WO2006108606A1 - Verfahren und vorrichung zur überwachung eines mittels einer pumpe geförderten fluidtsromes - Google Patents

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WO2006108606A1
WO2006108606A1 PCT/EP2006/003299 EP2006003299W WO2006108606A1 WO 2006108606 A1 WO2006108606 A1 WO 2006108606A1 EP 2006003299 W EP2006003299 W EP 2006003299W WO 2006108606 A1 WO2006108606 A1 WO 2006108606A1
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WO
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pressure
pump
stroke
values
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PCT/EP2006/003299
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Inventor
Klaus Müller
Sergei Gerz
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Alldos Eichler Gmbh
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members
    • F04B43/0072—Special features particularities of the flexible members of tubular flexible members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/03—Pressure in the compression chamber

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring a pumped by a pump fluid flow.
  • This pressure is not representative of the pressure in the dosing, in particular due to the inherent stiffness of the membrane, which is particularly the case for double leak detection used for the case and also due to a possibly used return spring, without which in turn a safe suction is often not guaranteed. Criteria for the recognition of error functions should be only the mean suction and delivery pressure and the efficiency of the pump, which can only describe a faulty behavior very globally.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device of the aforementioned type, by means of which in particular a reliable and precise error detection and identification is possible.
  • the stated object is achieved by a method of the type mentioned above, which is characterized in that the pressure of the fluid is measured continuously or quasi-continuously as ACTUAL values at least in partial regions of the stroke of the pump and compared with nominal values.
  • the invention further provides a device of the type mentioned above, which is characterized by at least one pressure sensor for continuous or quasi-continuous measurement of the pressure of the fluid at least in partial areas of the stroke of the pump and by a comparison device for comparison the measured actual values of the pressure with nominal values.
  • the latter can be specified for the respective pump type-specific as empirical values based on the knowledge of parameters of a pump and the use of the same, but also be obtained by a reference measurement from a faultless system.
  • the actual values of the pressure are assigned to positions of the piston or of the diaphragm of the pump and compared with the desired values corresponding to the same positions.
  • the desired values of the pressure are preferably assigned to the piston position in an indicator diagram, which corresponds to error-free operation.
  • an indicator diagram is generally also a pressure curve diagram, it specifically indicates the pressure curve over the piston path - ie for the pressure and suction strokes - as a closed line in the manner of a circular process. It is therefore much more universal than a pressure-time diagram, which in contrast is time- and speed-dependent.
  • the indicator diagram can be specified according to the type either before the installation of the pump with the rest of the software and / or in each case new and the Situation to be generated accordingly. It is essential that the pressure profile over the piston travel is determined and does not respond in any way to the time and that a comparison with ideal target values for a trouble-free system, but not with deficient operating states.
  • the desired values of the pressure at each measured time are determined from the travel diagram of an engine driving the pump.
  • the driving diagram of the motor is the course of the revolution (steps / angles / reference points) of the same over time.
  • this travel diagram is predetermined by the speed control. This is due to a rigid coupling or transmission of the rotational movement of the drive motor to the piston or the diaphragm by means of a gearbox, the position of these parts always known and thus given movement or speed of the piston, the speed may be different or can change. In this case, for example, the rotational speed during the compression stroke may be slower than during the suction stroke.
  • the assignment of time and position is carried out by the engine and control of the same having drive system.
  • the engine is a step-by-step reversible motor such as a stepping motor, electronically commutated motor (EC motor) or the like.
  • the movement of the motor is carried out by - gradual - control of the motor, so that the control of the engine always "knows" how the engine and thus the piston is.
  • a sensor for instantaneous determination of the position of the piston over its entire path is not necessary and not provided.
  • the drive system However, only for synchronization of the engine control have a certain position of the piston having synchronizing.
  • While an extremely preferred embodiment provides that the pressure in a metering chamber of the pump is measured, it can also be provided that the pressure in a supply line or in an outlet line to or from the metering chamber of the pump is measured. As a result, individual characteristic values can be determined. In a preferred embodiment, measurements take place in the dosing space and in an inlet and / or outlet line. As a result, a multiplicity of values can be detected for determining a wide variety of errors, in some cases also redundantly.
  • a control of the pump in terms of a constant or desired flow rate is possible.
  • a preferred embodiment of the invention provides that in the event of a deviation of the actual value from the pressure, the desired value, an error message is issued.
  • the pressure profile is monitored at the end of the suction stroke and / or at the beginning of the pressure stroke, wherein in the case of persistence of the actual value of the pressure in the negative pressure region cavitation is present in both cases and reported, if necessary.
  • Another preferred embodiment of the invention provides that the pressure curve in the area of the dead points of the pump is monitored, wherein in particular arranged at a faster pressure increase at the beginning of the pressure stroke and / or slow pressure reduction at the beginning of the suction stroke of a leakage in a downstream of the dosing Pressure valve is reported.
  • a leak of a suction valve arranged in the inflow of the dosing head is reported.
