WO2022238034A1 - Pump for conveying a medium and method for monitoring - Google Patents

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WO2022238034A1
WO2022238034A1 PCT/EP2022/057405 EP2022057405W WO2022238034A1 WO 2022238034 A1 WO2022238034 A1 WO 2022238034A1 EP 2022057405 W EP2022057405 W EP 2022057405W WO 2022238034 A1 WO2022238034 A1 WO 2022238034A1
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WO
WIPO (PCT)
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shaft
angle
rotation
pump
connection
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/057405
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German (de)
French (fr)
Inventor
Sascha Plazar
Johannes Schulz
Original Assignee
Seepex Gmbh
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Publication date
Application filed by Seepex Gmbh filed Critical Seepex Gmbh
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/107Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
    • F04C2/1071Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
    • F04C2/1073Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type where one member is stationary while the other member rotates and orbits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/28Safety arrangements; Monitoring

Definitions

  • the invention relates to a pump for conveying a (fluid) medium, in particular a liquid or a solid-liquid mixture or a liquid-gas mixture, with at least one drive, a first shaft and a second shaft driven in rotation by the first shaft, which is connected to a pump element or is part of a pump element, the first shaft being connected to the second shaft by means of at least one connection (or coupling), wherein during operation the first shaft rotates at a first angle of rotation and the second shaft rotates at a second angle of rotation, each based on a common zero angle rotate.
  • a connection or coupling
  • the pump is preferably a displacement pump, in particular an eccentric screw pump, which has at least one stator (eg made of an elastic material) and a rotor rotating in the stator as the pump element.
  • the rotor z. B. be connected to the drive via at least one coupling rod, which is also referred to as a cardan shaft, ie a drive shaft or a connecting shaft connected to the drive, which forms the first shaft, is connected to the rotor in an articulated manner via the coupling rod or a comparable element , so that the second shaft is part of this rotor, e.g. B. as a rotor head.
  • the coupling rod is consequently connected to a first (drive-side) joint with the first shaft (second connecting shaft/drive shaft) and a second (rotor-side) joint to the second shaft, e.g. B. connected to the rotor head of the rotor.
  • the coupling rod enables eccentric 2 Irish movement of the rotor or the rotor head of such an eccentric screw pump.
  • the pump has a z. B. on the suction side of the stator is closed pump housing, z. B. suction housing, which usually has a housing opening, z. B. has an inlet opening for the medium to be pumped. Furthermore, the pump has a z. B. pump housing connected on the pressure side, e.g. B.
  • Such an eccentric screw pump is a pump from the group of rotating displacement pumps that are used to convey a wide variety of media and in particular high-viscosity liquid speeds in different industrial sectors.
  • the media to be funded can e.g. B. also contain solids.
  • the pump may be another type of positive displacement rotating shaft(s) pump.
  • Eccentric screw pumps of the type described are z. B. known from DE 102014 112 552 A1, DE 10 2010 037 440 A1, WO 2009/024279 A1 or DE 102018 113347 A1.
  • DE 10 2018 113 347 A1 describes a method for determining or monitoring the status of an eccentric screw pump, in which the time profile of an operating parameter of the pump is made available, which periodically pulsates at the pump frequency or a multiple of the pump frequency and its pulsation amplitude depends on the condition of the progressing cavity pump.
  • the pulsation amplitude of the pressure pulsation is determined and the state of the eccentric screw pump, in particular of the stator, is determined by comparison with one or more comparative values.
  • the invention has for its object to provide a pump with simple means reliable monitoring of the condition, z. B. the wear condition of connections within the rotating unit.
  • a reliable monitoring of the wear of articulated joints within the rotating unit of an eccentric screw pump should preferably be made possible.
  • the invention teaches that a monitoring device is provided or the pump is equipped with a monitoring device for a generic pump of the type described above, which is set up to monitor the state of the connection by detecting a phase shift occurring in the connection is determined between the first angle of rotation and the second angle of rotation.
  • a monitoring device for a generic pump of the type described above, which is set up to monitor the state of the connection by detecting a phase shift occurring in the connection is determined between the first angle of rotation and the second angle of rotation.
