EP4261413A1 - Vorrichtung und verfahren zum ermitteln eines zustandes, insbesondere eines verschleisszustandes, einer verdrängereinheit - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum ermitteln eines zustandes, insbesondere eines verschleisszustandes, einer verdrängereinheit Download PDF

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EP4261413A1
EP4261413A1 EP23164766.0A EP23164766A EP4261413A1 EP 4261413 A1 EP4261413 A1 EP 4261413A1 EP 23164766 A EP23164766 A EP 23164766A EP 4261413 A1 EP4261413 A1 EP 4261413A1
Authority
EP
European Patent Office
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fluid
displacement unit
pressure
fluid line
state
Prior art date
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Pending
Application number
EP23164766.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Pietrzyk
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.)
Hydac Fluidtechnik GmbH
Original Assignee
Hydac Fluidtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hydac Fluidtechnik GmbH filed Critical Hydac Fluidtechnik GmbH
Publication of EP4261413A1 publication Critical patent/EP4261413A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/34—Control not provided for in groups F04B1/02, F04B1/03, F04B1/06 or F04B1/26
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • 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
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/80—Diagnostics

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for determining a condition, in particular a wear condition, of a displacer unit.
  • the device has a detection unit which has sensors attached to and in the axial piston machine for detecting operating data, in particular a pressure in a high-pressure line of the axial piston machine, and for detecting monitoring data.
  • the operating data and the monitoring data are each analyzed in the time domain or in the time and frequency domain by means of an evaluation device connected to the detection unit.
  • the analyzed operating and monitoring data are linked and an output unit connected to the diagnostic unit can trigger a pre-alarm in relation to a machine state, which indicates the next upcoming maintenance, and a main alarm, which indicates a machine condition that is critical for further operation and can activate an emergency switch.
  • the invention is based on the object of providing a device for determining the state, in particular the state of wear, of a displacer unit, which allows an accurate determination of the state with reduced effort with regard to carrying out the state determination.
  • the device according to the invention has a fluid line connected to a high-pressure side of the displacement unit; at least one fluid device fluidly connected to the fluid line, which allows fluid pressure to build up in the fluid line upstream of itself; in each case a pressure sensor which detects a system variable in the form of the fluid pressure in the fluid line upstream of the respective fluid device; and an evaluation device which is set up in such a way that it determines the state, in particular the state of wear, of the displacer unit as a function of at least one system variable.
  • a respective displacement unit has to be driven at least in some areas at a higher speed with increasing wear in relation to its new condition in order to generate a predetermined fluid pressure or, in other words, at least in some areas it emits a lower fluid pressure at a predetermined speed.
  • the relevant findings are fundamental to the present invention, which is set out in claim 1.
  • a fluid pressure is built up as a system variable, maintained and, if necessary, reduced again, with a change in the course of the fluid pressure significant for the state of the respective displacement unit being recognizable in the corresponding curve, which characterizes a characteristic operating point of the displacement unit in which the theoretical volume flow of the Displacer unit corresponds to its volumetric losses, and a comparison of system variables, in particular the fluid pressure, at the operating point or at least one parameter dependent on these, in particular of the displacer unit, with corresponding reference values allows an exact conclusion to be drawn about the state of the displacer unit.
  • the fluid pressure change can take place during a diagnostic run, a startup or shutdown of a fluid device in the form of the consumer arrangement.
  • the system variables are processed exclusively in the time domain by means of the evaluation device, which means that, in relation to at least partial processing in the frequency range, a lower computing power of the evaluation device and a lower sampling frequency of the sensor system can be provided and smaller amounts of data have to be processed. This means that the status determination can be carried out with little effort.
  • the device is provided outside the displacement unit, whereby the device can be combined with any displacement unit at any time, for example can be retrofitted after the displacement unit has been sold.
  • the displacement unit is designed to be hydrostatic and/or speed-controllable.
  • the displacement unit is particularly preferably designed as a pump, preferably as a constant pump.
  • the fluid used can be hydraulic fluid, in particular hydraulic oil, so that the fluid components of the device are designed accordingly as hydraulic components.
  • the respective fluid device in the form of a fluid control device can be set up in such a way that the fluid pressure is built upstream in the fluid line at least up to a predeterminable pressure and/or by appropriate control of the respective fluid device.
  • a fluid device is designed as a consumer arrangement that can be operated at a nominal pressure and is connected to the fluid line, in particular to an end of the fluid line facing away from the displacement unit.
  • the consumer arrangement can have a controllable valve device which, when activated accordingly, enables the pressure build-up mentioned and/or have a pressure relief valve set to the nominal pressure, which protects the consumer arrangement against a pressure above the nominal pressure.
  • a further fluid device divides the fluid line into a fluid line part connected to the displacement unit and a further fluid line part and/or the further fluid device is set up in such a way that it transfers fluid pressure from the one fluid line part into the further fluid line part, in particular from a predeterminable pressure threshold , allows and blocks in the opposite direction.
  • the further fluid device is designed as a check valve that opens in the direction away from the displacer unit.
  • a device which determines a drive speed of the displacement unit, which is included as a further system variable in determining the state.
  • the device can be designed as a speed sensor which detects the speed on the displacement unit or on an electric motor driving the displacement unit. The speed of the electric motor and the displacement unit can correspond.
  • a temperature sensor which detects a temperature of the fluid flowing through the displacement unit, which is included as a further system variable in determining the state.
  • This fluid temperature can be detected by the temperature sensor in the fluid line or in a tank from which the displacement unit sucks in fluid and/or into which the consumer arrangement discharges fluid.
  • a hydraulic accumulator is provided which is connected to the fluid line, in particular the further fluid line part, in order to compensate for a pressure drop.
  • the nominal or load pressure of the consumer arrangement is recorded, preferably by means of the further pressure sensor, which is included as a system variable in determining the state.
  • the further fluid pressure detected by the further pressure sensor can correspond to the nominal or load pressure of the consumer arrangement.
  • a device which determines a pivot angle of the displacement unit, which is included as a further system variable in determining the state.
  • the displacement unit is designed as a variable displacement pump, for example as an axial piston pump.
  • the invention also relates to a method for determining a state, in particular a wear state, of a displacement unit, in particular using a preceding device, with the following method steps: Building up a fluid pressure in a fluid line upstream of at least one fluid device fluidly connected to the fluid line, wherein the fluid line connected to the high pressure side of the displacement unit; Capture one System size in the form of the respective fluid pressure in the fluid line upstream of the respective fluid device; and determining the state of the displacement unit depending on at least one system variable.
  • the state is also determined as a function of at least one of the following further system variables: a drive speed of the displacement unit; a pivot angle of the displacement unit; and a temperature of the fluid flowing through the displacement unit.
  • the drive speed of the displacement unit is determined at least in one of the following ways: detected by means of a speed sensor; derived from a signal that can be assigned to an electrical control of the electric motor for driving the displacement unit; and derived from sound signals emitted by the displacement unit.
  • At least one of the following change processes is carried out over a period of time: the drive speed of the displacement unit is changed; a nominal or load pressure of a consumer arrangement is changed, which is connected to the fluid line, in particular to the end of the fluid line facing away from the displacement unit; and a pivot angle of the displacer unit is changed.
  • the drive speed, the nominal or load pressure and/or the pivot angle is increased and/or decreased during the change process, preferably initially increased and then decreased again or vice versa.
  • the sampling period of the respective curve of the fluid pressure or a curve dependent on this is during the increase or decrease the drive speed of the displacement unit up to 3 seconds, preferably approx. 0.5 or 2.5 seconds, and / or the sampling rate 100 to 300 Hertz, preferably 200 Hertz.
  • the drive speed of the displacement unit is reduced starting from a positive value towards zero, in particular in a ramp manner, during which the curve shape of at least one respective fluid pressure is initially essentially constant, in particular corresponding to the nominal pressure value of the consumer arrangement, and subsequently When the speed falls below a certain speed, it begins to decrease, which represents the significant change in the course.
