EP4018093B1 - Verfahren zur zustandsüberwachung einer vorrichtung und vorrichtung - Google Patents

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EP4018093B1
EP4018093B1 EP20761183.1A EP20761183A EP4018093B1 EP 4018093 B1 EP4018093 B1 EP 4018093B1 EP 20761183 A EP20761183 A EP 20761183A EP 4018093 B1 EP4018093 B1 EP 4018093B1
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EP
European Patent Office
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drive
piston
volume
cylinder
drive piston
Prior art date
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EP20761183.1A
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EP4018093A1 (de
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Carl WIESENACK
Benjamin Hölzle
Michael Schäfer
Wolf-Michael Petzold
Jan-Martin VEIT
Wilhelm F. HOFMANN
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Putzmeister Engineering GmbH
Original Assignee
Putzmeister Engineering GmbH
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Publication date
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    • F04B15/02—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B49/10—Other safety measures
    • F04B49/103—Responsive to speed

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the condition of a device for conveying thick matter.
  • the DE 10 2014 205 042 A1 discloses a hydraulic cylinder with ultrasonic sensors for measuring movement information of a piston which is accommodated in a housing for linear movement, wherein the piston delimits a first and a second cylinder chamber from one another.
  • the first and/or the second cylinder chamber are at least partially filled with a hydraulic fluid.
  • the DE 198 06 544 A1 discloses a method for measuring the operating characteristic of an electromagnetic proportional control valve.
  • the EP 1 437 178 A2 discloses a pumping device for powder.
  • the EP 3 336 050 A1 discloses an industrial truck with a control unit for controlling the movement of a piston rod of a hydraulic cylinder and an associated method.
  • the EP 2 123 594 A1 discloses a lifting vehicle with a speed control, wherein the lifting vehicle is hydraulically operated.
  • the WO 2015/195246 A1 discloses a method for controlling the speed of a hydraulic actuator.
  • the US 2019/072118 A1 discloses a fluid delivery system having a hydraulic fluid source and a hydraulic cylinder fluidly coupled to the hydraulic fluid source and having a piston movable between first and second end positions.
  • the invention is based on the object of providing a method for monitoring the condition of a device for conveying thick matter, which enables reliable condition detection.
  • the method according to the invention is used to monitor the condition of a device for conveying thick material, for example in the form of liquid concrete.
  • the device can be a concrete pump, for example.
  • the device has a conventional first drive cylinder for receiving hydraulic fluid, for example in the form of hydraulic oil.
  • the device further comprises a conventional first drive piston which is arranged to be movable, in particular longitudinally movable, in the first drive cylinder.
  • the procedure has the following steps.
  • the determined speed can be the instantaneous speed of the drive piston, which can be determined continuously, for example, or only at certain positions/positions of the drive piston.
  • a speed profile of the first drive piston can also be determined.
  • the first speed can be determined, for example, using a conventional distance measuring system, by means of which a position of the first drive piston can be determined.
  • the first speed can then be calculated by time-derivative of the determined position.
  • the first speed can also be determined based on a stroke time between two defined points on the drive cylinder.
  • the expected speed is, for example, the speed that the first drive piston should theoretically have when functioning correctly, in particular at a given position.
  • the expected speed can be determined, for example, with knowledge of the properties of the device, such as piston geometry, cylinder geometry, known or measured drive volume flows, etc., or is known a priori.
  • Determining a fault state of the device or of components of the device as a function of the difference formed or of an amount of the difference formed between the determined speed of the first drive piston and the expected speed of the first drive piston.
  • the lifting time and/or the change in the lifting time compared to the expected values can serve as an error criterion.
  • the first drive piston and the first delivery piston each perform a purely translational, oscillating movement with a specific stroke.
  • the error state is determined when the difference between the determined speed of the first drive piston and the expected speed of the first drive piston exceeds an associated value.
  • the error state is determined when a temporal change or derivative of the difference between the determined speed of the first drive piston and the expected speed of the first drive piston exceeds an associated value.
  • the respective associated value can be an absolute value or a relative value.
  • the error state can be determined if the difference between the determined speed of the first drive piston and the expected speed of the first drive piston exceeds a predetermined percentage of the expected speed or the measured speed.
  • the predetermined percentage can, for example, be in a range between 0.1% and 10% of the expected speed or the measured speed.
  • the error state can be determined if the temporal change or derivative of the difference between the determined speed of the first drive piston and the expected speed of the first drive piston per unit of time, for example 60 seconds, exceeds a predetermined percentage of the expected speed or the measured speed.
  • the predetermined percentage can, for example, be in a range between 0.1% and 10% of the expected speed or the measured speed.
  • the device also has a conventional drive pump, which is designed to generate a drive volume flow of hydraulic fluid for moving the first drive piston in the first drive cylinder.
  • a conventional drive pump which is designed to generate a drive volume flow of hydraulic fluid for moving the first drive piston in the first drive cylinder.
  • the expected speed is then calculated as a function of the drive volume flow generated, taking into account typically known geometries and associated volumes of the hydraulic circuit.
  • the device is a device for conveying thick matter and further comprises: a conventional first conveying cylinder for receiving and discharging thick matter, a conventional first conveying piston which is arranged in the first conveying cylinder so as to be movable, in particular longitudinally movable, a conventional first piston rod which is attached to the first drive piston and to the conveying piston for the movement coupling of the first drive piston and the first conveying piston, a piston seal which is in defect-free or proper condition State in conjunction with the first drive piston seals a first volume or a drive pump-side volume in the first drive cylinder from a second volume or a rocking volume in the first drive cylinder, and a rod seal which in conjunction with the first piston rod seals the first drive cylinder from an environment of the device.
