der Zahnradpumpe und/oder eines Pumpmediums bestimmbar sind.
Bei der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe kann es sich im Prinzip um eine beliebige Bauart handeln. Beispielsweise sind die rotierbaren Elemente jeweils in Form eines Zahnrads ausgebildet, wodurch etwa eine Außen- oder Innenzahnradpumpe realisierbar ist.
Denkbar ist auch, dass die Verzahnungen des ersten und des zweiten rotierbaren Elementes schräg zur jeweiligen Rotationsachse verlaufen. Beispielsweise sind das erste und das zweite rotierbare Element hier nach Art einer Schraubenspindel ausgebildet, so dass eine Zahnradpumpe in Form einer Schraubenspindelpumpe realisiert ist. Die Verzahnungen des ersten und/des zweiten rotierbaren Elementes einer derartigen Schraubenspindelpumpe sind dann jeweils nach Art eines Gewindeprofils (insbesondere nach Art eines Außengewindes) ausgebildet. Denkbar ist natürlich insbesondere, dass mehr als zwei rotierbare Elemente vorhanden sind. Zahnradpumpen, insbesondere Schraubenspindelpum- pen, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, so dass auf Details dieser Pumpen nicht weiter eingegangen wird.
Der Sender ist insbesondere so ausgebildet, dass er akustische Oberflächenwellen (etwa in Form von Lamb-Wellen oder Lamb-Rayleigh-Wellen) in dem Gehäuse anregen kann, die sich von dem Sender zu dem Empfänger ausbreiten. Beispielsweise wird der Sender (und z.B. auch der Empfänger) so an dem Gehäuse angeordnet (z.B. in einer Vertiefung des Gehäuses, etwa jeweils in einer Bohrung), dass Oberflächenschallwellen angeregt werden, die sich an einer dem ersten und/oder zweiten rotierbaren Element zugewandten Innenseite des Gehäuses ausbreiten. Die Frequenz der Oberflächenwellen wird insbesondere abhängig von der Dicke des Gehäuses gewählt; z.B. werden Anregungsfrequenzen im Bereich zwischen 500 kHz und 2 MHz oder im Bereich zwischen 800 kHz und 1 .5 MHz verwendet. Der Sender und/oder der Empfänger ist insbesondere in Form eines Piezo- wandlers oder eines Interdigitaltransducers ausgebildet.
Der Sender und der Empfänger sind darüber hinaus beispielsweise entlang einer zur Rotationsachse des ersten oder des zweiten rotierbaren Elementes verlaufenden Linie ange- ordnet, d.h. Sender und Empfänger sind in axialer Richtung in Bezug auf das rotierbare Element positioniert. Insbesondere sind der Sender und der Empfänger demselben der mindestens zwei rotierbaren Elemente zugeordnet, wobei der Sender und der Empfänger zum Beispiel parallel zueinander (z.B. in einer radialen Richtung) in Bezug auf dieses rotierbare Element ausgerichtet sein können. Denkbar ist, dass Sender und Empfänger ho- rizontal, d.h. entlang einer Ebene, in der sowohl die Rotationsachse des ersten rotierbaren Elementes als auch die Rotationsachse des zweiten rotierbaren Elementes liegt, oder vertikal, d.h. senkrecht zu dieser Ebene, ausgerichtet sind.