  • the future state, in particular wear state, and/or the remaining service life of the displacement unit is estimated based on a temporal analysis of the change of at least one system variable in the operating point or a parameter dependent thereon, in particular of the displacement unit. Accordingly, the device according to the invention and the method according to the invention can be used to determine the future state, in particular the state of wear, and/or the remaining service life of the displacer unit.
  • DAD pressure-deflection speed
  • the device shown for determining a condition, in particular a wear condition, of a displacement unit 8 has, according to a first exemplary embodiment, a pressure supply connection P and a fluid line 12, 14 connected at one end to the pressure supply connection P.
  • p' is recorded, and an evaluation device 24 is provided.
  • the fluid devices 18 each enable a fluid pressure build-up upstream of themselves in the fluid line 12, 14 and the evaluation device 24 is set up in such a way that it determines the state, in particular the wear state, of the displacement unit 8 depending on at least one system variable p, p ' .
  • the hydrostatic displacement unit 8 is connected with its high pressure side to the pressure supply connection P, i.e. one end of the fluid line 12, 14.
  • the displacement unit 8 is designed as a speed-controlled pump 10, preferably as a fixed displacement pump, which can be driven by an electric motor 26.
  • a consumer connection A is provided, to which a fluid device not shown in the figures is fluidly connected.
  • This fluid device can be designed as a consumer arrangement that can be operated with a nominal pressure p nominal .
  • a further fluid device 18 is connected to the fluid line 12, 14 and divides the fluid line 12, 14 into a fluid line part 12 fluidly connected to the pressure supply connection P and a further fluid line part 14 fluidly connected to the consumer connection A.
  • the further fluid device 18 is set up in such a way that it transfers fluid pressure from the pressure supply connection P to the consumer connection A from a allows predetermined pressure threshold, which in particular corresponds approximately to the nominal pressure p Nenn of the consumer arrangement, and is permanently blocked from the consumer connection A to the pressure supply connection P.
  • the further fluid device 18 is designed as a check valve 28, in particular spring-operated, which opens in the direction of the consumer connection A.
  • a device 30 is provided for determining the drive speed n of the pump 10, which is designed as a speed sensor 32 for detecting the speed n of the electric motor 26.
  • a pressure sensor 20 is provided, which is connected to the fluid line part 12 and detects a fluid pressure p in the fluid line part 12.
  • a temperature sensor 34 which can detect the fluid temperature T in the fluid line part 12, can also be connected to the fluid line part 12.
  • a hydraulic accumulator 36 can be connected to the further fluid line part 14 to compensate for any pressure losses in the further fluid line part 14, for example due to leakage flows from the consumer arrangement.
  • the speed sensor 32, the pressure sensor 20 and the temperature sensor 34 are electrically connected to the evaluation device 24.
  • the drive speed n of the pump 10 recorded in this way, the fluid pressure p and the temperature T each represent a further system variable that is included in the determination of the state by means of the evaluation device 24.
  • a further pressure sensor 22 is connected to the further fluid line part 14 and detects a further fluid pressure p' in the further fluid line part 14, which is included as a further system variable in determining the state.
  • the further pressure sensor 22 is electrically connected to the evaluation device 24.
  • the further fluid pressure p' can correspond to the nominal pressure p Nenn of the consumer arrangement. A pressure loss when flow through the check valve 28 results in a pressure difference, so that the pressure p is greater than the pressure p' by the pressure difference. If the check valve 28 is well designed, the pressure difference is rather small.
  • a characteristic operating point of the pump 10 is determined, in which the theoretical volume flow Q th of the pump 10 corresponds to its volumetric losses Q leak , that is, the volumetric efficiency ⁇ vol of the pump 10 is zero.
  • the drive speed n of the pump 10 is used as part of an in Fig. 2
  • the change process shown is increased over a period of time [s] from approximately zero to a predeterminable speed value n [ min -1 ] and reduced again to approximately zero.
  • the speed n can be increased at least in such a way that the fluid pressure p prevailing on the high-pressure side of the pump 10 at least reaches the nominal pressure p Nenn of the consumer arrangement.
  • the drive speed n is detected during the change process by means of the speed sensor 32 and can describe a substantially triangular course n V , so can in principle have a rising ramp, which is followed by a falling ramp 41.
  • drive speed n is set in the fluid line part 12 by means of the pressure sensor 20 Fig. 3 shown fluid pressure curve p V and the temperature T in the fluid line part 12 is detected by means of the temperature sensor 34.
  • the fluid pressure curve p'V or pnom ,V in the further fluid line part 14 is also detected by means of the further pressure sensor 22.
  • the sampling period AZ of the respective fluid pressure curve while reducing the drive speed n of the pump 10 can be as in Fig. 3 shown is approximately 0.5 seconds or, as not shown in the figures, for example 2.5 seconds, whereby the sampling rate can be approximately 200 Hertz. The same can apply to the period of increasing the drive speed n .
  • each system variable n, p, p', T can be subjected to data filtering 40, for example an average of the respective system variable values n, p, p', T can be taken from the last recorded system variable values n, p, p', T are formed in the sense of a moving average.
  • the in Fig. 3 The fluid pressure curve shown p V [bar] of the pressure sensor 20, which is plotted over the time [s], is essentially trapezoidal, i.e. has a rising and a falling 42 ramp, between which the fluid pressure curve p V has a substantially constant part 44 and in particular corresponds to the nominal pressure curve p nominal,V of the consumer arrangement.
  • the fluid pressure curve p V describes a significant change in curve 46 in the form of a bend in the transition from its essentially constant part 44 to its rising or falling 42 ramp, which characterizes the above-mentioned characteristic operating point.
  • the significant change in course 46 results from the fact that any pump is no longer in the specified operating point once it falls below a certain drive speed n, namely the drive speed n DAD Position is to apply the fluid pressure p ' or nominal pressure p nominal of the consumer arrangement prevailing in the fluid flow direction behind the check valve 28, so that the volume flow via the check valve 28 comes to a complete standstill when the specific drive speed n falls below and the check valve 28 closes.
  • the fluid pressure p also continues to fall, with the fluid pressure p ' or p nominal being able to be maintained at least for a short time by means of the hydraulic accumulator 36 due to the check valve 28 closing in the direction of the pressure supply connection P.
  • a part of the falling ramp 41 of the speed n [ min -1 ] and at least partially at the bottom the essentially constant part 44 and the falling ramp 42 of the fluid pressure p [bar], which is dependent on the speed n , of several pumps 10 are shown in principle, which are differ in terms of their state of wear.
  • the speed n and the fluid pressure p are each plotted over time [s].
  • the different states of wear of the pumps 10 are in Fig. 4 It can be seen from this that the fluid pressure p of the most worn pump 10 already drops at a higher speed n and the fluid pressure p of the least worn pump 10 drops at a relatively lower speed n , in each case forming the significant change in the course of the pressure curve p V.
  • the speed n reaches zero, the respective fluid pressure p delivered by each pump 10 is also zero, regardless of their respective state of wear. In an ideal pump the pressure would still be there; Of course, the volume flow delivered would be zero.
  • the operating point mentioned is localized in the fluid pressure curve p V by the evaluation device 24 using an evaluation algorithm 48.
  • the significant change in course 46 in the pressure curve is p V [bar].
  • Fig. 5 by carrying out an interim comparison 48 of the pressure curve p V with reference values 49 in the form of limit values ⁇ p RV,min , ⁇ p RV,max , between which the significant change in course 46 can be found.
  • the pressure curve p V is plotted against the speed n [ min -1 ].
  • the additional fluid pressure p' or p nominal detected by the further pressure sensor 20 is included in the calculation of the limit values ⁇ p RV,min , ⁇ p RV,m ⁇ x .