  • the connection to be monitored may be a separable (i.e. dismountable) and/or articulated connection, e.g. B. a joint or a separable connection on the rotor head.
  • This also includes pluggable and/or bendable or flexible connections, e.g. B. the connection via a stub shaft or a flexible coupling rod.
  • the first shaft is preferably a centrically or circularly rotating shaft that rotates about a fixed axis.
  • the second shaft can likewise be such a centrally rotating shaft. However, the second shaft can also rotate eccentrically with respect to the first shaft.
  • the invention is particularly preferably implemented in an eccentric screw pump in which a rotating rotor is provided as the pump element, which rotates inside a stator (eg made of elastic material).
  • a coupling rod can be provided within the rotating unit, which is arranged between the first shaft (e.g. connecting shaft or drive shaft) and the rotor or rotor head (as the second shaft), the coupling rod controlling the eccentricity between the first 5
  • Wave and the second shaft (z. B. rotor head) ensures or allows and the coupling rod z. B. with a first (drive-side) joint with the first shaft (z. B. connecting shaft / drive shaft) and with a second (rotor-side) joint with the second shaft (z. B. the rotor head) is connected ver.
  • the monitoring device is set up to monitor the condition (e.g. state of wear) of the first joint and/or the second joint by a (e.g. due to wear) occurring in one joint or in both joints Phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined.
  • the invention is based on the knowledge that the connections or couplings within the rotating unit, z. B. the joints, are subject to wear or damage and that such wear or damage can be detected by monitoring or analyzing a phase shift between the first shaft (e.g. drive shaft) and the second shaft (e.g. the rotor head) can be determined. Because damage or wear within a joint can lead to the rotor "running after" in relation to the drive shaft, i. H. due to the torque acting on the rotor, there is wear dependent on the direction of rotation, which leads to a phase shift between the rotation of the drive shaft and the rotor. This phase shift can be determined and monitored according to the invention.
  • a bolt joint has on the one hand an insertion receptacle and on the other hand one in the insertion receptacle 6 engaging pins and a connecting pin fixing the pin in the insertion receptacle.
  • the joint bolts can work their way through the rotor head or the plug-in socket/coupling rod bushing due to wear, or they can be worn down themselves.
  • the rotor When the bolt is worked into the coupling rod or the rotor head, or if the bolt wears heavily, the rotor “runs after” in relation to the drive shaft, as already mentioned, and thus to the phase shift observed according to the invention.
  • the status of the rotating unit and in particular the status of the connections e.g. B. joints close.
  • Predictions can preferably be made so that timely maintenance or repairs can be carried out. In this way, maintenance work can be excellently planned and optimized and, in particular, measures can be taken in good time to avoid damage.
  • joint wear can be easily determined/monitored and optionally also predicted without dismantling the pump or the relevant components.
  • the monitoring device for monitoring the state of the pump has one or more sensors that generate one or more signals that depend on the first angle of rotation and/or the second angle of rotation and/or the phase shift.
  • the monitoring device can have an evaluation unit with which, in particular, the signals from the sensors are processed and evaluated.
  • the sensors can be z. B. be position sensors. Such position sensors are z. B. inductive, capacitive, magnetic or optical sensors. In this preferred embodiment, the phase shift is thus measured directly via the sensors. So there is z. B. the possibility of providing a first sensor in the area of the first shaft (e.g. drive shaft/stub shaft) and a second sensor in the area of the second shaft (e.g.
  • the time interval at which a defined measuring point is detected on both sensors per revolution is provided as the starting point/zero angle when the pump is new or when it is commissioned.
  • Wear increases or decreases the time interval between the two detection times at the same speed. If the time difference of the detections is related to the length of a period (revolution), the phase shift between the two signals can be calculated directly. This phase shift serves as a measure of the wear of the joint or joints.
  • the determination of a phase shift between two angles of rotation does not necessarily mean an absolute determination of a value for the phase shift, but it may be sufficient to determine the time intervals and evaluate them directly.
  • the time intervals or time differences represent the phase shift, so that the respective status of the connection can be inferred from the time differences.