  • the error state in the form of a defect in the piston seal and/or in the form of a defect in the rod seal is determined depending on the difference formed between the determined speed of the first drive piston and the expected speed of the first drive piston.
  • the method comprises the following further steps: introducing a drive volume flow on the drive pump side and determining the fault state in the form of the defect of the piston seal during the introduction of the drive volume flow on the drive pump side as a function of the difference formed between the determined speed of the first drive piston and the expected speed of the first drive piston.
  • the method comprises the following further steps: introducing a drive volume flow on the swing volume side and determining the fault state in the form of the defect of the rod seal during the introduction of the drive volume flow on the swing volume side as a function of the difference formed between the determined speed of the first drive piston and the expected speed of the first drive piston.
  • the device for conveying thick matter further comprises: a second drive cylinder for receiving hydraulic fluid, a second drive piston which is movably arranged in the second drive cylinder, a second delivery cylinder for receiving and discharging thick matter, a second delivery piston which is movably arranged in the second delivery cylinder, and a second piston rod which is attached to the second drive piston and to the second delivery piston for coupling the movement of the second drive piston and the second delivery piston.
  • the first drive piston delimits a first volume or a drive pump-side volume in the first drive cylinder from a second volume or swing volume.
  • the second drive piston in the second drive cylinder delimits a first volume or drive pump-side volume from a second volume or swing volume.
  • the swing volume in the first drive cylinder and the swing volume in the second drive cylinder are connected to one another via a swing connection for exchanging hydraulic fluid in such a way that the first drive piston moves in antiphase to the second drive piston.
  • the speed of the second drive piston is determined, whereby the expected speed of the first drive piston is equal to the determined speed of the second drive piston.
  • the determined speed of the first drive piston is compared with the determined speed of the second drive piston, whereby the error state is determined if the determined speeds differ from one another by more than a predetermined amount or if the change in the difference between the determined speeds over time exceeds a predetermined amount. If wear on the piston or rod seals can be ruled out, a deviation in the piston speeds can also detect an error/wear in the remaining hydraulic system (in particular the hydraulic pumps).
  • hydraulic fluid is fed into or removed from a rocking volume.
  • the rocking volume is formed from the rocking volume in the first drive cylinder, the rocking volume in the second drive cylinder and a volume of the rocking connection.
  • the feeding or removal takes place in such a way that a possible or maximum stroke of an oscillating movement of the first drive piston and the second drive piston has a desired dimension.
  • the rocking connection causes the first drive cylinder and the second drive cylinder to carry out oscillating movements in opposite phases to one another, the respective maximum stroke of which depends on the rocking volume. The stroke can therefore be adjusted by changing the rocking volume.
  • the error state is determined when a frequency of feeding or unloading exceeds a predetermined level.
  • the predetermined level of frequency can be determined empirically, for example, through test series. For example, frequencies of less than or equal to 1 feeding or unloading per hour can be defined as error-free and frequencies of greater than 1 feeding or unloading per hour can be defined as faulty.
  • an error state of the device can be determined when a temporal change or derivation of the frequency of feeding or unloading exceeds a predetermined level. For example, an error state of the device can be determined when the temporal change in the frequency of feeding or unloading per unit of time, for example 60 seconds, exceeds a predetermined percentage of the expected frequency or the measured frequency.
  • the predetermined percentage can, for example, be in a range between 0.1% and 10% of the expected frequency or the measured frequency.
  • a fault condition of the device can be determined if a volume fed in or fed out exceeds a predetermined value.
  • the predetermined value for the volume can be determined empirically, for example, through test series.
  • Fig. 1 an inventive device for conveying thick matter.
  • Fig. 1 shows a device 1 according to the invention for conveying thick matter DS.
  • the device 1 can, for example, embody a concrete pump.
  • the device 1 has a first drive cylinder 10a for receiving hydraulic fluid HF.
  • the device 1 further comprises a first drive piston 11a, which is arranged to be longitudinally movable in the first drive cylinder 10a.
  • the device 1 further comprises a first conveying cylinder 12a for receiving and discharging thick material DS in the form of liquid concrete.
  • the device 1 further comprises a first delivery piston 13a, which is arranged to be longitudinally movable in the first delivery cylinder 12a.
  • the device 1 further comprises a first piston rod 14a, which is attached to the first drive piston 11a for movement coupling with the first delivery piston 13a.
  • the device 1 further comprises a second drive cylinder 10b for receiving hydraulic fluid HF.
  • the device 1 further comprises a second drive piston 11b, which is arranged to be longitudinally movable in the second drive cylinder 10b.
  • the device 1 further comprises a second conveying cylinder 12b for receiving and discharging thick material DS.
  • the device 1 further comprises a second delivery piston 13b, which is arranged to be longitudinally movable in the second delivery cylinder 12b.
  • the device 1 further comprises a second piston rod 14b which is attached to the second drive piston 11b for movement coupling with the second delivery piston 13b.
  • the first drive piston 11a delimits a drive pump-side volume V1 from a rocking volume V2 in the first drive cylinder 10a.
  • the second drive piston 10b in the second drive cylinder 10b correspondingly delimits a drive pump-side volume V1 from a rocking volume V2.