  • the fluid pressure p DAD in the respective localized significant change in course 26, i.e. in the operating point, is marked with a cross.
  • pattern recognition can be used to evaluate the respective curve.
  • Pattern recognition can be implemented as part of artificial intelligence, neural networks and/or machine learning.
  • the multiple determined fluid pressure values p DAD be subjected to further averaging 50 in order to obtain an average fluid pressure value p DAD at the operating point.
  • Fig. 6 the relevant temperature dependence of the parameter ⁇ of the pump 10 is shown, in which a first to third parameter ⁇ of the pump 10 is plotted against the state of wear of the pump at a first T 1 or second T 2 or third T 3 temperature.
  • T 3 in particular equal to approximately 70°C, is greater than T 2 , in particular equal to approximately 50°C, greater than T 1 , in particular equal to approximately 30°C.
  • the wear condition is divided into different zones along the x-axis: New 88, Zone I (Green), Zone II (Yellow), Zone III (Light Red) and Zone IV (Dark Red), with the wear condition increasing as the zone numbering increases.
  • the color assignment of the zones is based on a traffic light, which can serve as an indicator 54 of the state of wear for a user.
  • the viscosity value of the hydraulic fluid at temperature T 1 corresponds approximately to twice the viscosity value of the hydraulic fluid at Temperature T 2 , which in turn corresponds to approximately twice the viscosity of the hydraulic fluid at temperature T 3 . Accordingly, the calculated parameter ⁇ of the pump 10 and the corresponding reference parameter ⁇ are compared with one another, taking into account the measured fluid temperature T in the final comparison 60.
  • the state of the pump 10 is then determined, which can be forwarded by the evaluation device 24 via a state output 66 to a display 54, which shows a user the state of the pump 10 and in particular as the one mentioned above Traffic lights can be designed.
  • a future state of wear and/or the remaining service life 74 of the pump 10 can also be estimated by carrying out a (trend) analysis 72 based on a temporal analysis of the system variables n DAD , p DAD , T DAD at the operating point or the parameter dependent on system variables.
  • the pump 10, the electric motor 26, which drives the pump 10 via a shaft, and power electronics 78, such as a frequency converter 80 or an inverter, which controls the electric motor 26, are part of a variable-speed electro-hydraulic unit 76 ( Fig. 8 ).
  • a machine control 82 is provided, for example for controlling the consumer arrangement, such as a programmable logic controller or a (main) control device, which controls at least one target variable, such as a speed, a volume flow, a position, a pressure and / or a speed etc. pretends.
  • the machine control can either be as in Fig. 8 shown can be communicatively connected to the power electronics 78 or, as not shown in the figures, to the evaluation device 24 and transmits at least the target variable there.
  • the evaluation device 24 requests that the power electronics 78 carry out the method according to the invention by carrying out a request 84, for example after a predeterminable number of operating hours of the consumer arrangement.
  • the power electronics 78 then confirms the request 84 by issuing a confirmation 86 and, if the consumer arrangement is in a suitable state, initiates the method through a corresponding change process, for example a corresponding change in the drive speed n of the pump 10.
  • a suitable system state exists, for example, if the system is not being operated under load and/or is about to be shut down.
  • the drive speed n of the displacement unit 8 can also be specified as constant, the fluid pressure p dependent on the drive speed n can be detected and the detected fluid pressure p or a parameter dependent on this, in particular of the displacement unit 8, with at least one corresponding one Reference value can be compared.

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Abstract

1. Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes, insbesondere Verschleißzustandes, einer Verdrängereinheit2. Es ist eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandes, insbesondere Verschleißzustandes, einer Verdrängereinheit (8) offenbart, mit einer an eine Hochdruckseite der Verdrängereinheit (8) angeschlossenen Fluidleitung (12, 14); zumindest einer mit der Fluidleitung (12, 14) fluidisch verbundenen Fluideinrichtung (18), die stromaufwärts von sich in der Fluidleitung (12, 14) einen Fluiddruckaufbau ermöglicht; jeweils einem Drucksensor (20, 22), der in der Fluidleitung stromaufwärts vor jeder Fluideinrichtung (18) eine Systemgröße in Form des Fluiddrucks (p,p') erfasst, und einer Auswerteeinrichtung (24), die derart eingerichtet ist, dass diese in Abhängigkeit zumindest der einen Systemgröße (p, p') den Zustand der Verdrängereinheit (8) ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes, insbesondere eines Verschleißzustandes, einer Verdrängereinheit.
  • Aus EP 1 960 666 B1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zustandsüberwachung bei Axialkolbenmaschinen bekannt. Die Vorrichtung hat eine Erfassungseinheit, die an und in der Axialkolbenmaschine angebrachte Sensoren zur Erfassung von Betriebsdaten, insbesondere einem Druck in einer Hochdruckleitung der Axialkolbenmaschine, und zur Erfassung von Überwachungsdaten aufweist. Die Betriebsdaten und die Überwachungsdaten werden jeweils mittels einer mit der Erfassungseinheit verbundenen Auswerteeinrichtung im Zeit- bzw. im Zeit- und Frequenzbereich analysiert. In einer sich an die Auswerteeinrichtung anschließenden Diagnoseeinheit werden die analysierten Betriebs- und Überwachungsdaten verknüpft und von einer sich wiederum an die Diagnoseeinheit anschließenden Ausgabeeinheit sind in Bezug auf einen Maschinenzustand ein Voralarm, der eine anstehende nächste Wartung kennzeichnet, und ein Hauptalarm auslösbar, der einen für den weiteren Betrieb kritischen Maschinenzustand anzeigt und einen Notschalter betätigen kann.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ermitteln des Zustandes, insbesondere des Verschleißzustandes, einer Verdrängereinheit bereitzustellen, die bei verringertem Aufwand im Hinblick auf die Durchführung der Zustandsermittlung eine genaue Zustandsermittlung zulässt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 in seiner Gesamtheit gelöst.
  • Gemäß Anspruch 1 hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine an eine Hochdruckseite der Verdrängereinheit angeschlossene Fluidleitung; zumindest eine mit der Fluidleitung fluidisch verbundene Fluideinrichtung, die stromaufwärts von sich in der Fluidleitung einen Fluiddruckaufbau ermöglicht; jeweils einen Drucksensor, der in der Fluidleitung stromaufwärts vor der jeweiligen Fluideinrichtung eine Systemgröße in Form des Fluiddrucks erfasst; und eine Auswerteeinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass diese in Abhängigkeit zumindest der einen Systemgröße den Zustand, insbesondere den Verschleißzustand, der Verdrängereinheit ermittelt.
  • Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass eine jeweilige Verdrängereinheit mit zunehmendem Verschleiß in Relation zu deren Neuzustand zum Erzeugen eines vorgegebenen Fluiddrucks zumindest bereichsweise mit einer höheren Drehzahl anzutreiben ist oder anders formuliert bei vorgegebener Drehzahl zumindest bereichsweise einen geringeren Fluiddruck abgibt. Die dahingehenden Erkenntnisse sind grundlegend für die vorliegende Erfindung, die in Anspruch 1 wiedergegeben ist.