Der Sender und der Empfänger sind insbesondere mit einem axialen Abstand voneinander angeordnet, der mindestens die Hälfte der Steigung des Profils (d.h. des Abstandes zweier Profilmaxima voneinander) des ersten oder des zweiten rotierbaren Elementes beträgt. Möglich ist allerdings auch, dass Sender und Empfänger mit einem geringeren Abstand voneinander angeordnet sind. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind der Sender und der Empfänger nicht axial zueinander angeordnet, sondern radial. Beispielsweise ist der Sender in einer ersten radialen Richtung und der Empfänger in einer von der ersten radialen Richtung verschiedenen zweiten radialen Richtung in Bezug auf das erste oder das zweite rotierbare Element orientiert, d.h. der Sender und der Empfänger sind demselben rotierbaren Ele- ment zugeordnet, jedoch in einem Winkel zueinander ausgerichtet.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Überwachen einer Zahnradpumpe, insbesondere einer wie oben beschriebenen Zahnradpumpe, mit den Schritten:
- Bereitstellen mindestens eines ersten und eines zweiten rotierbaren Elementes, wobei das erste rotierbare Element eine Verzahnung aufweist, die mit einer Verzahnung des zweiten rotierbaren Elementes zusammenwirkt, und wobei das erste und/oder das zweite rotierbare Element zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet sind; und - Anregen von akustischen Wellen in dem Gehäuse mit mindestens einem an dem Gehäuse angeordneten Sender und Empfangen der in dem Gehäuse angeregten akustischen Wellen mit einem an dem Gehäuse angeordneten Empfänger sowie Bestimmen von Informationen über Eigenschaften der Zahnradpumpe und/oder eines Pumpmedi- ums durch Auswerten eines beim Empfang der akustischen Wellen von dem Empfänger erzeugten Signals.
Beispielsweise werden durch das Auswerten des Signals des Empfängers während des Betriebes der Zahnradpumpe Informationen bezüglich eines Schmierfilms (bzw. dem Schmierspalt zwischen rotierendem Element und Gehäuse), einer auf das erste und/oder zweite rotierbare Element wirkenden Last und/oder einer Bewegung des ersten oder des zweiten rotierbaren Elementes bestimmt und/oder es wird ein Defekt des ersten oder des zweiten rotierbaren Elementes detektiert. Möglich ist, dass das Auswerten des Signals des Empfängers ein Auswerten einer Amplitude, eines Frequenzspektrums und/oder einer Hüllkurve des Signals und/oder eines zeitlichen Abstandes von Strukturen in dem Signal umfasst. Beispielsweise umfasst das Auswerten des Empfängersignals auch ein Erkennen von Mustern in dem Verlauf des Empfängersignals.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in dem Gehäuse gepulste akustische Wellen angeregt, wobei das Auswerten des Empfängersignals ein Ermitteln von Laufzeiten und/oder Amplituden der gepulsten akustischen Wellen während des Betriebes der Zahnradpumpe umfasst. Die Laufzeiten schwanken beispielsweise während des Betriebes der Zahnradpumpe periodisch, wobei anhand der Amplitude und/oder der Frequenz der Schwankungen der Laufzeiten Informationen über Eigenschaften der Zahnradpumpe und/oder des Pumpmediums ermittelt werden können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Schraubenspindelpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figuren 2A, 2B Zustände der Schraubenspindelpumpe aus Figur 1 während ihres
Betriebes; Figur 3 Laufzeiten von akustischen Pulsen während des Betriebes der Schraubenspindelpumpe aus Figur 1 ; die Veränderung der Pulslaufzeiten über die Messdauer; eine perspektivische Ansicht einer Schraubenspindelpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und eine Schnittdarstellung einer Schraubenspindelpumpe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in Figur 1 gezeigte Zahnradpumpe in Form einer Schraubenspindelpumpe 1 weist drei rotierbare Elemente in Form von drei gegenläufig rotierenden Gewindespindeln 1 1 -13 auf, wobei die Schraubenspindelpumpe 1 im Bereich einer (der Spindel 13) der beiden äu ßeren Spindeln geschnitten dargestellt ist, um Details des Inneren der Schraubenspindelpumpe 1 sichtbar zu machen. Die Spindeln 1 1 -13 weisen jeweils eine Verzahnung in Form eines äu ßeren gewindeartigen Profils 1 1 1 , 121 , 131 auf, wobei die Profile 1 1 1 , 131 der äußeren Spindeln 1 1 , 13 jeweils mit dem Profil 121 der mittleren Spindel 12 zusammenwirken. Zwischen den Profilen 1 1 1 , 131 der äu ßeren Spindeln 1 1 , 13 und dem Profil 121 der mittleren Spindel 12 entstehen Hohlräume (Förderkammern), in denen das Pumpmedium transportiert wird. Die Spindeln 1 1 -13 (zumindest die mittlere Spindel 12) werden z.B. mit einem Elektromotor 3 angetrieben. Das Prinzip einer derartigen Schraubenspindelpumpe ist an sich jedoch bekannt. Die Spindeln 1 1 -13 sind in einem Gehäuse 2 der Schraubenspindelpumpe 1 untergebracht, wobei eine Innenseite 21 des Gehäuses 2 die zwischen den Profilen 1 1 1 , 121 , 131 der Spindeln 1 1 -13 gebildeten Förderkammern begrenzt. In Bohrungen 22, 23 (vgl. auch Fig. 2A und 2B) in dem Gehäuse 2 sind ein Sender 31 zum Anregen von akustischen Schallwellen in dem Gehäuse 2 und ein Empfänger 32 zum Empfangen der im Gehäuse 2 angeregten Schallwellen angeordnet.