  • the rocking volume V2 in the first drive cylinder 10a and the rocking volume V2 in the second drive cylinder 10b are connected to one another via a rocking connection 60 for exchanging hydraulic fluid HF in such a way that the first drive piston 11a moves in antiphase to the second drive piston 11b.
  • the device 1 further comprises piston seals 15 which, in a defect-free state, in conjunction with the first drive piston 11a or the second drive piston 11b, seal the drive pump-side volumes V1 from the rocking volumes V2.
  • Rod seals 16 are also provided which, in conjunction with the first piston rod 14a or the second piston rod 14b, seal the first drive cylinder 10a or the second drive cylinder 10b from the environment.
  • the device 1 further comprises a drive pump 20 which is designed to generate the drive volume flows AVF of the hydraulic fluid HF.
  • the drive pump 20 is connected via pump connections 30a and 30b to the drive pump-side volumes V1 for moving the first drive piston 11a in the first drive cylinder 10a or for moving the second drive piston 11b in the second drive cylinder 10b.
  • the drive pump 20 can optionally feed a drive volume flow AVF either via the pump connection 30a or the pump connection 30b, so that either the first drive piston 11a or the second drive piston 11b moves to the right, with the other drive piston then moving to the left due to the coupling via the rocking connection 60.
  • the drive pump 20 is controlled in such a way that the drive piston 11a or 11b driven via the active pump connection 30a or 30b moves to the right up to a desired reversal point. Due to the rocking connection, the other drive piston 11a or 11b then moves to the left up to an opposite reversal point.
  • the first drive piston 11a and the second drive piston 11b therefore each carry out a purely translational movement that oscillates between two reversal points.
  • Corresponding position sensors 17a and 17b are provided to detect the position of the drive cylinders 10a and 10b.
  • the respective instantaneous speed of the first drive piston 11a and the second drive piston 11b is determined by a time derivative of the piston positions detected by the position sensors 17a and 17b.
  • a control unit 50 controls the operation of the device 1.
  • a speed of the first drive piston 11a and/or the second drive piston 11a is determined by means of the position sensors 17a and 17b, respectively, then a difference is formed between the determined speed(s) of the first drive piston 11a and/or the second drive piston 11b and an expected speed of the first drive piston 11a and/or the second drive piston 11b, and finally an error state is determined depending on the difference(s) formed.
  • the fault condition may be detected when the difference between the determined speed and the expected speed exceeds an associated measure and/or when a temporal change in the difference between the determined speed and the expected speed exceeds an associated measure.
  • the expected speed can, for example, be calculated depending on the generated drive volume flow AVF.
  • the expected speed of one of the two drive pistons 11a or 11b can also correspond to the measured speed of the other drive piston 11a or 11b.
  • the determined speed of the first drive piston 11a is compared with the determined speed of the second drive piston 11b, wherein the error state is determined if the determined speeds differ from one another by more than a predetermined amount, or if the change over time in the difference between the determined speeds exceeds a predetermined amount.
  • the error state corresponds to a defect in the piston seal(s) 15 and/or a defect in the rod seal(s) 16.
  • a defect in the piston seal(s) can be detected during the introduction of the drive pump-side drive volume flow AVF depending on the difference formed between the determined speed and the expected speed.
  • a defect in the rod seal(s) 15 can accordingly be detected during the introduction of the swing volume side drive volume flow AVF depending on from the difference between the measured speed and the expected speed.
  • the stroke can be adjusted by feeding or discharging hydraulic fluid HF into a rocking volume formed from the rocking volume V2 in the first drive cylinder 10a, the rocking volume V2 in the second drive cylinder 10b and a volume of the rocking connection 60.
  • the feeding or discharging of hydraulic fluid HF into the rocking volume can be carried out using conventional components that are known from the prior art. These components are provided with the reference number 18 as an example.
  • an error condition can be detected if the frequency of feeding or discharging and/or the volume fed or discharging exceeds a specified level.
  • the device can of course have further components known from the prior art, for example switching means for connecting the conveyor cylinders 12a and 12b to a thick matter conveyor line or a thick matter source, etc. Since these components are sufficiently known, their description will be omitted.
  • the method according to the invention for detecting condition or wear can be supplemented by taking into account other variables, for example a hydraulic pressure and/or a temperature of the hydraulic fluid.
  • other variables for example a hydraulic pressure and/or a temperature of the hydraulic fluid.
  • a history of the measured variables can be evaluated.
  • the invention makes it possible to determine wear on components of the device 1 and thus to warn of a component failure or to prevent it. This increases the availability of the device 1 because a required service can be planned in a targeted manner. In addition, the automated localization of wear can also significantly reduce the service effort.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff.
  • Die DE 10 2014 205 042 A1 offenbart einen Hydraulikzylinder mit Ultraschallsensoren zur Messung von Bewegungsinformationen eines Kolbens, der in einem Gehäuse linearbeweglich aufgenommen ist, wobei der Kolben eine erste und eine zweite Zylinderkammer voneinander abgrenzt. Die erste und/oder die zweite Zylinderkammer sind zumindest teilweise mit einer Druckflüssigkeit gefüllt.
  • Die DE 198 06 544 A1 offenbart ein Verfahren zum Messen der Arbeitskennlinie eines elektromagnetischen Proportionalsteuerventils.
  • Die EP 1 437 178 A2 offenbart eine Pumpeinrichtung für Pulver.
  • Die EP 3 336 050 A1 offenbart ein Flurförderfahrzeug mit einer Steuereinheit zur Regelung der Bewegung einer Kolbenstange eines Hydraulikzylinders sowie ein zugehöriges Verfahren.