  • Durch die Merkmale des Anspruchs 1, insbesondere aufgrund der Fluideinrichtung, kann in der Fluidleitung in Abhängigkeit einer entsprechenden Ansteuerung der Verdrängereinheit ein Fluiddruck als eine Systemgröße aufgebaut, gehalten und gegebenenfalls wieder abgebaut werden, wobei in dem dahingehenden Kurvenverlauf des Fluiddrucks eine für den Zustand der jeweiligen Verdrängereinheit signifikante Verlaufsänderung erkennbar ist, die einen charakteristischen Betriebspunkt der Verdrängereinheit kennzeichnet, in dem der theoretische Volumenstrom der Verdrängereinheit ihren volumetrischen Verlusten entspricht, und wobei ein Vergleich von Systemgrößen, insbesondere des Fluiddrucks, im Betriebspunkt oder zumindest eines von diesen abhängigen Parameters, insbesondere der Verdrängereinheit, mit entsprechenden Referenzwerten einen genauen Rückschluss auf den Zustand der Verdrängereinheit zulässt. Die Fluiddruckänderung kann während eines Diagnoselaufes, eines Hochfahrens oder Abschaltens einer Fluideinrichtung in Form der Verbraucheranordnung stattfinden. Die Systemgrößen werden dabei mittels der Auswerteeinrichtung ausschließlich im Zeitbereich verarbeitet, wodurch in Relation zur zumindest teilweisen Verarbeitung im Frequenzbereich eine geringere Rechenleistung der Auswerteeinrichtung und eine geringere Abtastfrequenz der Sensorik bereitgestellt werden kann sowie geringere Datenmengen zu verarbeiten sind. Dadurch kann die Zustandsermittlung mit geringem Aufwand durchgeführt werden. Zudem ist die Vorrichtung außerhalb der Verdrängereinheit vorgesehen, wodurch die Vorrichtung jederzeit mit jedweder Verdrängereinheit kombinierbar ist, beispielsweise nach Verkauf der Verdrängereinheit nachrüstbar ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Verdrängereinheit hydrostatisch und/oder drehzahlregelbar ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Verdrängereinheit als Pumpe ausgebildet, vorzugsweise als Konstantpumpe. Das verwendete Fluid kann Hydraulikflüssigkeit sein, insbesondere Hydrauliköl, so dass die Fluidkomponenten der Vorrichtung entsprechend als Hydraulikkomponenten ausgebildet sind.
  • Die jeweilige Fluideinrichtung in Form einer Fluidsteuereinrichtung kann derart eingerichtet sein, dass der Fluiddruck stromaufwärts in der Fluidleitung zumindest bis zu einem vorgebbaren Druck und/oder durch entsprechende Ansteuerung der jeweiligen Fluideinrichtung aufgebaut wird.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Fluideinrichtung als eine mit einem Nenndruck betreibbare Verbraucheranordnung ausgebildet, die an die Fluidleitung, insbesondere an ein der Verdrängereinheit abgewandtes Ende der Fluidleitung, angeschlossen ist. Die Verbraucheranordnung kann eine ansteuerbare Ventileinrichtung aufweisen, die bei entsprechender Ansteuerung den genannten Druckaufbau ermöglicht und/oder ein auf den Nenndruck eingestelltes Druckbegrenzungsventil aufweisen, das die Verbraucheranordnung gegen einen Druck über dem Nenndruck absichert.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel unterteilt eine weitere Fluideinrichtung die Fluidleitung in einen mit der Verdrängereinheit verbundenen Fluidleitungsteil und einen weiteren Fluidleitungsteil und/oder ist die weitere Fluideinrichtung derart eingerichtet, dass diese eine Fluiddruckweitergabe von dem einen Fluidleitungsteil in den weiteren Fluidleitungsteil, insbesondere ab einer vorgebbaren Druckschwelle, zulässt und in die entgegengesetzte Richtung blockiert. Besonders bevorzugt ist die weitere Fluideinrichtung als Rückschlagventil ausgebildet, das in Richtung von der Verdrängereinheit weg öffnet.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung vorgesehen, die eine Antriebsdrehzahl der Verdrängereinheit ermittelt, die als weitere Systemgröße in die Ermittlung des Zustandes mit einfließt. Die Einrichtung kann als Drehzahlsensor ausgebildet sein, der die Drehzahl an der Verdrängereinheit oder an einem die Verdrängereinheit antreibenden Elektromotor erfasst. Dabei können sich die Drehzahl des Elektromotors und der Verdrängereinheit entsprechen.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Temperatursensor, der eine als weitere Systemgröße in die Ermittlung des Zustandes miteinfließende Temperatur des durch die Verdrängereinheit strömenden Fluids erfasst. Diese Fluidtemperatur kann der Temperatursensor in der Fluidleitung oder in einem Tank erfassen, aus dem die Verdrängereinheit Fluid ansaugt und/oder in den die Verbraucheranordnung Fluid abführt.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Hydrospeicher vorgesehen, der an die Fluidleitung, insbesondere den weiteren Fluidleitungsteil, angeschlossen ist zwecks Ausgleichs eines Druckabfalls.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird, vorzugsweise mittels des weiteren Drucksensors, der Nenn- oder Lastdruck der Verbraucheranordnung erfasst, der als Systemgröße in die Ermittlung des Zustandes miteinfließt. Der mittels des weiteren Drucksensors erfasste weitere Fluiddruck kann dem Nenn- oder Lastdruck der Verbraucheranordnung entsprechen.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung vorgesehen, die einen Schwenkwinkel der Verdrängereinheit ermittelt, der als weitere Systemgröße in die Ermittlung des Zustandes mit einfließt. Dabei ist die Verdrängereinheit als Verstellpumpe, beispielsweise als Axialkolbenpumpe, ausgebildet.
  • Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes, insbesondere eines Verschleißzustandes, einer Verdrängereinheit, insbesondere unter Verwendung einer vorstehenden Vorrichtung, mit folgenden Verfahrensschritten: Aufbauen eines Fluiddrucks in einer Fluidleitung stromaufwärts vor zumindest einer mit der Fluidleitung fluidisch verbundenen Fluideinrichtung, wobei die Fluidleitung an die Hochdruckseite der Verdrängereinheit angeschlossen ist; Erfassen einer Systemgröße in Form des jeweiligen Fluiddrucks in der Fluidleitung stromaufwärts vor der jeweiligen Fluideinrichtung; und Ermitteln des Zustandes der Verdrängereinheit in Abhängigkeit zumindest der einen Systemgröße.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Zustand zudem in Abhängigkeit zumindest einer der folgenden weiteren Systemgrößen ermittelt: einer Antriebsdrehzahl der Verdrängereinheit; eines Schwenkwinkels der Verdrängereinheit; und einer Temperatur des durch die Verdrängereinheit strömenden Fluids.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Antriebsdrehzahl der Verdrängereinheit zumindest nach einer der folgenden Möglichkeiten ermittelt: mittels eines Drehzahlsensors erfasst; aus einem einer elektrischen Ansteuerung des Elektromotors zum Antreiben der Verdrängereinheit zuordenbaren Signal abgeleitet; und aus von der Verdrängereinheit abgegebenen Schallsignalen abgeleitet.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zum Ermitteln des Betriebspunktes zumindest einer der folgenden Änderungsprozesse über eine Zeitspanne durchgeführt: die Antriebsdrehzahl der Verdrängereinheit wird geändert; ein Nenn- oder Lastdruck einer Verbraucheranordnung wird geändert, die an die Fluidleitung, insbesondere an das der Verdrängereinheit abgewandte Ende der Fluidleitung, angeschlossen ist; und ein Schwenkwinkel der Verdrängereinheit wird geändert. Besonders bevorzugt wird die Antriebsdrehzahl, der Nenn- oder Lastdruck und/oder der Schwenkwinkel während des Änderungsprozesses erhöht und/oder abgesenkt, vorzugsweise zunächst erhöht und darauffolgend wieder abgesenkt oder umgekehrt.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Abtastzeitraum des jeweiligen Kurvenverlaufs des Fluiddrucks oder einem von diesem abhängigen Kurvenverlauf während des Steigerns oder Verringerns der Antriebsdrehzahl der Verdrängereinheit bis zu 3 Sekunden, vorzugsweise ca. 0,5 oder 2,5 Sekunden, und/oder die Abtastrate 100 bis 300 Hertz, vorzugsweise 200 Hertz.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird im Rahmen des Änderungsprozesses die Antriebsdrehzahl der Verdrängereinheit ausgehend von einem positiven Wert in Richtung Null, insbesondere rampenförmig, verringert, währenddessen der Kurvenverlauf zumindest eines jeweiligen Fluiddrucks zunächst im Wesentlichen konstant, insbesondere entsprechend dem Nenndruckwert der Verbraucheranordnung, ist und darauffolgend bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beginnt abzufallen, was die signifikante Verlaufsänderung darstellt.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird basierend auf einer zeitlichen Analyse der Änderung zumindest einer Systemgröße im Betriebspunkt oder eines davon abhängigen Parameters, insbesondere der Verdrängereinheit, der zukünftige Zustand, insbesondere Verschleißzustand, und/oder die Restlebensdauer der Verdrängereinheit geschätzt. Entsprechend kann die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln des zukünftigen Zustandes, insbesondere Verschleißzustandes, und/oder der Restelebensdauer der Verdrängereinheit dienen.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird unter Verwendung der Antriebsdrehzahl nDAD der Verdrängereinheit im Betriebspunkt, des jeweiligen Fluiddrucks pDAD im Betriebspunkt und gegebenenfalls des geometrischen Fördervolumens Vg der Verdrängereinheit, ein Parameter berechnet, insbesondere der Parameter λ = n DAD ⋅ V g p DAD
    Figure imgb0001
     der Verdrängereinheit. Dabei steht "DAD" für Druck-Abknick-Drehzahl. Weil der Leckagestrom der Verdrängereinheit bei zunehmender Temperatur aufgrund der abnehmenden Viskosität der Hydraulikflüssigkeit zunimmt, ist der Parameter λ = Q Leck Δ p p
    Figure imgb0002
     der Verdrängereinheit temperaturabhängig und wird unter Ausführen des Schlussvergleichs in Abhängigkeit derselben Temperatur mit einem Referenz-Parameter λ der Verdrängereinheit vergl ichen.