  • an error message may be output at the SETPOINT value of the pressure during the monitoring process.
  • Such a pressure behavior which indicates an unacceptably high system pressure, can occur, for example, when a pressure-side slide is inadmissibly closed.
  • a leakage in the pressure line indicating leakage message is output at the target value of the pressure below the actual values.
  • the device according to the invention may be further characterized in that a speed-controlled motor is provided for driving the pump, whose angular position in turn can be used to determine the setpoint values for the pressure.
  • the comparison device is in particular designed in a computer, such as a PC, microcontroller or the like. forms and can in particular control a motor control for a motor of the pump.
  • input units for inputting input data, volume flow settings, evaluation strategies, maximum permissible pressure or the like and output units for outputting output data, such as error messages, pressure values, indicator diagram or the like may be provided.
  • the pressure sensor is arranged in the dosing, further embodiments may provide that a pressure sensor in a supply line to the dosing and / or a pressure sensor is arranged in an output line from the dosing.
  • the comparison device compares steadily in critical phases of the pressure and suction stroke the instantaneous pressure curve (actual value) with that of a fault-free pressure curve (nominal value) and detects depending on the size of the deviation, whether the consequent dosage error is still tolerable is or is not and gives, if appropriate, a corresponding signal for the desired consequences.
  • the numerous error causes occurring in practice can be detected and detected, such as cavitation, air bubbles, leaks and faults on the pressure and suction side.
  • dosing errors can be compensated in a simple manner as a result of pressure fluctuations on the pressure side by adjusting the speed.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device according to the invention for monitoring a fluid delivered by a pump with a pressure sensor arranged in the metering chamber;
  • Figures 2a - 2f further arrangements of individual or combined pressure sensors.
  • FIG. 3 shows a diagram for illustrating the correction of the volume flow
  • Fig. 4 is a cavitation in the dosing indicating diagram (solid line) against the normal pressure curve (dashed
  • Fig. 5 shows the pressure profile over the stroke in air or
  • FIG. 7 shows the course of the pressure when leakage occurs in the suction valve and / or to the outside
  • FIG. 8 shows a flow chart for the sequence of the method according to the invention.
  • the illustrated in Fig. 1 preferred embodiment of a device 1 according to the invention for monitoring a funded by a pump fluid has a pump 2 with a metering chamber 3.
  • the pump 2 is formed in the illustrated embodiment as a diaphragm pump and therefore has a membrane 4.
  • the membrane 4 is of a Motor 5 driven and moved via the output shaft.
  • a suction valve 8 is arranged in an outlet 9 from the metering chamber 3, a pressure valve.
  • the motor 5 is associated with a motor controller 11, by means of which on the one hand the motor operation is controlled and on the other hand in a speed-controlled motor, as well as a stepper motor, a motor position to a computer 12 (PC, microcontroller) reports, creating a travel diagram of the piston with is given known piston position or speed at any time, the controller so "white” at any time, where the piston is located.
  • a pressure sensor 13 is arranged, which is designed in particular as a pressure-voltage converter and the output signal via a line 14 is also supplied to the computer 12.
  • the computer 12 is as comparison means for comparing measured by the pressure sensor 13 actual values of the pressure with existing from the engine position of the engine controller 11 in the context of a nominal pressure of a piston position indicator graph (Fig. 4-7) of the pump certain target values of the pressure and to effect action in the event that both do not match. This action may consist, for example, in a speed adaptation via the control line 15 to the engine control 11 so as to - adapt the engine speed.
  • the computer 12 further input units 16 and output units 17 are assigned. About the input units, such as a keyboard, mass storage, etc., input data, such as flow adjustment, • evaluation strategy, maximum allowable pressure or the like can be specified to the computer 12.
  • FIGS. 2a to 2f show further embodiments of the ⁇ An order of pressure sensors for detecting pressure.
  • Pressure sensor 13b arranged in the pressure line 19 and in the embodiments of Fig. 2c to 2f combinations of these pressure sensors 13, 13a, 13b are provided.
  • a pressure sensor 13a on the suction side by means of a pressure sensor 13a on the suction side, the delayed start of a suction phase can be detected simply and precisely, while by means of a pressure sensor 13b on the pressure side, a premature pressure reduction at the end of a pressure stroke as well as a failure to reach the (output) system pressure are recognized simply and precisely can be, in particular in combination with a provided in the metering pressure sensor 13, the error detection can be improved.
  • FIG. 4 to 7 show indicator diagrams (pressure curve diagrams of the pressure over the stroke), wherein the stroke position with pressure 0, the position of maximum size of the dosing is, in which the diaphragm in Fig. 1 so by the engine as far as possible left, while the stroke value 100% denotes the largely right position of the diaphragm and thus the largest possible reduction of the dosing, then the suction stroke begins.
  • Fig. 4 shows, as well as Figs. 5 to 7 in dashed lines the normal pressure curve in the dosing without occurrence of any error, so a conventional indicator diagram. With a continuous line drawn through in FIG.