  • Die EP 2 123 594 A1 offenbart ein Hubfahrzeug mit einer Geschwindigkeitssteuerung, wobei das Hubfahrzeug hydraulisch betrieben ist.
  • Die WO 2015/195246 A1 offenbart ein Verfahren zur Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen Aktuators.
  • Die US 2019/072118 A1 offenbart ein Flüssigkeitsliefersystem mit einer Hydraulikflüssigkeitsquelle und einem Hydraulikzylinder, der fluidtechnisch mit der Hydraulikflüssigkeitsquelle gekoppelt ist und der einen Kolben aufweist, der zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition beweglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff zur Verfügung zu stellen, das eine zuverlässige Zustandserkennung ermöglicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Zustandsüberwachung einer Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff, beispielsweise in Form von Flüssigbeton. Die Vorrichtung kann beispielsweise eine Betonpumpe sein.
  • Die Vorrichtung weist einen herkömmlichen ersten Antriebszylinder zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise in Form von Hydrauliköl, auf.
  • Die Vorrichtung weist weiter einen herkömmlichen ersten Antriebskolben auf, der in dem ersten Antriebszylinder beweglich, insbesondere längsbeweglich, angeordnet ist.
  • Das Verfahren weist folgende Schritte auf.
  • Ermitteln einer Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens, insbesondere in Längsrichtung des ersten Antriebszylinders. Bei der ermittelten Geschwindigkeit kann es sich um die Momentangeschwindigkeit des Antriebskolbens handeln, die beispielsweise fortlaufend ermittelt werden kann oder nur an bestimmten Positionen/Stellungen des Antriebskolbens ermittelt werden kann. Zusätzlich kann auch ein Geschwindigkeitsprofil des ersten Antriebskolbens ermittelt werden. Die erste Geschwindigkeit kann beispielsweise mittels eines herkömmlichen Wegmesssystems ermittelt werden, mittels dem eine Position des ersten Antriebskolbens bestimmt werden kann. Die erste Geschwindigkeit kann dann durch zeitliche Ableitung der ermittelten Position berechnet werden. Die erste Geschwindigkeit kann auch basierend auf einer Hubzeit zwischen zwei definierten Punkten des Antriebszylinders ermittelt werden.
  • Bilden einer Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens und einer erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens. Bei der erwarteten Geschwindigkeit handelt es sich beispielsweise um diejenige Geschwindigkeit, die der erste Antriebskolben theoretisch bei fehlerfreier Funktion haben sollte, insbesondere an einer vorgegebenen Position haben sollte. Die erwartete Geschwindigkeit lässt sich beispielsweise in Kenntnis der Eigenschaften der Vorrichtung, wie beispielsweise Kolbengeometrieben, Zylindergeometrien, bekannten bzw. gemessenen Antriebsvolumenströmen, etc. ermitteln bzw. ist a priori bekannt.
  • Bestimmen eines Fehlerzustands der Vorrichtung bzw. von Komponenten der Vorrichtung in Abhängigkeit von der gebildeten Differenz bzw. von einem Betrag der gebildeten Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens.
  • Sofern die Geschwindigkeit aus der Hubzeit abgeleitet wird, kann die Hubzeit und/oder die Änderung der Hubzeit im Vergleich zu den jeweils erwarteten Werten als Fehlerkriterium dienen.
  • Typisch führen der erste Antriebskolben und der erste Förderkolben jeweils eine rein translatorische, oszillierende Bewegung mit einem bestimmten Hub aus.
  • Hinsichtlich der oben genannten herkömmlichen Elemente der Vorrichtung sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der Fehlerzustand bestimmt, wenn die Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens ein zugehöriges Maß überschreitet. Alternativ oder zusätzlich wird der Fehlerzustand bestimmt, wenn eine zeitliche Änderung bzw. Ableitung der Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens ein zugehöriges Maß überschreitet. Das jeweils zugehörige Maß kann ein Absolutwert oder ein Relativwert sein.
  • Beispielsweise kann der Fehlerzustand bestimmt werden, wenn die Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens einen vorgegebenen Prozentwert der erwarteten Geschwindigkeit oder der gemessenen Geschwindigkeit überschreitet. Der vorgegebene Prozentwert kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,1 % und 10 % der erwarteten Geschwindigkeit oder der gemessenen Geschwindigkeit liegen. Entsprechend kann der Fehlerzustand bestimmt werden, wenn die zeitliche Änderung bzw. Ableitung der Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens pro Zeiteinheit, beispielsweise 60 Sekunden, einen vorgegebenen Prozentwert der erwarteten Geschwindigkeit oder der gemessenen Geschwindigkeit überschreitet. Der vorgegebene Prozentwert kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,1 % und 10 % der erwarteten Geschwindigkeit oder der gemessenen Geschwindigkeit liegen.
  • Die Vorrichtung weist weiter eine herkömmliche Antriebspumpe auf, die zur Erzeugung eines Antriebsvolumenstroms von Hydraulikflüssigkeit zur Bewegung des ersten Antriebskolbens in dem ersten Antriebszylinder ausgebildet ist. Insoweit sei auch auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Die erwartete Geschwindigkeit wird dann in Abhängigkeit von dem erzeugten Antriebsvolumenstrom berechnet, wobei hierzu typisch bekannte Geometrien und damit verbundene Volumina des Hydraulikreises berücksichtigt werden.