  • Im Folgenden wird die für die vorliegende Erfindung grundlegende Formel des volumetrischen Wirkungsgrades ηvol [%] näher erläutert: η vol = Q eff Q th = Q th − Q Leck Q th = Q th − λ ⋅ Δp P Q th
    Figure imgb0003
  • Dabei steht
    • Qeff für den tatsächlichen, also effektiven Volumenstrom der Verdrängereinheit,
    • Qth für den berechneten, theoretischen Volumenstrom der Verdrängereinheit,
    • QLeck für den internen Leckagestrom der Verdrängereinheit,
    • λ für den charakteristischen Parameter der Verdrängereinheit, und
    • ΔpP für die über der Verdrängereinheit abfallende Druckdifferenz, die dem Fluiddruck p auf der Hochdruckseite der Verdrängereinheit entspricht, wenn die Verdrängereinheit aus einem Tank ansaugt, in dem Umgebungsdruck herrscht.
  • In dem genannten charakteristischen Betriebspunkt mit der Antriebsdrehzahl nDAD und dem Fluiddruck pDAD entspricht der theoretische Volumenstrom Qth der Verdrängereinheit ihrem internen Leckagestrom QLeck , so dass der volumetrische Wirkungsgrad ηvol der Verdrängereinheit gleich Null ist. Dabei entspricht Qth = Vg · n = QLeck = λ · ΔpP , wobei Vg für das geometrische Fördervolumen der Verdrängereinheit und n für die Antriebsdrehzahl der Verdrängereinheit steht.
  • Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes, insbesondere Verschleißzustandes, einer Verdrängereinheit anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
    • Fig. 1
    teilweise in der Art eines hydraulischen Schaltplans und teilweise in Blockdarstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandes einer Verdrängereinheit;
    Fig. 2
    einen über der Zeit aufgetragenen Drehzahlkurvenverlauf für eine Verdrängereinheit nach Fig. 1;
    Fig. 3
    einen über der Zeit aufgetragenen Druckkurvenverlauf auf der Hochdruckseite der Verdrängereinheit nach Fig. 1, der von dem Drehzahlkurvenverlauf nach Fig. 2 abhängig ist;
    Fig. 4
    oben einen teilweisen Drehzahlkurvenverlauf gemäß Fig. 2 und unten davon abhängige teilweise Druckkurvenverläufe gemäß Fig. 3 von verschiedene Verschleißzustände aufweisenden Verdrängereinheiten, wobei die Druckkurvenverläufe im Bereich ihrer jeweiligen signifikanten Verlaufsänderung abgebildet sind, die einen für den Zustand charakteristischen Betriebspunkt der jeweiligen Verdrängereinheit kennzeichnen;
    Fig. 5
    einen im Bereich der signifikanten Verlaufsänderung vergrößerten und über der Drehzahl der Verdrängereinheit aufgetragenen Druckkurvenverlauf;
    Fig. 6
    über dem Verschleißzustand der Verdrängereinheit aufgetragene Kurvenverläufe des Parameters λ der Verdrängereinheit in Abhängigkeit der Temperatur des die Verdrängereinheit durchströmenden Fluids; und
    Fig. 7 und 8
    in jeweils einer Blockdarstellung den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandes, insbesondere eines Verschleißzustandes, einer Verdrängereinheit 8 weist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einen Druckversorgungsanschluss P und eine mit einem Ende an den Druckversorgungsanschluss P angeschlossene Fluidleitung 12, 14 auf. Zudem sind zwei mit der Fluidleitung 12, 14 fluidisch verbundene Fluideinrichtungen 18 (in den Figuren ist nur eine dargestellt) und jeweils ein Drucksensor 20, 22, der in der Fluidleitung 12, 14 stromaufwärts vor jeder Fluideinrichtung 18 eine Systemgröße in Form des Fluiddrucks p, p' erfasst, sowie eine Auswerteeinrichtung 24 vorgesehen. Die Fluideinrichtungen 18 ermöglichen jeweils stromaufwärts von sich in der Fluidleitung 12, 14 einen Fluiddruckaufbau und die Auswerteeinrichtung 24 ist derart eingerichtet, dass diese in Abhängigkeit zumindest der einen Systemgröße p, p' den Zustand, insbesondere den Verschleißzustand, der Verdrängereinheit 8 ermittelt.
  • An den Druckversorgungsanschluss P, also das eine Ende der Fluidleitung 12, 14, ist mit ihrer Hochdruckseite die hydrostatische Verdrängereinheit 8 angeschlossen. Die Verdrängereinheit 8 ist als drehzahlgeregelte Pumpe 10, vorzugsweise als Konstantpumpe, ausgebildet, die mittels eines Elektromotors 26 antreibbar ist.
  • An dem anderen Ende der Fluidleitung 12, 14 ist ein Verbraucheranschluss A vorgesehen, an den eine in den Figuren nicht gezeigte Fluideinrichtung fluidisch angeschlossen ist. Diese Fluideinrichtung kann als eine mit einem Nenndruck pNenn betreibbare Verbraucheranordnung ausgebildet sein. Eine weitere Fluideinrichtung 18 ist in die Fluidleitung 12, 14 geschaltet und unterteilt die Fluidleitung 12, 14 in einen mit dem Druckversorgungsanschluss P fluidisch verbundenen Fluidleitungsteil 12 und einen mit dem Verbraucheranschluss A fluidisch verbundenen weiteren Fluidleitungsteil 14. Die weitere Fluideinrichtung 18 ist derart eingerichtet, dass diese eine Fluiddruckweitergabe von dem Druckversorgungsanschluss P zu dem Verbraucheranschluss A ab einer vorgebbaren Druckschwelle zulässt, die insbesondere in etwa dem Nenndruck pNenn der Verbraucheranordnung entspricht, und von dem Verbraucheranschluss A zu dem Druckversorgungsanschluss P permanent blockiert. Die weitere Fluideinrichtung 18 ist als, insbesondere federkraftbetätigtes, Rückschlagventil 28 ausgebildet, das in Richtung des Verbraucheranschlusses A öffnet.