  • the line of passage is shown with the line drawn through when air or gas occurs (without cavitation). It can be seen that, in contrast to cavitation, the increase in pressure takes place immediately at the beginning of the pressure stroke, but in the initial region of the pressure stroke, it is much flatter than during normal course.
  • the occurrence of air or gas can thus be determined, in particular, by determining the actual gradient of the pressure profile with respect to the desired gradient, as a result of which it is possible to distinguish it from cavitation, since in this case the gradient is essentially the same as in normal Pressure gradient.
  • Fig. 6 also shows in solid line the pressure curve for leaks in the pressure valve, so that the pressure valve does not close completely, so that at the beginning of the intake stroke, the pressure drop is much slower than normal course, as liquid through the pressure valve can flow back.
  • the pressure increase at the beginning of the print stroke is faster or earlier than usual.
  • FIG. 7 shows a continuous line in the diagram for an outflowing leak in the suction valve and / or to the outside. Takes place here through the leak not only a slow increase in pressure, but the pressure may be IMP EXP ⁇ including lower than in normal course. In addition, premature pressure drop occurs at the end of the pressure stroke.
  • step E The sequence of a preferred embodiment of the method according to the invention is shown with the diagram of FIG. 8. If the pressure remains at the end of the suction stroke and at the beginning of the pressure stroke in the vacuum region (steps A, B, FIG. 4), it is checked whether the present cavitation is still within a permissible range and / or the system pressure - in the further pressure stroke. Phase - corresponds to the predetermined pressure (steps C, D). If this is not the case, then an error signal is specified with regard to a false lift indicating a cavitation and / or a system pressure (step E).
  • a pressure valve test is carried out, ie it is checked whether the pressure drop at the beginning of the suction stroke is too slow and the pressure build-up at the beginning of the pressure stroke is too fast. Furthermore, a system pressure test is likewise carried out by checking the pressures during the course of the pressure and optionally the suction stroke (step F, FIG. 6). If errors occur (step G), an error message regarding the faulty pressure valve (step H) also occurs. If no errors occur, then (step I) a check for disruptive gas bubbles in the dosing chamber according to FIG. 5 takes place, ie whether the gradient during pressure build-up (and in the pressure drop) is substantially flatter than that in normal conditions. drove. If this is the case (query J), then a corresponding error message (K).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines mittels einer Pumpe geförderten Fluidstromes. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Druckverlauf des Fluids zumindest in Teilbereichen des Hubs der Pumpe kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich als IST-Werte gemessen und mit SOLL-Werten verglichen wird. Die Vorrichtung zeichnet sich durch mindestens einen Drucksensor zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Messung des Druckes des Fluids zumindest in Teilbereichen des Hubs der Pumpe und durch eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der gemessenen IST-Werte des Drucks mit SOLL-Werten aus.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines mittels einer Pumpe geförderten Fluidstromes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines mittels einer Pumpe geförderten Fluidstromes .
Bei der Förderung eines Fluids durch eine Pumpe können verschiedene Probleme auftreten, so kann bei konstanter Drehzahl des die Pumpe antreibenden Motors der Volumenstrom in unerwünschter Weise durch Druckschwankungen im System ver- ändert sein, beispielsweise bei Steigung des Anlagendruckes abfallen. Weiterhin können eine Reihe von Fehlern auftreten, wie eine unzulässig hohe Kavitation, ein flacher Druckanstieg zu Beginn des Druckshubs mit einer verminderten Förderleistung aufgrund von Luft- oder Gaseinschlüssen, Leckagen zum Außenraum sowie hinsichtlich des Einlass- und Auslassventils (Saug- bzw. Druckventil) . Wenn derartige Fehler auftreten, so sollten sie entweder behoben werden oder aber zumindest eine entsprechende Fehlermeldung erfolgen. Zur Fehlererkennung ist ein System bekannt, bei dem ein Drucksensor am Hydraulikraum einer Pumpe angebracht wird und den Druck in diesem Raum misst. Dieser Druck ist nicht repräsentativ für den Druck im Dosierraum, insbesondere aufgrund der Eigensteifigkeit der Membran, was insbesondere bei zur Leckerkennung eingesetzten Doppelmembranen verstärkt der Fall ist und auch aufgrund einer gegebenenfalls eingesetzten Rückholfeder, ohne die wiederum eine sichere Saugfunktion oftmals nicht gewährleistet ist. Kriterien zur Erkennung von Fehlerfunktionen sollen lediglich der mittlere Saug- und Förderdruck sowie der Wirkungsgrad der Pumpe sein, die ein Fehlverhalten nur sehr global beschreiben können .
Weiter ist es bekannt, druckseitig einen Drucksensor vorzusehen und Fehlersignale zu erzeugen, wenn der Systemdruck einen unteren vorgegebenen Wert unterschreitet und einen oberen vorgegebenen Wert überschreitet. Eine Steuerung der Pumpe ist hiermit ebenso wenig möglich wie eine präzise Fehlererkennung und Fehleridentifizierung.