Gemäß Figur 1 sind der Empfänger 31 und der Sender 32 der äußeren Spindel 13 zugeordnet, wobei sie entlang der Rotationsachse der Spindel 13 hintereinander angeordnet sind. Dabei sind der Sender und der Empfänger 31 , 32 in der gleichen vertikalen radialen Richtung in Bezug auf die Spindel 13 orientiert, d.h. ihre Hauptabstrahl- bzw. Empfangsrichtung verläuft senkrecht zu einer Ebene, in der die Rotationsachsen der Spindeln 1 1 -13 liegen. Denkbar ist natürlich auch eine andere Ausrichtung des Senders und des Empfängers 31 , 32, z.B. horizontal.
Möglich ist natürlich auch, dass der Sender der Empfänger 31 , 32 einer der beiden anderen Spindeln 1 1 , 12 zugeordnet ist. Denkbar ist zudem, dass mehrere Sender und Empfänger vorhanden sind, wobei jeweils ein Sender-Empfänger-Paar (ein Sensor) einer Spindel zugeordnet ist. Beispielsweise sind drei Sender-Empfänger-Paare vorhanden, von denen jeweils ein Paar einer der Spindeln 1 1 bis 13 zugeordnet ist. Denkbar ist z.B. auch, dass nur ein Sender, jedoch mehrere Empfänger verwendet werden.
Anhand des vom Empfänger 31 bei Empfang der sich in dem Gehäuse 2 ausbreitenden Schallwellen erzeugten Signals können Informationen über Eigenschaften der Schrauben- spindelpumpe 1 und/oder über das geförderte Pumpmedium bestimmt werden. Insbesondere werden Oberflächenschallwellen (zum Beispiel in Form von Lamb-Wellen) in dem Gehäuse 2 angeregt, die sich zumindest teilweise an der den Spindeln 1 1 -13 zugewandten Innenseite 21 des Gehäuses 2 ausbreiten.
Die Ausbreitung derartiger Oberflächenschallwellen hängt von der Beschaffenheit der Innenseite 21 des Gehäuses 2 und der Umgebung der Innenseite 21 ab. So werden die sich entlang der Innenseite 21 ausbreitenden Schallwellen von dem an die Innenseite 21 des Gehäuses 2 angrenzenden Material beeinflusst. Beispielsweise hängen die Geschwindigkeit und die Amplitude, mit der sich die Schallwellen ausbreiten, von der Art des Materials, das an die Innenseite 21 angrenzt, ab. Insbesondere werden sich die Oberflächenschallwellen schneller ausbreiten, wenn eine Erhebung 131 1 (z.B. eine Spitze) des Gewindepro- fils 131 der Spindel 13 an den von den Oberflächenschallwellen passierten Bereich der Innenseite 21 (d.h. an die Messstrecke) angrenzt (Fig. 2A), als in dem Fall, dass überwiegend eine Förderkammer 132 (d.h. das Pumpmedium) dort angrenzt (Fig. 2B). Somit wird sich die Laufzeit der akustischen Wellen abhängig von der Stellung der Spindel 13 verändern, so dass sich die Laufzeiten während des Betriebs der Schraubenspindelpumpe 1 periodisch verändern (s. Fig. 3).