  • Es ist eine Einrichtung 30 zum Ermitteln der Antriebsdrehzahl n der Pumpe 10 vorgesehen, die als Drehzahlsensor 32 zum Erfassen der Drehzahl n des Elektromotors 26 ausgebildet ist. Zudem ist ein Drucksensor 20 vorgesehen, der an den Fluidleitungsteil 12 angeschlossen ist und in dem Fluidleitungsteil 12 einen Fluiddruck p erfasst. Ebenfalls an den Fluidleitungsteil 12 angeschlossen sein kann ein Temperatursensor 34, der in dem Fluidleitungsteil 12 die Fluidtemperatur T erfassen kann. Zudem kann an den weiteren Fluidleitungsteil 14 ein Hydrospeicher 36 zum Ausgleichen von etwaigen Druckverlusten in dem weiteren Fluidleitungsteil 14 angeschlossen sein, beispielsweise aufgrund von Leckageströmen seitens der Verbraucheranordnung. Der Drehzahlsensor 32, der Drucksensor 20 und der Temperatursensor 34 sind elektrisch mit der Auswerteeinrichtung 24 verbunden. Die so erfasste Antriebsdrehzahl n der Pumpe 10, der Fluiddruck p und die Temperatur T stellen jeweils eine weitere Systemgröße dar, die in die Ermittlung des Zustandes mittels der Auswerteeinrichtung 24 miteinfließen.
  • Für ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gelten die voranstehenden Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel entsprechend.
  • Zusätzlich ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel an den weiteren Fluidleitungsteil 14 ein weiterer Drucksensor 22 angeschlossen und erfasst in dem weiteren Fluidleitungsteil 14 einen weiteren Fluiddruck p', der als weitere Systemgröße in die Ermittlung des Zustandes miteinfließt. Der weitere Drucksensor 22 ist elektrisch mit der Auswerteeinrichtung 24 verbunden. Der weitere Fluiddruck p' kann dem Nenndruck pNenn der Verbraucheranordnung entsprechen. Durch einen Druckverlust bei Durchströmen des Rückschlagventils 28 kommt es zu einer Druckdifferenz, so dass der Druck p um die Druckdifferenz größer ist als der Druck p'. Bei guter Auslegung des Rückschlagventils 28 ist die Druckdifferenz eher gering.
  • Im Folgenden wird das von der Auswerteeinrichtung 24 im Zeitbereich durchgeführte, erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:
    Zum Ermitteln des Zustandes der Pumpe 10 wird ein charakteristischer Betriebspunkt der Pumpe 10 ermittelt, in dem der theoretische Volumenstrom Qth der Pumpe 10 ihren volumetrischen Verlusten QLeck entspricht, das heißt der volumetrische Wirkungsgrad ηvol der Pumpe 10 Null ist.
  • Zum Ermitteln dieses Betriebspunktes wird die Antriebsdrehzahl n der Pumpe 10 im Rahmen eines in Fig. 2 gezeigten Änderungsprozesses über eine Zeitspanne [s] von ca. Null bis zu einem vorgebbaren Drehzahlwert n [min -1] gesteigert und wieder auf ca. Null reduziert. Die Drehzahl n kann dabei zumindest derart gesteigert werden, dass der auf der Hochdruckseite der Pumpe 10 herrschende Fluiddruck p zumindest den Nenndruck pNenn der Verbraucheranordnung erreicht. Die Antriebsdrehzahl n wird während des Änderungsprozesses mittels des Drehzahlsensors 32 erfasst und kann einen im Wesentlichen dreieckförmigen Verlauf nV beschreiben, kann also prinzipiell eine ansteigende Rampe aufweisen, an die sich eine abfallende Rampe 41 anschließt. Gleichzeitig zu der dahingehend geänderten Antriebsdrehzahl n wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel mittels des Drucksensors 20 in dem Fluidleitungsteil 12 ein in Fig. 3 gezeigter Fluiddruckverlauf pV und mittels des Temperatursensors 34 die Temperatur T in dem Fluidleitungsteil 12 erfasst. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird zudem mittels des weiteren Drucksensors 22 der Fluiddruckverlauf p'V oder pNenn,V in dem weiteren Fluidleitungsteil 14 erfasst. Der Abtastzeitraum AZ des jeweiligen Fluiddruckverlaufs während des Reduzierens der Antriebsdrehzahl n der Pumpe 10 kann wie in Fig. 3 gezeigt ca. 0,5 Sekunden oder wie in den Fig. nicht dargestellt beispielsweise 2,5 Sekunden betragen, wobei die Abtastrate in etwa 200 Hertz betragen kann. Gleiches kann für den Zeitraum des Steigerns der Antriebsdrehzahl n gelten.
  • Nach der Erfassung 38 (Fig. 7) der Systemgrößen n, p, p', T können die Werte jeder Systemgröße n, p, p', T einer Datenfilterung 40 unterzogen werden, beispielsweise kann ein Mittelwert der jeweiligen Systemgrößenwerte n, p, p', T aus den letzten erfassten Systemgrößenwerten n, p, p', T im Sinne eines gleitenden Durchschnittes gebildet werden.
  • Der in Fig. 3 gezeigte Fluiddruckverlauf pV [bar] des Drucksensors 20, der über der Zeit [s] aufgetragen ist, ist im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet, weißt also eine ansteigende und eine abfallende 42 Rampe auf, zwischen denen der Fluiddruckverlauf pV einen im Wesentlichen konstanten Teil 44 aufweist und insbesondere dem Nenndruckverlauf pNenn,V der Verbraucheranordnung entspricht. Der Fluiddruckverlauf pV beschreibt im Übergang von seinem im Wesentlichen konstant verlaufenden Teil 44 zu seiner ansteigenden oder abfallenden 42 Rampe eine signifikante Verlaufsänderung 46 in Form eines Abknickens, die den vorstehend genannten charakteristischen Betriebspunkt kennzeichnet.
  • Die signifikante Verlaufsänderung 46 ergibt sich daraus, dass jede beliebige Pumpe ab Unterschreiten einer bestimmten Antriebsdrehzahl n, nämlich der Antriebsdrehzahl nDAD im genannten Betriebspunkt nicht mehr in der Lage ist den in Fluidflussrichtung hinter dem Rückschlagventil 28 herrschenden Fluiddruck p' oder Nenndruck pNenn der Verbraucheranordnung aufzubringen, so dass der Volumenstrom über das Rückschlagventil 28 bei Unterschreiten der bestimmten Antriebsdrehzahl n vollständig zum Erliegen kommt und das Rückschlagventil 28 schließt. Bei einer ausgehend von der bestimmten Drehzahl nDAD weiter abfallenden Drehzahl n fällt auch der Fluiddruck p immer weiter ab, wobei der Fluiddruck p' oder pNenn aufgrund des in Richtung des Druckversorgungsanschlusses P schließenden Rückschlagventils 28 zumindest kurzfristig mittels des Hydrospeichers 36 aufrechterhalten werden kann.
  • In Fig. 4 sind oben ein Teil der abfallenden Rampe 41 der Drehzahl n [min -1] sowie unten zumindest teilweise der im Wesentlichen konstante Teil 44 und die abfallende Rampe 42 des von der Drehzahl n abhängigen Fluiddrucks p [bar] mehrerer Pumpen 10 prinzipiell dargestellt, die sich hinsichtlich ihres Verschleißzustandes unterscheiden. Die Drehzahl n und der Fluiddruck p sind jeweils über der Zeit [s] aufgetragen. Die verschiedenen Verschleißzustände der Pumpen 10 sind in Fig. 4 daran zu erkennen, dass der Fluiddruck p der am stärksten verschlissenen Pumpe 10 bereits bei einer höheren Drehzahl n und der Fluiddruck p der am wenigsten verschlissenen Pumpe 10 bei einer in Relation dazu geringeren Drehzahl n abfällt, jeweils unter Ausbildung der signifikanten Verlaufsänderung 46 des Druckkurvenverlaufs pV. Bei Erreichen der Drehzahl n gleich Null ist der von jeder Pumpe 10 abgegebene jeweilige Fluiddruck p ebenfalls Null, unabhängig von deren jeweiligem Verschleißzustand. Bei einer idealen Pumpe wäre der Druck noch vorhanden; selbstredend wäre der geförderte Volumenstrom gleich Null.