Es ist bekannt, zur Erkennung mangelhafter Betriebszustände einer Pumpe zeitlich den Druckverlauf über den Kolbenhub aufzunehmen, indem während des Kolbenverlaufs laufend
Druckwerte in konstanten Zeitintervallen aufgenommen und die Druckänderung über die Zeit untersucht wird. Nachteilig ist, dass diese eine bekannte, fest vorgegebene Kolbenbzw. Motorbewegung, die mit konstanter Winkelgeschwindig- keit voraussetzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mittels derer insbesondere eine zuverlässige und prä- zise Fehlererkennung und -Identifizierung möglich ist. Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Druck des Fluids zumindest in Teilbereichen des Hubs der Pumpe kontinuierlich oder quasikontinuierlich als IST-Werte gemessen und mit SOLL-Werten verglichen wird. Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung weiterhin eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, welche gekennzeichnet ist durch mindestens einen Drucksensor zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierli- chen Messung des Druckes des Fluids zumindest in Teilbereichen des Hubs der Pumpe und durch eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der gemessenen IST-Werte des Drucks mit SOLL-Werten. Letztere können für die jeweilige Pumpe typ- spezifisch vorgegeben sein als Erfahrungswerte aufgrund der Kenntnis von Parametern einer Pumpe und des Einsatzes derselben, aber auch durch eine Referenzmessung aus einem fehlerfreien System gewonnen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die IST-Werte des Druckes Positionen des Kolbens bzw. der Membran der Pumpe zugeordnet und mit den gleichen Positionen entsprechenden SOLL-Werten verglichen werden. Die SOLL- Werte des Druckes werden vorzugsweise in einem Indikator- diagramm der Kolbenposition zugeordnet, wobei dies einem fehlerfreien Betrieb entspricht. Ein Indikatordiagramm ist allgemein gesehen zwar auch ein Druckverlaufsdiagramm, gibt aber speziell den Druckverlauf über den Kolbenweg - also für den Druck- und Saughub - als geschlossene Linie nach Art eines Kreisprozesses an. Es ist damit wesentlich universeller als ein Druck-Zeit-Diagramm, das im Gegensatz dazu zeit- und geschwindigkeitsabhängig ist. Das Indikatordiagramm kann gemäß vorstehendem entweder vor der Installation der Pumpe mit der übrigen Software typspezifisch vor- gegeben werden und/oder beim Betrieb jeweils neu und der Situation entsprechend generiert werden. Wesentlich ist dabei, dass der Druckverlauf über den Kolbenweg ermittelt wird und nicht in irgendeiner Weise auf die Zeit eingeht und dass ein Vergleich mit auf idealen SOLL-Werten für ein störungsfreies System, nicht aber mit mangelhaften Be- triebszuständen erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die SOLL-Werte des Drucks zu jedem gemessenen Zeitpunkt aus dem Fahrdiagramm eines die Pumpe antreibenden Motors ermittelt werden. Unter Fahrdiagramm des Motors wird der Verlauf der Umdrehung (Schritte/Winkel/Referenzpunkte) desselben über die Zeit verstanden. Bei einem drehzahl-gesteuerten Motor, der bevorzugt eingesetzt wird, ist dieses Fahrdiagramm durch die Drehzahlsteuerung vorgegeben. Damit ist aufgrund einer starren Ankopplung bzw. Übertragung von der rotatorischen Bewegung des Antriebsmotors zum Kolben bzw. zur Membran mittels eines Getriebes auch die Position dieser Teile stets bekannt und damit auch Bewegungs- bzw. Geschwindigkeitsverlauf des Kolbens gegeben, wobei die Geschwindigkeit unterschiedlich sein kann bzw. wechseln kann. Dabei kann beispielsweise die Drehgeschwindigkeit während des Druckhubes langsamer sein als beim Saughub. Die Zuordnung von Zeit und Position wird dabei vom Motor und Steuerung desselben aufweisenden Antriebssystems durchgeführt.
Der Motor ist ein schrittweise umsteuerbarer Motor, wie ein Schrittmotor, elektronisch-kommutierter Motor (EC-Motor) oder dergleichen. Die Bewegung des Motors erfolgt durch - schrittweise - Ansteuerung des Motors, so dass die Steuerung des Motors immer "weiß", wie der Motor und damit der Kolben steht. Ein Sensor zur momentanen jeweiligen Bestimmung der Position des Kolbens über seinen gesamten Weg hin ist nicht nötig und nicht vorgesehen. Das Antriebssystem kann allerdings lediglich zur Synchronisation der Motorsteuerung eine bestimmte Position des Kolbens aufweisenden Synchronisiersensor aufweisen.