  • Die Vorrichtung ist eine Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff und weist weiter auf: einen herkömmlichen ersten Förderzylinder zur Aufnahme und Abgabe von Dickstoff, einen herkömmlichen ersten Förderkolben, der in dem ersten Förderzylinder beweglich, insbesondere längsbeweglich, angeordnet ist, eine herkömmliche erste Kolbenstange, die an dem ersten Antriebskolben und an dem Förderkolben zur Bewegungskopplung des ersten Antriebskolbens und des ersten Förderkolbens befestigt ist, eine Kolbendichtung, die in defektfreiem bzw. bestimmungsgemäßen Zustand in Verbindung mit dem ersten Antriebskolben ein erstes Volumen bzw. ein antriebspumpenseitiges Volumen in dem ersten Antriebszylinder gegenüber einem zweiten Volumen bzw. einem Schaukelvolumen in dem ersten Antriebszylinder abdichtet, und eine Stangendichtung, die in Verbindung mit der ersten Kolbenstange den ersten Antriebszylinder gegenüber einer Umgebung der Vorrichtung abdichtet. Für diesen Fall wird der Fehlerzustand in Form eines Defekts der Kolbendichtung und/oder in Form eines Defekts der Stangendichtung in Abhängigkeit von der gebildeten Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens bestimmt.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden weiteren Schritte auf: Einbringen eines antriebspumpenseitigen Antriebsvolumenstroms und Bestimmen des Fehlerzustands in Form des Defekts der Kolbendichtung während des Einbringens des antriebspumpenseitigen Antriebsvolumenstroms in Abhängigkeit von der gebildeten Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden weiteren Schritte auf: Einbringen eines schaukelvolumenseitigen Antriebsvolumenstroms und Bestimmen des Fehlerzustands in Form des Defekts der Stangendichtung während des Einbringens des schaukelvolumenseitigen Antriebsvolumenstroms in Abhängigkeit von der gebildeten Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff weiter auf: einen zweiten Antriebszylinder zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, einen zweiten Antriebskolben, der in dem zweiten Antriebszylinder beweglich angeordnet ist, einen zweiten Förderzylinder zur Aufnahme und Abgabe von Dickstoff, einen zweiten Förderkolben, der in dem zweiten Förderzylinder beweglich angeordnet ist, und eine zweite Kolbenstange, die an dem zweiten Antriebskolben und an dem zweiten Förderkolben zur Bewegungskopplung des zweiten Antriebskolbens und des zweiten Förderkolbens befestigt ist. Der erste Antriebskolben grenzt in dem ersten Antriebszylinder ein erstes Volumen bzw. ein antriebspumpenseitiges Volumen von einem zweiten Volumen bzw. Schaukelvolumen ab. Entsprechend grenzt der zweite Antriebskolben in dem zweiten Antriebszylinder ein erstes Volumen bzw. antriebspumpenseitiges Volumen von einem zweiten Volumen bzw. Schaukelvolumen ab. Das Schaukelvolumen im ersten Antriebszylinder und das Schaukelvolumen im zweiten Antriebszylinder sind über eine Schaukelverbindung zum Austausch von Hydraulikflüssigkeit derart miteinander verbunden, dass sich der erste Antriebskolben gegenphasig zum zweiten Antriebskolben bewegt. Für diesen Fall wird die Geschwindigkeit des zweiten Antriebskolbens ermittelt, wobei die erwartete Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens gleich der ermittelten Geschwindigkeit des zweiten Antriebskolbens ist. Mit anderen Worten wird die ermittelte Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens mit der ermittelten Geschwindigkeit des zweiten Antriebskolbens verglichen, wobei der Fehlerzustand bestimmt wird, wenn die ermittelten Geschwindigkeiten um mehr als ein vorgegebenes Maß voneinander abweichen bzw. wenn die zeitliche Änderung der Differenz der ermittelten Geschwindigkeiten ein vorgegebenes Maß überschreitet. Falls ein Verschleiß an Kolben- oder Stangendichtungen ausgeschlossen werden kann, kann bei einer Abweichung der Kolbengeschwindigkeiten auch ein Fehler/Verschleiß im verbleibenden Hydrauliksystem (insbesondere der Hydraulikpumpen) detektiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird Hydraulikflüssigkeit in ein Schaukelvolumen zu- oder abgespeist. Das Schaukelvolumen ist aus dem Schaukelvolumen im ersten Antriebszylinder, dem Schaukelvolumen im zweiten Antriebszylinder und einem Volumen der Schaukelverbindung gebildet. Das Zu- oder Abspeisen erfolgt derart, dass ein möglicher bzw. maximaler Hub einer oszillierenden Bewegung des ersten Antriebskolbens und des zweiten Antriebskolbens ein gewünschtes Maß aufweist. Die Schaukelverbindung bewirkt, dass der erste Antriebszylinder und der zweite Antriebszylinder zueinander gegenphasige, oszillierende Bewegungen ausführen, deren jeweiliger maximaler Hub vom Schaukelvolumen abhängt. Durch Verändern des Schaukelvolumens lässt sich folglich der Hub justieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der Fehlerzustand bestimmt, wenn eine Häufigkeit des Zuspeisens oder Abspeisens ein vorgegebenes Maß überschreitet. Das vorgegebene Maß für die Häufigkeit kann beispielsweise empirisch durch Testreihen bestimmt werden. Beispielsweise können Häufigkeiten kleiner als oder gleich 1 Mal Zuspeisen bzw. Abspeisen pro Stunde als fehlerfrei definiert werden und Häufigkeiten größer als 1 Mal Zuspeisen bzw. Abspeisen pro Stunde als fehlerhaft definiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Fehlerzustand der Vorrichtung ermittelt werden, wenn eine zeitliche Änderung bzw. Ableitung der Häufigkeit des Zuspeisens oder Abspeisens ein vorgegebenes Maß überschreitet. Beispielsweise kann ein Fehlerzustand der Vorrichtung ermittelt werden, wenn die zeitliche Änderung der Häufigkeit des Zuspeisens oder Abspeisens pro Zeiteinheit, beispielsweise 60 Sekunden, einen vorgegebenen Prozentwert der erwarteten Häufigkeit oder der gemessenen Häufigkeit überschreitet. Der vorgegebene Prozentwert kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,1 % und 10 % der erwarteten Häufigkeit oder der gemessenen Häufigkeit liegen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Fehlerzustand der Vorrichtung ermittelt werden, wenn ein zugespeistes oder abgespeistes Volumen ein vorgegebenes Maß überschreitet. Das vorgegebene Maß für das Volumen kann beispielsweise empirisch durch Testreihen bestimmt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt:
    Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Förderung von Dickstoff DS. Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise eine Betonpumpe verkörpern.