Darüber hinaus kann ein größerer Anteil der Oberflächenschallwellen aus dem Gehäuse 2 auskoppeln, wenn das Pumpmedium an die Innenseite 21 (an den von den Schallwellen durchquerten Bereich der Innenseite 21 ) angrenzt. Daher kann auch die Amplitude des Empfängersignals von dem an der Innenseite 21 vorliegenden Material abhängen. Entsprechend kann auch die Amplitude des Empfängersignals beim Betrieb der Schraubenspindelpumpe 1 periodisch schwanken. Die akustische Messstrecke (der Bereich zwischen dem Sender 31 und dem Empfänger 32) kann als Mehrschichtsystem betrachtet werden, welches sich aus einem Bereich des Gehäuses 2 (insbesondere umfassend die Innenseite 21 ), einem Schmierfilm zwischen der Spindel 13 und dem Gehäuse 2 sowie einem Abschnitt der Spindel 13 zusammensetzt. Die Geschwindigkeit der akustischen Oberflächenwellen, die sich in diesem Mehrschichtsystem ausbreitet, hängt wie oben erläutert von der Zusammensetzung des Schichtsystems ab; vgl. die bereits erwähnten Fig. 2A und 2B, die die beiden Extremfälle darstellt, nämlich, dass das Schichtsystem eine dicke Metallschicht (Bereich 131 1 der Spindel 13) aufweist (Fig. 2A) oder eine dicke, aus dem Pumpmedium gebildete Schicht umfasst (Fig. 2B).
Figur 3 illustriert den Einfluss der Rotation der Spindel 13 auf die Laufdauer und die Amplitude von akustischen Pulsen AP, die mit Hilfe des Senders 31 in dem Gehäuse 2 und insbesondere dessen Innenseite 21 angeregt wurden. Danach läuft ein akustischer Puls schneller vom Sender 31 zum Empfänger 32, wenn eine Erhebung 131 1 des Gewindeprofils 131 der Spindel 13 an die Innenseite 21 angrenzt (Empfängersignal EP1 ), als in dem Fall, dass sich eine der Förderkammern 132 (d.h. das Pumpmedium) dort befindet (Empfängersignal EP2). Bei Betrieb der Schraubenspindelpumpe 1 entstehen daher periodische Schwankungen der Laufzeiten.
Zur Erfassung dieser periodischen Schwankungen der Laufzeiten werden z.B. kontinuierlich akustische Pulse ausgesandt und jeweils die Laufzeiten der Pulse vom Sender 31 zum Empfänger 32 bestimmt. Diese ermittelten Laufzeiten (Signallaufzeiten) werden über der Zeit (Messdauer) aufgetragen (vgl. Figur 4) und ausgewertet. Insbesondere können aus dem periodischen Verlauf der Laufzeiten Informationen über den Zustand der Schraubenspindelpumpe 1 und/oder über den Zustand des Pumpmediums gewonnen werden. Analog können auch die Amplituden der Pulse ermittelt und der (ebenfalls periodische) Verlauf der Pulsamplituden zum Bestimmen von Informationen über den Zustand der Schrauben- spindelpumpe 1 und/oder über das Pumpmedium ausgewertet werden.