Während eine äußerst bevorzugte Ausgestaltung vorsieht, dass der Druck in einem Dosierraum der Pumpe gemessen wird, kann auch vorgesehen sein, dass der Druck in einer Zuleitung oder in einer Auslassleitung zum bzw. vom Dosierraum der Pumpe gemessen wird. Hierdurch können einzelne charak- teristische Werte bestimmt werden. In bevorzugter Ausgestaltung erfolgen Messungen im Dosierraum und in einer Zu- und/oder der Auslassleitung. Hierdurch können eine Vielzahl von Werten zur Bestimmung unterschiedlichster Fehler er- fasst werden, teilweise auch redundant.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass bei einer Veränderung des Druckes, insbesondere im Druckhub und/oder in der Druckleitung die Antriebdrehzahl der Pumpe angepasst wird. Hierdurch ist eine Steuerung der Pumpe im Hinblick auf eine konstante oder gewünschte Fördermenge möglich. Weiterhin sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass bei einer Abweichung des IST-Wertes vom Druck, des SOLL-Werts eine Fehlermeldung abgegeben wird.
Gemäß bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Druckverlauf zum Ende des Saughubs und/oder zu Beginn des Druckhubs überwacht wird, wobei beim Verharren des IST- Werts des Drucks im Unterdruckbereich in beiden Fällen eine Kavitation vorliegt und gegebenenfalls gemeldet wird.
Bei Überwachung des Druckverlaufs in der Kompressionsphase des Druckhubs kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Druckgradient bei einem geringeren IST-Druckgradienten als SOLL-Druckgradienten eine Luft/Gas im Dosierraum anzeigende Meldung ausgegeben wird.
Eine andere bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass der Druckverlauf im Bereich der Tot-Punkte der Pumpe überwacht wird, wobei insbesondere bei schnellerem Druckanstieg zu Beginn des Druckhubes und/oder langsamen Druckabbau zum Beginn des Saughubes eines Leckage in einem im stromab des Dosierkopfes angeordneten Druckventil gemeldet wird. Darüber hinaus wird bei einem frühzeitigen Druckabfall am Ende des Druckhubs und/oder einem Flachdruckaufbau zu Beginn des Druckhubs eine Leckage eines im Zufluss des Dosierkopfes angeordneten Saugventils gemeldet.
Wenn der Druck während des Druckhubs überwacht wird, so kann bei dem SOLL-Wert des Drucks im Überwachungsverlauf übersteigenden IST-Werten eine Fehlermeldung ausgegeben werden. Ein solches Druckverhalten, dass einen unerlaubt hohen Systemdruck anzeigt, kann beispielsweise auftreten, wenn ein druckseitiger Schieber unzulässigerweise geschlossen ist.
In weiterer Ausbildung kann vorgesehen sein, dass bei den SOLL-Wert des Drucks unterschreitenden IST-Werten eine Leckage in der Druckleitung anzeigende Leckage-Meldung ausgegeben wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in Weiterbildung dadurch gekennzeichnet sein, dass ein drehzahl-geregelter Mo- tor zum Antrieb der Pumpe vorgesehen ist, dessen Winkelposition wiederum zur Bestimmung der SOLL-Werte für den Druck herangezogen werden können.
Die Vergleichseinrichtung ist insbesondere in einem Rech- ner, wie einem PC, Mikrocontroller oder dergleichen ausge- bildet und kann insbesondere eine Motorsteuerung für einen Motor der Pumpe ansteuern. In weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Eingabeeinheiten zur Eingabe von Eingabedaten, Volumenstromeinstellungen, Aus- wertestrategien, maximal zulässiger Druck oder dergleichen sowie Ausgabeeinheiten zur Ausgabe von Ausgangsdaten, wie eben Fehlermeldungen, Druckwerten, Indikatordiagramm oder dergleichen vorgesehen sein. Während in äußerst bevorzugter Ausgestaltung der Drucksensor im Dosierraum angeordnet ist, können weitere Ausgestaltungen vorsehen, dass ein Drucksensor in einer Zuleitung zum Dosierraum und/oder ein Drucksensor in einer Ausgangsleitung vom Dosierraum angeordnet ist.