  • Die Vorrichtung 1 weist einen ersten Antriebszylinder 10a zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit HF auf.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter einen ersten Antriebskolben 11a auf, der in dem ersten Antriebszylinder 10a längsbeweglich angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter einen ersten Förderzylinder 12a zur Aufnahme und Abgabe von Dickstoff DS in Form von Flüssigbeton auf.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter einen ersten Förderkolben 13a auf, der in dem ersten Förderzylinder 12a längsbeweglich angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter eine erste Kolbenstange 14a auf, die an dem ersten Antriebskolben 11a zur Bewegungskopplung mit dem ersten Förderkolben 13a befestigt ist.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter einen zweiten Antriebszylinder 10b zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit HF auf.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter einen zweiten Antriebskolben 11b auf, der in dem zweiten Antriebszylinder 10b längsbeweglich angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter einen zweiten Förderzylinder 12b zur Aufnahme und Abgabe von Dickstoff DS auf.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter einen zweiten Förderkolben 13b auf, der in dem zweiten Förderzylinder 12b längsbeweglich angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter eine zweite Kolbenstange 14b auf, die an dem zweiten Antriebskolben 11b zur Bewegungskopplung mit dem zweiten Förderkolben 13b befestigt ist.
  • Der erste Antriebskolben 11a grenzt in dem ersten Antriebszylinder 10a ein antriebspumpenseitiges Volumen V1 von einem Schaukelvolumen V2 ab. Entsprechend grenzt der zweite Antriebskolben 10b in dem zweiten Antriebszylinder 10b ein antriebspumpenseitiges Volumen V1 von einem Schaukelvolumen V2 ab. Das Schaukelvolumen V2 im ersten Antriebszylinder 10a und das Schaukelvolumen V2 im zweiten Antriebszylinder 10b sind über eine Schaukelverbindung 60 zum Austausch von Hydraulikflüssigkeit HF derart miteinander verbunden, dass sich der erste Antriebskolben 11a gegenphasig zum zweiten Antriebskolben 11b bewegt.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter Kolbendichtungen 15 auf, die in defektfreiem Zustand in Verbindung mit dem ersten Antriebskolben 11a bzw. dem zweiten Antriebskolben 11b die antriebspumpenseitigen Volumina V1 gegenüber den Schaukelvolumina V2 abdichten. Weiter sind Stangendichtungen 16 vorgesehen, die in Verbindung mit der ersten Kolbenstange 14a bzw. der zweiten Kolbenstange 14b den ersten Antriebszylinder 10a bzw. den zweiten Antriebszylinder 10b gegenüber einer Umgebung abdichten.
  • Die Vorrichtung 1 weist weiter eine Antriebspumpe 20 auf, die zur Erzeugung der Antriebsvolumenströme AVF der Hydraulikflüssigkeit HF ausgebildet ist. Die Antriebspumpe 20 ist über Pumpenverbindungen 30a und 30b mit den antriebspumpenseitigen Volumina V1 zur Bewegung des ersten Antriebskolbens 11a in dem ersten Antriebszylinder 10a bzw. zur Bewegung des zweiten Antriebskolbens 11b in dem zweiten Antriebszylinder 10b verbunden. Die Antriebspumpe 20 kann wahlweise einen Antriebsvolumenstrom AVF entweder über die Pumpenverbindung 30a oder die Pumpenverbindung 30b einspeisen, so dass sich entweder der erste Antriebskolben 11a oder der zweite Antriebskolben 11b nach rechts bewegt, wobei sich der jeweils andere Antriebskolben dann aufgrund der Kopplung über die Schaukelverbindung 60 nach links bewegt.
  • Die Antriebspumpe 20 wird derart angesteuert, dass sich der über die aktive Pumpenverbindung 30a oder 30b angetriebene Antriebskolben 11a oder 11b bis zu einem gewünschten Umkehrpunkt hin nach rechts bewegt. Aufgrund der Schaukelverbindung bewegt sich dann der andere Antriebskolben 11a oder 11b nach links bis zu einem entgegengesetzten Umkehrpunkt. Der erste Antriebskolben 11a und der zweite Antriebskolben 11b führen daher jeweils eine rein translatorische, zwischen zwei Umkehrpunkten oszillierende Bewegung aus.