Beispielsweise kann aus der Frequenz des in Figur 4 gezeigten Verlaufs der Laufzeiten („Laufzeit-Messsignal") die Spindelfrequenz bestimmt werden. Zudem korreliert der Mittelwert des Laufzeit-Messsignals mit der Schallgeschwindigkeit des Pumpmediums. Darüber hinaus kann auch eine Information über die Menge des Pumpmediums abgeleitet werden, da die Amplitude des Laufzeit-Messsignals von der Menge des Pumpmediums abhängt. Beispielsweise werden sich die Laufzeiten nur wenig verändern (d.h. die Amplitude des Laufzeit-Messsignals nimmt ab), wenn nur eine geringe Menge des Pumpmediums gefördert wird. Entsprechend kann ein Trockenlaufen oder ein drohendes Trockenlaufen der Pumpe erkannt werden. Denkbar ist auch, dass detektiert werden kann, wenn der tragende Schmierfilm zwischen den Profilen der Spindel und dem Gehäuse so dünn ist, dass es zumindest gelegentlich zu einem Kontakt zwischen dem (metallischen) Profil der Spindel und der Innenseite des Gehäuses kommt. In diesem Fall würde an die Innenseite des Gehäuses ein weiterer metallischer Bereich (des Profils der Spindel) angrenzen, wodurch sich die Geschwindigkeit der Oberflächenschallwellen verändert, was einen Einbruch in dem Laufzeit-Messsignal hervorruft. Derartige Einbrüche werden umso zahlreicher auftreten, je geringer und inhomogener der Schmierfilm ist.
Des Weiteren können sich auch Einschlüsse (zum Beispiel Gasblasen) in dem Pumpme- dium oder sonstige Inhomogenitäten des Pumpmediums in dem Messsignal bemerkbar machen und sind somit mit dem obigen Verfahren detektierbar.
Figur 5 betrifft eine Abwandlung der Schraubenspindelpumpe der Figur 1 . Der Sender 31 und der Empfänger 32 sind hier zwar ebenfalls der Spindel 13 zugeordnet und axial hin- tereinander entlang der Rotationsachse der Spindel 13 angeordnet. Allerdings sind Sender und Empfänger 31 , 32 in einem größeren Abstand zueinander positioniert. Beispielsweise beträgt der Abstand mindestens eine halbe Steigung des Außenprofils der Spindel 13.
Denkbar ist auch, dass Sender und Empfänger 31 , 32 nicht axial angeordnet sind, sondern radial. In diesem Fall sind der Sender 31 und der Empfänger 32 ebenfalls einer der Spindeln 1 1 -13 zugeordnet, wobei sie jedoch jeweils entlang unterschiedlicher radialer Richtungen in Bezug auf die Spindel orientiert sind. Dies ist in Figur 6 gezeigt. Dort ist der Sender 31 entlang einer ersten radialen Richtung in Bezug auf die Spindel 13 und der Empfänger 32 entlang einer zweiten radialen Richtung, die von der ersten radialen Rich- tung verschieden ist, ausgerichtet. Des Weiteren ist auch der anderen äu ßeren Spindel 1 1 ein Sender 310 und ein Empfänger 320 zugeordnet, die ebenfalls jeweils radial orientiert sind.
Es wird darauf hingewiesen, dass Elemente der vorstehend beschriebenen Ausführungs- beispiele natürlich auch in Kombination miteinander verwendet werden können. So kann durchaus eine Kombination aus einer axialen und einer radialen Anordnung von Sender und Empfänger an ein und derselben Spindel realisiert sein. Beispielsweise kann ein erstes, axial angeordnetes Sender-Empfänger-Paar der äu ßeren Spindel 13 und ein zweites, radial ausgerichtetes Sender-Empfänger-Paar der anderen äu ßeren Spindel 1 1 zugeordnet sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Zahnradpumpe, mit
- mindestens einem ersten und einem zweiten rotierbaren Element (12, 13), wobei - das erste rotierbare Element (12) eine Verzahnung (121 ) aufweist, die mit einer
Verzahnung (131 ) des zweiten rotierbaren Elementes (13) zusammenwirkt; und
- einem Gehäuse (2) in dem das erste und/oder das zweite rotierbare Element (12, 13) zumindest teilweise angeordnet sind, gekennzeichnet durch mindestens einen an dem Gehäuse (2) angeordneten Sender (31 ) zum Anregen von akustischen Wellen in dem Gehäuse (2) sowie mindestens einen an dem Gehäuse (2) angeordneten Empfänger (32) zum Empfang der in dem Gehäuse (2) angeregten akustischen Wellen, wobei durch Auswerten eines bei Empfang der akustischen Wellen von dem Empfänger (32) erzeugten Signals Informationen über Eigenschaften der Zahnradpumpe und/oder eines Pumpmediums bestimmbar sind.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (121 , 131 ) des ersten und des zweiten rotierbaren Elementes (12, 13) schräg zur Rotationsachse des jeweiligen rotierbaren Elementes (12, 13) verlaufen.
3. Zahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Zahnradpumpe um eine Schraubenspindelpumpe (1 ) handelt, wobei die Verzahnungen (121 , 131 ) des ersten und/des zweiten rotierbaren Elementes (12, 13) jeweils nach Art eines Gewindeprofils ausgebildet sind.
4. Zahnradpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (31 ) und der Empfänger (32) mit einen Abstand voneinander angeordnet sind, der höchstens die Hälfte der Steigung der Verzahnung (121 , 131 ) des ersten oder des zweiten rotierbaren Elementes (12, 13) beträgt.
5. Zahnradpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (31 ) und der Empfänger (32) mit einen Abstand voneinander angeordnet sind, der min- destens die Hälfte der Steigung der Verzahnung (121 , 131 ) des ersten oder des zweiten rotierbaren Elementes (12, 13) beträgt. Zahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (31 ) und der Empfänger (32) entlang einer parallel zur Rotationsachse des ersten oder des zweiten rotierbaren Elementes (12, 13) verlaufenden Linie angeordnet sind.
Zahnradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (31 ) in einer ersten radialen Richtung und der Empfänger (32) in einer von der ersten radialen Richtung verschiedenen zweiten radialen Richtung entweder in Bezug auf das erste rotierbare Element (12) oder in Bezug auf das zweite rotierbare Element (13) orientiert ist.
Verfahren zum Überwachen einer Zahnradpumpe, insbesondere einer Zahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Bereitstellen mindestens eines ersten und eines zweiten rotierbaren Elementes (12, 13), wobei das erste rotierbare Element (12) eine Verzahnung (121 ) aufweist, die mit einer Verzahnung (131 ) des zweiten rotierbaren Elementes (13) zusammenwirkt, und wobei das erste und/oder das zweite rotierbare Element (12, 13) zumindest teilweise in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, gekennzeichnet durch
Anregen von akustischen Wellen in dem Gehäuse (2) mit mindestens einem an dem Gehäuse (2) angeordneten Sender (31 ) und Empfangen der in dem Gehäuse (2) angeregten akustischen Wellen mit einem an dem Gehäuse (2) angeordneten Empfänger (32) sowie Bestimmen von Informationen über Eigenschaften der Zahnradpumpe und/oder eines Pumpmediums durch Auswerten eines beim Empfang der akustischen Wellen von dem Empfänger (32) erzeugten Signals.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Auswerten des Signals des Empfängers (32) während des Betriebes der Zahnradpumpe Informationen bezüglich eines Schmierfilms, einer auf das erste und/oder zweite rotierbare Element (12, 13) wirkenden Last und/oder einer Bewegung des ersten oder des zweiten rotierbaren Elementes (12, 13) bestimmt werden und/oder ein Defekt des ersten oder des zweiten rotierbaren Elementes (12, 13) detektiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des Signals des Empfängers (32) ein Auswerten einer Amplitude, eines Frequenzspektrums und/oder einer Hüllkurve des Signals und/oder eines zeitlichen Abstandes von Strukturen in dem Signal umfasst.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des Signals des Empfängers (32) ein Erkennen von Mustern in dem Verlauf des Empfängersignals umfasst. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) gepulste akustische Wellen (AP) angeregt werden, wobei das Auswerten des Empfängersignals ein Ermitteln von Laufzeiten und/oder Amplituden der gepulsten akustischen Wellen (AP) während des Betriebes der Zahnradpumpe umfasst. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufzeiten und/oder die Amplituden während des Betriebes der Zahnradpumpe periodisch schwanken, wobei anhand der Amplitude der Schwankungen der Laufzeiten die Informationen über Eigenschaften der Zahnradpumpe und/oder das Pumpmedium ermittelt werden.
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