Im Rahmen der Erfindung vergleicht die Vergleichseinrichtung stetig in kritischen Phasen des Druck- und Saughubs den momentanen Druckverlauf (IST-Wert) mit dem eines fehlerfreien Druckverlaufs (SOLL-Wert) und erkennt so je nach Größe der Abweichung, ob der daraus folgende Dosierfehler noch tolerierbar ist oder nicht und gibt gegebenenfalls ein entsprechendes Signal für die gewünschten Konsequenzen. Auf diese Weisen können die zahlreichen in der Praxis vorkommenden Fehlerursachen erkannt und detektiert werden, wie Kavitation, Luftblasen, Leckagen sowie Störungen auf der Druck- und Saugseite. Außerdem können Dosierfehler in Folge von Druckschwankungen auf der Druckseite durch Anpassung der Drehzahl auf einfache Weise ausgeglichen werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt: Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines von einer Pumpe geförderten Fluids mit einem im Dosierraum angeordneten Druck- sensor;
Fig. 2a - 2f weitere Anordnungen von einzelnen oder kombinierten Drucksensoren;
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Korrektur des Volumenstromes;
Fig. 4 ein eine Kavitation im Dosierraum anzeigendes Diagramm (durchgezogene Linie) gegen den normalen Druckverlauf (gestrichelte
Linie) ;
Fig. 5 den Druckverlauf über den Hub bei Luft oder
Gas im Förderraum;
Fig. 6 den Druckverlauf bei Leckage im stromabseitigen Druckventil;
Fig. 7 den Druckverlauf bei abfließender Leckage im Saugventil und/oder zum Außenraum; und
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm zum Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Die in der Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Überwachung eines durch eine Pumpe geförderten Fluids weist eine Pumpe 2 mit einem Dosierraum 3 auf. Die Pumpe 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Membranpumpe ausgebildet und weist deswegen eine Membran 4 auf. Die Membran 4 wird von einem Motor 5 über dessen Abtriebswelle angetrieben und bewegt. In einem Einlass 7 zum Dosierraum 3 ist ein Saugventil 8 in einem Auslass 9 vom Dosierraum 3 ein Druckventil angeordnet.
Dem Motor 5 ist eine Motorsteuerung 11 zugeordnet, mittels dessen einerseits der Motorbetrieb gesteuert wird und die andererseits bei einem drehzahl-geregelten Motor, wie auch einem Schrittmotor, eine Motorposition an einen Rechner 12 (PC, Mikrocontroller) meldet, wodurch ein Fahrdiagramm des Kolbens mit bekannter Kolbenposition bzw. -geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt gegeben ist, die Steuerung also zu jedem Zeitpunkt "weiß", wo der Kolben sich befindet. Im Dosierraum ist ein Drucksensor 13 angeordnet, der insbesondere als Druck-Spannungs-Wandler ausgebildet ist und dessen Ausgangssignal über eine Leitung 14 ebenfalls dem Rechner 12 zugeführt wird. Der Rechner 12 ist als Vergleichseinrichtung zum Vergleich vom Drucksensor 13 gemessener IST-Werte des Drucks mit aus der Motorposition der Motorsteuerung 11 im Rahmen eines SOLL-Druckes einer Kolbenposition vorhandenen Indikatordiagramms (Fig. 4-7) der Pumpe bestimmter SOLL-Werte des Drucks und zur Bewirkung einer Aktion in dem Falle, dass beide nicht übereinstimmen, ausgebildet. Diese Aktion kann beispielsweise in einer Drehzahlanpassung über die Steuerleitung 15 zur Motorsteuerung 11 bestehen, um so - die Motordrehzahl anzupassen. Dem Rechner 12 sind weiterhin Eingabeeinheiten 16 sowie Ausgabeeinheiten 17 zugeordnet. Über die Eingabeeinheiten, wie eine Tastatur, Massenspeicher etc. können Eingabedaten, wie Volumenstromeinstellung, • Auswertestrategie, maximal zulässiger Druck oder dergleichen dem Rechner 12 vorgegeben werden. Über die Ausgabeeinheiten, wie Bildschirm, Drucker, Lautsprecher, Sirene, optische Bahnanzeige können Ausgangsdaten, wie Fehlermeldungen, Druckwerte, Indikatordiagramme oder dergleichen ausge- geben werden. Die Fig. 2a bis 2f zeigen weitere Ausgestaltungen der An¬ ordnung von Drucksensoren zur Druckerfassung. So ist bei der Ausgestaltung der Fig. 2a ein Drucksensor 13a in der Saugleitung 18, bei der Ausgestaltung der Fig. 2b ein
Drucksensor 13b in der Druckleitung 19 angeordnet und bei den Ausgestaltungen der Fig. 2c bis 2f sind Kombinationen dieser Drucksensoren 13, 13a, 13b vorgesehen.
So kann mittels eines Drucksensors 13a auf der Saugseite der verspätete Beginn einer Saugphase einfach und präzise erkannt werden, während mittels eines Drucksensors 13b auf der Druckseite ein vorzeitiger Druckabbau am Ende eines Druckhubes sowie auch ein Nichterreichen des (ausgangssei- tigen) Systemdruckes einfach und präzise erkannt werden kann, wobei insbesondere in Kombination mit einem im Dosierraum vorgesehenen Drucksensor 13 die Fehlererkennung verbessert werden kann.
Die Fig. 3 zeigt den Abfall des Volumenstromes von Qi auf Q2 bei konstanter Drehzahl ni = n2 und Systemdruckerhöhung von pi nach p2. Dieser Abfall des Volumenstromes wird vom Rechner 12 über die Motorsteuerung 11 durch eine Erhöhung auf die Drehzahl n2* > ni so kompensiert, dass der Volumen- ström Q2* = Qi gleichgehalten wird.