  • In Bezug auf die bislang beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Komponenten und Funktionen sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
  • Zur Positionserfassung der Antriebszylinder 10a und 10b sind zugehörige Positionssensoren 17a bzw. 17b vorgesehen. Über eine zeitliche Ableitung der mittels der Positionssensoren 17a bzw. 17b erfassten Kolbenpositionen wird die jeweilige Momentangeschwindigkeit des ersten Antriebskolbens 11a bzw. des zweiten Antriebskolbens 11b ermittelt.
  • Eine Steuereinheit 50 steuert den Betrieb der Vorrichtung 1.
  • Erfindungsgemäß wird eine Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens 11a und/oder des zweiten Antriebskolbens 11a mittels der Positionssensoren 17a bzw. 17b ermittelt, dann wird eine Differenz zwischen der oder den ermittelten Geschwindigkeiten des ersten Antriebskolbens 11a und/oder des zweiten Antriebskolbens11b und einer erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens 11a und/oder des zweiten Antriebskolbens 11b gebildet, und schließlich ein Fehlerzustand in Abhängigkeit von der oder den gebildeten Differenzen festgestellt.
  • Beispielsweise kann der Fehlerzustand festgestellt werden, wenn die Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit und der erwarteten Geschwindigkeit ein zugehöriges Maß überschreitet, und/oder wenn eine zeitliche Änderung der Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit und der erwarteten Geschwindigkeit ein zugehöriges Maß überschreitet.
  • Die erwartete Geschwindigkeit kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem erzeugten Antriebsvolumenstrom AVF berechnet werden.
  • Die erwartete Geschwindigkeit eines der beiden Antriebskolben 11a oder 11b kann auch der gemessenen Geschwindigkeit des anderen Antriebskolbens 11a oder 11b entsprechen. Mit anderen Worten wird die ermittelte Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens 11a mit der ermittelten Geschwindigkeit des zweiten Antriebskolbens 11b verglichen, wobei der Fehlerzustand bestimmt wird, wenn die ermittelten Geschwindigkeiten um mehr als ein vorgegebenes Maß voneinander abweichen, bzw. wenn die zeitliche Änderung der Differenz der ermittelten Geschwindigkeiten ein vorgegebenes Maß überschreitet.
  • Der Fehlerzustand entspricht einem Defekt der Kolbendichtung(en) 15 und/oder einem Defekt der Stangendichtung(en) 16. Beispielsweise kann ein Defekt der Kolbendichtung(en) während des Einbringens des antriebspumpenseitigen Antriebsvolumenstroms AVF in Abhängigkeit von der gebildeten Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit und der erwarteten Geschwindigkeit ermittelt werden. Ein Defekt der Stangendichtung(en) 15 kann entsprechend während des Einbringens des schaukelvolumenseitigen Antriebsvolumenstroms AVF in Abhängigkeit von der gebildeten Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit und der erwarteten Geschwindigkeit ermittelt werden.
  • Für den Fall, dass ein Hub bzw. eine Umkehrposition der Antriebskolben 11a oder 11b nicht den zugehörigen Sollwerten entspricht/entsprechen, kann mittels Zuspeisen oder Abspeisen von Hydraulikflüssigkeit HF in ein Schaukelvolumen, das aus dem Schaukelvolumen V2 im ersten Antriebszylinder 10a, dem Schaukelvolumen V2 im zweiten Antriebszylinder 10b und einem Volumen der Schaukelverbindung 60 gebildet ist, der Hub eingestellt werden. Das Zuspeisen oder Abspeisen von Hydraulikflüssigkeit HF in das Schaukelvolumen kann mittels herkömmlicher Komponenten erfolgen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Diese Komponenten sind exemplarisch mit dem Bezugszeichen 18 versehen.
  • Für diesen Fall kann ein Fehlerzustand ermittelt werden, wenn eine Häufigkeit des Zuspeisens oder Abspeisens und/oder ein zugespeistes oder abgespeistes Volumen ein vorgegebenes Maß überschreitet.
  • Die Vorrichtung kann selbstverständlich weitere, aus dem Stand der Technik bekannte Komponenten aufweisen, beispielsweise Umschaltmittel zur Verbindung der Förderzylinder 12a und 12b mit einer Dickstoffförderleitung bzw. einer Dickstoffquelle, usw. Da diese Komponenten hinlänglich bekannt sind, sei auf deren Beschreibung verzichtet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zustands- bzw. Verschleißerkennung kann durch Berücksichtigung weiterer Größen ergänzt werden, beispielsweise einem Hydraulikdruck und/oder einer Temperatur der Hydraulikflüssigkeit. Zusätzlich kann eine Historie der der gemessenen Größen ausgewertet werden.