  • Der genannte Betriebspunkt wird in dem Fluiddruckverlauf pV von der Auswerteeinrichtung 24 mittels eines Auswertealgorithmus 48 lokalisiert.
  • Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung wird mittels des Auswertealgorithmus 48, insbesondere durch Berechnung des Druckgradienten mittels (Rückwärts-)Differenzquotientenbildung, ein zeitlicher Änderungsverlauf p ˙ V = dp V dt
    Figure imgb0004
     des Fluiddrucks des Drucksensors 20 erzeugt. Darauffolgend wird in dem Änderungsverlauf ṗV unter Durchführen eines Zwischenvergleichs 48 des Änderungsverlaufs ṗV mit entsprechenden Referenzwerten 49 in Form von Grenzwerten die signifikante Verlaufsänderung 46 des Druckkurvenverlaufs pV lokalisiert.
  • Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung wird die signifikante Verlaufsänderung 46 in dem Druckkurvenverlauf pV [bar] gemäß Fig. 5 unter Durchführen eines Zwischenvergleichs 48 des Druckkurvenverlauf pV mit Referenzwerten 49 in Form von Grenzwerten ΔpRV,min, ΔpRV,max lokalisiert, zwischen denen die signifikante Verlaufsänderung 46 zu finden ist. In Fig. 5 ist der Druckkurvenverlauf pV über der Drehzahl n [min -1] aufgetragen. In die Berechnung der Grenzwerte ΔpRV,min, ΔpRV,mαx fließt der mittels des weiteren Drucksensors 20 erfasste weitere Fluiddruck p' oder pNenn mit ein. In Fig. 5 ist der Fluiddruck pDAD in der jeweiligen lokalisierten signifikanten Verlaufsänderung 26, also im Betriebspunkt, mit einem Kreuz gekennzeichnet.
  • Alternativ oder zusätzlich zu der Anwendung von Grenzwerten kann zur Auswertung des jeweiligen Kurvenverlaufs eine Mustererkennung eingesetzt werden. Die Mustererkennung kann im Rahmen von künstlicher Intelligenz, neuronaler Netze und/oder Machine Learning implementiert sein.
  • Wie vorstehend aufgezeigt, wird bei der dahingehenden Lokalisierung der signifikanten Verlaufsänderung 46 regelmäßig nicht nur ein Fluiddruckwert pDAD ermittelt, sondern mehrere, die beispielsweise zwischen die Grenzwerte fallen. Daher können die mehreren ermittelten Fluiddruckwerte pDAD einer weiteren Mittelwertbildung 50 unterzogen werden, um einen gemittelten Fluiddruckwert pDAD im Betriebspunkt zu erhalten.
  • Nachdem anhand der signifikanten Verlaufsänderung 46 des Fluiddrucks p der Betriebspunkt ermittelt worden ist, wird entweder unter Durchführung eines Schlussvergleichs 60 zumindest eine Systemgröße nDAD,pDAD,TDAD im Betriebspunkt jeweils direkt mit zumindest einer entsprechenden Referenz-Systemgröße verglichen und/oder unter Verwendung der erfassten Systemgrößen Drehzahl nDAD und Fluiddruck pDAD im Betriebspunkt sowie eines Pumpenparameters 56, gegebenenfalls in Form des geometrischen Fördervolumens Vg der Pumpe 10, eine Berechnung 62 zumindest eines Parameters, gegebenenfalls in Form des Parameters λ = n DAD ⋅ V g p DAD l min ⋅ bar
    Figure imgb0005
     der Pumpe 10, durchgeführt, der zumindest mit einem entsprechenden Referenz-Parameter 64 verglichen wird.
  • Weil der Leckagestrom QLeck der Pumpe 10 aufgrund der abnehmenden Viskosität der Hydraulikflüssigkeit bei zunehmender Temperatur T zunimmt, ist der Parameter λ = Q Leck Δ p p
    Figure imgb0006
     der Pumpe 10 temperaturabhängig. In Fig. 6 ist die dahingehende Temperaturabhängigkeit des Parameters λ der Pumpe 10 dargestellt, in dem ein erster bis dritter Parameter λ der Pumpe 10 bei einer ersten T 1 bzw. zweiten T 2 bzw. dritten T 3 Temperatur über dem Verschleißzustand der Pumpe aufgetragen ist. Dabei ist T 3, insbesondere gleich ca. 70°C, größer als T 2, insbesondere gleich ca. 50°C, größer als T 1, insbesondere gleich ca. 30°C. Der Verschleißzustand ist dabei entlang der x-Achse in verschiedene Zonen eingeteilt: Neu 88, Zone I (Grün), Zone II (Gelb), Zone III (Hellrot) und Zone IV (Dunkelrot), wobei der Verschleißzustand mit zunehmender Zonennummerierung zunimmt. Die farbliche Zuordnung der Zonen ist an eine Ampel angelehnt, die als Anzeige 54 des Verschleißzustandes für einen Benutzer dienen kann. Der Viskositätswert der Hydraulikflüssigkeit bei der Temperatur T 1 entspricht in etwa dem Zweifachen des Viskositätswertes der Hydraulikflüssigkeit bei der Temperatur T 2, der wiederum in etwa dem Zweifachen der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit bei der Temperatur T 3 entspricht. Entsprechend werden der berechnete Parameter λ der Pumpe 10 und der entsprechende Referenz-Parameter λ unter Einbezug der gemessenen Fluidtemperatur T bei dem Schlussvergleich 60 miteinander verglichen.
  • Basierend auf dem Ergebnis des jeweiligen Schlussvergleiches 60 wird dann der Zustand der Pumpe 10 festgestellt, der von der Auswerteeinrichtung 24 über eine Zustandsausgabe 66 an eine Anzeige 54 weitergeleitet werden kann, die einem Benutzer den Zustand der Pumpe 10 anzeigt und die insbesondere als die vorstehend genannte Ampel ausgebildet sein kann.
  • Es kann zudem ein Zwischenspeicher 68 für erfasste Systemgrößen n, p, p',T und ein Speicher 70 für im Betriebspunkt vorliegende Systemgrößen nDAD,pDAD,TDAD und/oder zumindest den einen von Systemgrößen abhängigen Parameter, insbesondere der Pumpe 10, vorgesehen sein. Auch kann unter Durchführen einer (Trend-)Analyse 72 basierend auf einer zeitlichen Analyse der Systemgrößen nDAD,pDAD,TDAD im Betriebspunkt oder des von Systemgrößen abhängigen Parameters ein zukünftiger Verschleißzustand und/oder die Restlebensdauer 74 der Pumpe 10 geschätzt werden.
  • Die Pumpe 10, der Elektromotor 26, der über eine Welle die Pumpe 10 antreibt, und eine Leistungselektronik 78, wie beispielsweise ein Frequenzumrichter 80 oder ein Inverter, die den Elektromotor 26 ansteuert, sind Teil eines drehzahlvariablen elektro-hydraulischen Aggregates 76 (Fig. 8).
  • Des Weiteren ist eine Maschinensteuerung 82, beispielsweise zur Ansteuerung der Verbraucheranordnung, vorgesehen, wie beispielsweise eine Speicherprogrammierbare Steuerung oder ein (Haupt-)Steuergerät, die zumindest eine Sollgröße, wie beispielsweise eine Drehzahl, einen Volumenstrom, eine Position, einen Druck und/oder eine Geschwindigkeit etc. vorgibt. Die Maschinensteuerung kann entweder wie in Fig. 8 dargestellt mit der Leistungselektronik 78 oder wie in den Figuren nicht gezeigt mit der Auswerteeinrichtung 24 kommunizierend verbunden sein und übermittelt dorthin zumindest die Sollgröße.