Die Fig. 4 bis 7 zeigen Indikatordiagramme (Druckverlauf- Diagramme des Drucks über den Hub) , wobei die Hub-Position mit Druck 0 die Position maximaler Größe des Dosierraums ist, bei dem die Membran in der Fig. 1 also durch den Motor weitestgehend nach links gezogen ist, während der Hubwert 100 % die weitestgehend rechte Position der Membran und damit weitestgehende Verkleinerung des Dosierraums bezeichnet, an der dann der Saughub einsetzt. Die Fig. 4 zeigt, ebenso wie die Fig. 5 bis 7 gestrichelt den normalen Druckverlauf im Dosierraum ohne Auftreten jeglichen Fehlers, also ein übliches Indikatordiagramm. Mit einer durchgezeichneten kontinuierlichen Linie ist in der Fig. 4 der Druckverlauf bei Auftreten von Kavitation, also der Bildung von Dampfblasen bei niedrigem Druck, während des Saughubs im flüssigen Fördermedium dargestellt. Der Relativdruck beim Saughub ist negativ und liegt unter dem Druck im störungsfreien Fall. Weiter erfolgt der Druckaufbau gegenüber dem normalen Verlauf wesentlich verzögert, bleibt also in der Anfangsphase des Druckhubs geringer als bei normalem Verlauf. Zu Beginn des Druckhubs verharrt also der IST-Wert des Drucks im Unterdruckbereich, so dass der- art ein Dosierfehler infolge Kavitation festgestellt werden kann.
In der Fig. 5 ist mit durchgezogner Linie der Druckverlauf bei Auftreten von Luft bzw. Gas (ohne Kavitation) darge- stellt. Erkennbar ist, dass zwar im Gegensatz zur Kavitation der Druckanstieg sogleich mit Beginn des Druckhubes erfolgt, aber im Anfangsbereich des Druckhubes wesentlich flacher verläuft als bei normalem Verlauf. Das Auftreten von Luft oder Gas kann also insbesondere durch die Bestim- mung des IST-Gradienten des Druckverlaufs gegenüber dem SOLL-Gradienten festgestellt werden, wodurch eine Unterscheidung gegenüber einer Kavitation feststellbar ist, da bei dieser der Gradient im wesentlichen der gleiche ist wie bei normalem Druckverlauf .
Die Fig. 6 zeigt ebenfalls in durchgezogener Linie den Druckverlauf bei Leckagen im Druckventil, wobei also das Druckventil nicht vollständig schließt, so dass bei Beginn des Saughubs der Druckabfall wesentlich langsamer als bei normalem Verlauf ist, da Flüssigkeit durch das Druckventil zurückfließen kann. Darüber hinaus erfolgt der Druckanstieg zu Beginn des Druckhubes schneller bzw. früher als üblich.
Die Fig. 7 zeigt mit durchgehend kontinuierlicher Linie das Diagramm für eine abfließende Leckage im Saugventil und/ oder zum Außenraum. Hier erfolgt durch das Leck nicht nur ein langsamer Druckanstieg, sondern der Druck kann insge¬ samt niedriger sein als bei Normalverlauf. Darüber hinaus erfolgt ein vorzeitiger Druckabfall am Ende des Druckshubs.
Der Ablauf einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mit dem Diagramm der Fig. 8 dargestellt. Verharrt der Druck am Ende des Saughubs und zu Beginn des Druckhubs im Unterdruckbereich (Schritte A, B; Fig. 4) , so wird überprüft, ob die vorliegende Kavitation noch in einem zulässigen Bereich liegt und/oder der Systemdruck - in der weiteren Druckhub-Phase - dem vorgegebenen Druck entspricht (Schritte C, D) . Wenn dies nicht der Fall ist, so wird ein Fehlersignal hinsichtlich eines einer Kavitation und/oder eines Systemdruckes angebenden Fehlhubs angegeben (Schritt E) .
Wurde keine Kavitation festgestellt, so wird ein Druckventil-Test durchgeführt, also geprüft, ob Druckabfall zu Be- ginn des Saughubs zu langsam und Druckaufbau zu Beginn des Druckhubs zu schnell erfolgt. Weiterhin erfolgt ebenfalls ein Systemdruck-Test durch Überprüfung der Drücke während des Verlaufs von Druck- und gegebenenfalls Saughub (Schritt F; Fig. 6). Ergeben sich Fehler (Schritt G), so erfolgt ebenfalls eine Fehlermeldung hinsichtlich des fehlerhaften Druckventils (Schritt H) . Ergeben sich keine Fehler, so erfolgt im weiteren (Schritt I) eine Überprüfung auf störende Gasblasen im Dosierraum entsprechend der Fig. 5, also dahingehend, ob der Gradient beim Druckaufbau (und beim Druckabfall) wesentlich flacher ist als der bei Normalbe- trieb. Ist dies der Fall (Abfrage J) so erfolgt eine entsprechende Fehlermeldung (K) .