  • Die Erfindung ermöglicht es, einen Verschleiß von Komponenten der Vorrichtung 1 zu bestimmen und damit vor einem Ausfall der Komponente zu warnen bzw. diesen zu verhindern. Dadurch erhöht sich die Verfügbarkeit der Vorrichtung 1, da ein benötigter Service gezielt geplant werden kann. Außerdem kann durch die automatisierte Lokalisierung des Verschleißes auch der Servicesaufwand erheblich reduziert werden.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff (DS), wobei die Vorrichtung (1) aufweist:
    - einen ersten Antriebszylinder (10a) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit (HF),
    - einen ersten Antriebskolben (11a), der in dem ersten Antriebszylinder (10a) beweglich angeordnet ist,
    - einen ersten Förderzylinder (12a) zur Aufnahme und Abgabe von Dickstoff (DS), einen ersten Förderkolben (13a), der in dem ersten Förderzylinder (12a) beweglich angeordnet ist, und eine erste Kolbenstange (14a), die an dem ersten Antriebskolben (11a) und an dem ersten Förderkolben (13a) zur Bewegungskopplung des ersten Antriebskolbens (11a) mit dem ersten Förderkolben (13a) befestigt ist,
    - eine Kolbendichtung (15), die in defektfreiem Zustand in Verbindung mit dem ersten Antriebskolben (11a) ein antriebspumpenseitiges Volumen (V1) in dem ersten Antriebszylinder (10a) gegenüber einem Schaukelvolumen (V2) in dem ersten Antriebszylinder (10a) abdichtet,
    - eine Stangendichtung (16), die in Verbindung mit der ersten Kolbenstange (14a) den ersten Antriebszylinder (10a) gegenüber einer Umgebung abdichtet, und
    - eine Antriebspumpe (20), die zur Erzeugung eines Antriebsvolumenstroms (AVF) von Hydraulikflüssigkeit (HF) zur Bewegung des ersten Antriebskolbens (11a) in dem ersten Antriebszylinder (10a) ausgebildet ist,
    wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
    - Ermitteln einer Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a),
    - Bilden einer Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a) und einer erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a), und
    - Bestimmen eines Fehlerzustands in Form eines Defekts der Kolbendichtung (15) und/oder in Form eines Defekts der Stangendichtung (16) in Abhängigkeit von der gebildeten Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a) und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a), gekennzeichnet durch den Schritt
    - Berechnen der erwarteten Geschwindigkeit in Abhängigkeit von dem erzeugten Antriebsvolumenstrom (AVF).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Fehlerzustand bestimmt wird,
    - wenn die Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a) und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a) ein zugehöriges Maß überschreitet, und/oder
    - wenn eine zeitliche Änderung der Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a) und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a) ein zugehöriges Maß überschreitet.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
    - Einbringen eines antriebspumpenseitigen Antriebsvolumenstroms (AVF) und
    - Bestimmen des Fehlerzustands in Form des Defekts der Kolbendichtung (15) während des Einbringens des antriebspumpenseitigen Antriebsvolumenstroms (AVF) in Abhängigkeit von der gebildeten Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a) und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
    - Einbringen eines schaukelvolumenseitigen Antriebsvolumenstroms und
    - Bestimmen des Fehlerzustands in Form des Defekts der Stangendichtung (15) während des Einbringens des schaukelvolumenseitigen Antriebsvolumenstroms in Abhängigkeit von der gebildeten Differenz zwischen der ermittelten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a) und der erwarteten Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a).
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung weiter aufweist:
    - einen zweiten Antriebszylinder (10b) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit (HF), einen zweiten Antriebskolben (11b), der in dem zweiten Antriebszylinder (10b) beweglich angeordnet ist, einen zweiten Förderzylinder (12b) zur Aufnahme und Abgabe von Dickstoff (DS), einen zweiten Förderkolben (13b), der in dem zweiten Förderzylinder (12b) beweglich angeordnet ist, und eine zweite Kolbenstange (14b), die an dem zweiten Antriebskolben (11b) und an dem zweiten Förderkolben (13b) zur Bewegungskopplung des zweiten Antriebskolbens (11b) mit dem zweiten Förderkolben (13b) befestigt ist,
    - wobei der erste Antriebskolben (11a) in dem ersten Antriebszylinder (10a) ein antriebspumpenseitiges Volumen (V1) von einem Schaukelvolumen (V2) abgrenzt,
    - wobei der zweite Antriebskolben (10b) in dem zweiten Antriebszylinder (10b) ein antriebspumpenseitiges Volumen (V1) von einem Schaukelvolumen (V2) abgrenzt, und
    - wobei das Schaukelvolumen (V2) im ersten Antriebszylinder (10a) und das Schaukelvolumen (V2) im zweiten Antriebszylinder (10b) über eine Schaukelverbindung (60) zum Austausch von Hydraulikflüssigkeit (HF) derart miteinander verbunden sind, dass sich der erste Antriebskolben (11a) gegenphasig zum zweiten Antriebskolben (11b) bewegt,
    wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
    - Ermitteln einer Geschwindigkeit des zweiten Antriebskolbens (11b), wobei die erwartete Geschwindigkeit des ersten Antriebskolbens (11a) gleich der ermittelten Geschwindigkeit des zweiten Antriebskolbens (11b) ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
    - Zuspeisen oder Abspeisen von Hydraulikflüssigkeit (HF) in ein Schaukelvolumen, das aus dem Schaukelvolumen (V2) im ersten Antriebszylinder (10a), dem Schaukelvolumen (V2) im zweiten Antriebszylinder (10b) und einem Volumen der Schaukelverbindung (60) gebildet ist, derart, dass ein Hub einer oszillierenden Bewegung des ersten Antriebskolbens (11a) und des zweiten Antriebskolbens (11b) ein gewünschtes Maß aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
    - Bestimmen des Fehlerzustands, wenn eine Häufigkeit des Zuspeisens oder Abspeisens, und/oder zeitliche Änderung der Häufigkeit des Zuspeisens oder Abspeisens, und/oder ein zugespeistes oder abgespeistes Volumen ein vorgegebenes Maß überschreitet.
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