  • Die Auswerteeinrichtung 24 fordert unter Durchführung einer Anfrage 84 bei der Leistungselektronik 78 die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an, beispielsweise nach einer vorgebbaren Anzahl von Betriebsstunden der Verbraucheranordnung. Die Leistungselektronik 78 bestätigt darauffolgend unter Abgabe einer Bestätigung 86 die Anfrage 84 und leitet bei einem Vorliegen eines passenden Zustandes der Verbraucheranordnung das Verfahren durch einen entsprechenden Änderungsprozess, beispielsweise eine entsprechende Änderung der Antriebsdrehzahl n der Pumpe 10, ein. Ein passender Systemzustand liegt beispielsweise vor, wenn das System nicht unter Last betrieben wird und/oder demnächst heruntergefahren wird.
  • Zum Ermitteln des Zustandes der Verdrängereinheit 8 kann ebenso die Antriebsdrehzahl n der Verdrängereinheit 8 konstant vorgegeben werden, der von der Antriebsdrehzahl n abhängige Fluiddruck p erfasst werden und der erfasste Fluiddruck p oder ein von diesem abhängiger Parameter, insbesondere der Verdrängereinheit 8, mit zumindest einem entsprechenden Referenzwert verglichen werden.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandes, insbesondere eines Verschleißzustandes, einer Verdrängereinheit (8), mit
    - einer an eine Hochdruckseite der Verdrängereinheit (8) angeschlossenen Fluidleitung (12, 14),
    - zumindest einer mit der Fluidleitung (12, 14) fluidisch verbundenen Fluideinrichtung (18), die stromaufwärts von sich in der Fluidleitung (12, 14) einen Fluiddruckaufbau ermöglicht,
    - jeweils einem Drucksensor (20, 22), der in der Fluidleitung stromaufwärts vor der jeweiligen Fluideinrichtung (18) eine Systemgröße in Form des Fluiddrucks (p,p') erfasst, und
    - einer Auswerteeinrichtung (24), die derart eingerichtet ist, dass diese in Abhängigkeit zumindest der einen Systemgröße (p, p') den Zustand der Verdrängereinheit (8) ermittelt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluideinrichtung als eine mit einem Nenndruck (pNenn ) betreibbare Verbraucheranordnung ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Fluideinrichtung (18) die Fluidleitung in einen mit der Verdrängereinheit (8) verbundenen Fluidleitungsteil (12) und einen weiteren Fluidleitungsteil (14) unterteilt und/oder dass die weitere Fluideinrichtung (18) derart eingerichtet ist, dass diese eine Fluiddruckweitergabe von dem einen Fluidleitungsteil (12) in den weiteren Fluidleitungsteil (14), insbesondere ab einer vorgebbaren Druckschwelle, zulässt und in die entgegengesetzte Richtung blockiert.
  4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest eine der folgenden Komponenten vorgesehen ist:
    - eine Einrichtung (30), die eine Drehzahl (n) der Verdrängereinheit (8) ermittelt, die als weitere Systemgröße in die Ermittlung des Zustandes mit einfließt;
    - ein Temperatursensor (34), der eine als weitere Systemgröße in die Ermittlung des Zustandes mit einfließende Temperatur (T) des durch die Verdrängereinheit (8) strömenden Fluids erfasst; und
    - ein an die weitere Fluidleitung (14) angeschlossener Hydrospeicher (36).
  5. Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes, insbesondere eines Verschleißzustandes, einer Verdrängereinheit (8), insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, mit folgenden Verfahrensschritten:
    - Aufbauen eines Fluiddrucks (p,p') in einer Fluidleitung (12, 14) stromaufwärts vor zumindest einer mit der Fluidleitung fluidisch verbundenen Fluideinrichtung (18), wobei die Fluidleitung (12, 14) an eine Hochdruckseite der Verdrängereinheit (8) angeschlossen ist,
    - Erfassen einer Systemgröße in Form des jeweiligen Fluiddrucks (p,p') in der Fluidleitung (12, 14) stromaufwärts vor der jeweiligen Fluideinrichtung (18), und
    - Ermitteln des Zustandes der Verdrängereinheit (8) in Abhängigkeit zumindest der einen Systemgröße (p, p').
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand zudem in Abhängigkeit zumindest einer der folgenden weiteren Systemgrößen ermittelt wird:
    - einer Drehzahl (n) der Verdrängereinheit (8); und
    - einer Temperatur (T) des durch die Verdrängereinheit (8) strömenden Fluids.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Zustandes der Verdrängereinheit (8), zumindest die eine Systemgröße (n, p, p', T) mit zumindest einer entsprechenden Referenz-Systemgröße verglichen wird und/oder in Abhängigkeit zumindest der einen Systemgröße (n, p, p', T) ein Parameter (λ), insbesondere der Verdrängereinheit (8), ermittelt wird, der mit zumindest einem entsprechenden Referenz-Parameter verglichen wird, wobei basierend auf dem Ergebnis dieses jeweiligen Schlussvergleichs (60) der Zustand der Verdrängereinheit (8) festgestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Zustandes der Verdrängereinheit (8) zumindest ein für den Zustand charakteristischer Betriebspunkt der Verdrängereinheit (8) ermittelt wird, in dem der theoretische Volumenstrom (Qth ) der Verdrängereinheit (8) ihren volumetrischen Verlusten (QLeck ) entspricht.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Betriebspunktes zumindest einer der folgenden Änderungsprozesse über eine Zeitspanne durchgeführt wird:
    - die Drehzahl (n) der Verdrängereinheit (8) geändert wird; und
    - ein Nenn- (pNenn ) oder Lastdruck einer als Verbraucheranordnung ausgebildeten Fluideinrichtung geändert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Durchlaufens des jeweiligen Änderungsprozesses ein Kurvenverlauf (pV ) zumindest eines jeweiligen Fluiddrucks (p,p') oder ein davon abhängiger Kurvenverlauf (ṗV, ΔpRV,V ) zumindest teilweise ermittelt und unter dessen Verwendung eine signifikante Verlaufsänderung in diesem Kurvenverlauf (pV ) des Fluiddrucks (p,p') lokalisiert wird, die den Betriebspunkt kennzeichnet.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der von zumindest einem jeweiligen Fluiddruck (p,p') abhängige Kurvenverlauf (ṗV, ΔpRV,V ) die zeitliche Änderung (ṗV ) zumindest eines jeweiligen Fluiddrucks (p,p') oder die Druckdifferenz (ΔpRV,V ) zwischen einem weiteren Fluiddruck (p'), der mittels eines weiteren Drucksensors (22) in einem weiteren Fluidleitungsteil (12) erfasst wird, und einem Fluiddruck (p) beschreibt, der mittels eines Drucksensors (20) in einem Fluidleitungsteil (20) erfasst wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lokalisieren der signifikaten Verlaufsänderung der ermittelte Kurvenverlauf (pV,ṗV,ΔpRV,V ) zumindest teilweise unter Durchführen eines Zwischenvergleichs (48) mit zumindest einem entsprechenden Referenzwert verglichen wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für den Schlussvergleich (60) die jeweilige in dem Betriebspunkt vorliegende Systemgröße (nDAD, PDAD, TDAD ) verwendet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Zustandes der Verdrängereinheit (8) die Drehzahl (n) der Verdrängereinheit (8) konstant vorgegeben wird, der von der Drehzahl (n) abhängige jeweilige Fluiddruck (p, p') ermittelt wird und der ermittelte jeweilige Fluiddruck (p, p') oder ein von diesem abhängiger Parameter, insbesondere der Verdrängereinheit (8), mit zumindest einem entsprechenden Referenzwert verglichen wird.
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