Wenn keine unzulässige Kavitation, weder fehlerhaftes Druckventil, noch Gasblasen sowie ordnungsgemäßer Systemdruck festgestellt wurden, so erfolgt im weiteren (Schritt L) ein Test auf abfließende Leckage im Saugventil und/oder zum Außenraum entsprechend der Fig. 7, also dahingehend, ob der aufgebaute Druck zu gering ist, der Druckabfall schon am Ende der Druckphase eintritt und/oder ein geringerer Druckgradient in der Kompressionsphase auftritt.
Ist auch dies in Ordnung (Abfrage M) , so sind keine Maßnahmen erforderlich (Block N) , andernfalls erfolgt eine Lecka- ge-Meldung (P) .
Bezugs zeichenliste
1 Vorrichtung
2 Pumpe
3 Dosierraum
4 Membran
5 Motor
6 Abtriebswelle
7 Einlass
8 Saugventil
9 Auslass
10 Druckventil
11 MotorSteuerung
12 Vergleichseinrichtung
13, 13a, 13b Drucksensor
14 Leitung
15 Steuerleitung
16 Eingabeeinheit
17 Ausgabeeinheit
18 Saugleitung
19 Druckleitung
20 Rückmeldung der Motorposition

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines mittels einer Pumpe geförderten Fluidstromes, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Fluids zumindest in Teilbereichen des Hubs der Pumpe kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich als IST-Werte gemessen und mit SOLL-Werten verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die IST-Werte des Druckes Positionen des Kolbens bzw. der Membran der Pumpe zugeordnet und mit den gleichen Positionen entsprechenden SOLL-Werten verglichen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die SOLL-Werte des Drucks zu jedem gemessenen Zeitpunkt aus dem Fahrdiagramm eines die Pumpe antreibenden Motors ermittelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor drehzahlgesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Druck in einem Dosier-
■ räum der Pumpe gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in einer Sauglei- tung der Pumpe gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in einer Druckleitung der Pumpe gemessen wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Veränderung des Gegendruckes die Antriebsdrehzahl der Pumpe angepasst wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung des IST-Wertes vom Druck des SOLL-Werts eine Fehlermeldung abgegeben wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf zum Ende des Saughubs überwacht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verharren des IST-Werts des Druckes im ünter- drύckbereich eine Kavitation erkannt wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf zu Beginn des Druckhubs überwacht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verharren des IST-Werts des Druckes im Unter- druckbereich ein Kavitations-Fehler gemeldet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgradient bei einem geringeren IST-Druck- gradienten als SOLL-Druckgradienten eine Luft/Gas im Dosierraum anzeigende Meldung ausgegeben wird.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf im Bereich der Tot-Punkte der Pumpe überwacht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei schnellerem Druckanstieg zu Beginn des Druckhubes und/oder langsamen Druckabbau zum Beginn des Saughubes eines Leckage in einem im stromab des Dosier- köpfes angeordneten Druckventil gemeldet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem frühzeitigen Druckabfall am Ende des Druckhubes und/oder einer flachen Kompressionslinie (Druckaufbau zu Beginn des Druckhubes) einer abfließender Leckage des im Zufluss des Dosierkopfes angeordneten Saugventil und/oder Leckage zum Außenraum gemeldet wird.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck während des Druckhubes überwacht wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei den den SOLL-Wert des Druckes übersteigenden IST-Werten eine Fehlermeldung ausgegeben wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei den SOLL-Wert des Drucks unterschreitenden IST-Werten eine eine Leckage in der Druckleitung anzeigende Leckage-Meldung ausgegeben wird.
21. Vorrichtung zur Überwachung eines mittels einer Pumpe geförderten Fluidstromes, gekennzeichnet durch min- destens einen Drucksensor (13, 13a, 13b) zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Messung des Druckes des Fluids zumindest in Teilbereichen des Hubs der Pumpe (2) und durch eine Vergleichseinrichtung (12) zum Vergleich der gemessenen IST-Werte des Drucks mit SOLL-Werten.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (12) zum Vergleich der gemessenen IST-Werte des Drucks mit SOLL-Werten in Abhängigkeit von der Position des Kolbens (6) bzw. der Membran (4) der Pumpe.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch einen die Pumpe (2) antreibenden drehzahlgeregel- ten Motor (5) .
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (12) in einem Rechner (PC, Mikrocontroller) ausgebildet ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (12) auch gegebenenfalls zur Ansteuerung einer Motorsteuerung (11) für einen Motor (5) der Pumpe (2) ausgebildet ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, gekenn¬ zeichnet durch mindestens eine Eingabeeinheit (16) zur Eingabe von ein Eingabedaten.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, gekennzeichnet durch mindestens eine Ausgabeeinheit (17) zur Ausgabe von Ausgangsdaten.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drucksensor (13) im Dosierraum angeordnet ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drucksensor (13c) in einer Saugleitung angeordnet ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drucksensor (13b) in einer Druckleitung angeordnet ist.
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