  • a further (third) sensor can be provided, e.g. B. in the area of the coupling rod, so that on the one hand a first phase shift between the drive shaft and the coupling rod and on the other hand a second phase shift between the coupling rod and the 9
  • Rotor can be determined. In this way, the wear of the two joints can be determined/monitored selectively and separately.
  • two detection points e.g. B. two sensors are sufficient.
  • N connections e.g. couplings or joints
  • N+1 detection points e.g. B. sensors are used.
  • a single sensor can also be sufficient for monitoring a connection between the first and second shaft, which is arranged directly in the area of the connection and measures a variable from which the phase shift can be determined.
  • the invention is preferably implemented in the embodiment described with a coupling rod which is connected on both sides with joints to the drive shaft/stub shaft on the one hand and the rotor on the other.
  • the invention can be realized in the same way with progressive cavity pumps, in which work is only carried out with a single joint or with non-articulated connections, e.g. B. in eccentric screw pumps with a flexible shaft or flexible components within the rotating unit.
  • the principle according to the invention can also be used in the area of the drive of the eccentric screw pump, e.g. B. realize in the connection between a drive shaft and a stub shaft.
  • the (electric) drive of an eccentric screw pump can be equipped with an integrated drive shaft, which is connected via a connection to another shaft, which is referred to as a connecting shaft or as a stub shaft.
  • the stub shaft can optionally turn with a 10
  • Coupling rod or other element to compensate for the eccentricity of the rotor may be connected. In the event of wear or damage, a phase shift can also occur between the drive shaft and stub shaft.
  • B. sensors are arranged in the area of the drive shaft and/or the stub shaft.
  • the monitoring device can be provided or connected to an evaluation unit which, for. B. processes and evaluates the signals from the sensors.
  • a threshold value for the phase shift can be stored in the evaluation unit, so that z. B. a message is generated during operation when the threshold value is reached or exceeded, e.g. B. an optical and / or acoustic alarm signal.
  • the evaluation unit can also be set up to analyze the phase shift (ie the difference in the angles of rotation) taking into account the rotational speed of the first shaft and/or the second shaft.
  • the phase shift is speed-dependent or behaves differently at different speeds of the rotor.
  • it can be expedient to take the speed into account when evaluating the phase shift. This is usually possible without further ado, since the rotational speed can be recorded in any case via the measuring devices provided and is usually included in the determination of the phase shift anyway, in that the time difference of the respective signals is set in relation to the length of the period (rotation), to determine the phase shift between the signals.
  • the phase shift as a function of this speed can then also be considered during the evaluation.
  • the speed is determined by the time difference between the signals.
  • This possibility is of particular interest when a joint or a coupling rod made of a material other than metal, e.g. B. is used from an elastomer, ie in materials that are elastically deformable, since then the angle of rotation could change with the speed or the pressure.
  • It is then expedient to also record and take into account the torque because in the case of elastically deformable components, the torque would usually be responsible for the phase shift, so that the torque can be used to compensate for the corresponding deformations in the evaluation.
  • the axial force can also be relevant, which influences how strongly a part can work its way into a material not only in the radial direction but also in the axial direction. In such a case, it could be due to changing printing conditions 12
  • the direction of the axial force reverses on the suction and pressure sides, i. H. the rotor is pushed or pulled in the opposite direction and the phase angle returns to its original position.
  • there may be incorporation or wear in the other direction so that the evaluation of the axial force can optionally be advantageous.
  • the preferred option of determining the phase shift as a function of a rotational speed and/or a pressure can be implemented not only with joints, but also with connections of a different type.
  • the invention enables a simple and proper monitoring of the condition of connections within the rotating unit of a pump, z. B. the condition of the joints of a progressive cavity pump. Above all, this allows the onset of wear to be detected in good time, e.g. B. in pin joints in which the pin is incorporated into the other joint part or is itself subject to wear.
  • the detection can be implemented with inexpensive standard sensors.
  • the signals can be evaluated via existing industrial circuits.
  • the speed of the pump can be determined from the signals. This means that no additional sensors are required if the phase shift and the speed are monitored at the same time.
  • the monitoring device or the evaluation unit is particularly preferably designed in such a way that not only current status data, e.g. B. a certain wear or damage can be detected, but it is also possible in particular to make predictions about the condition of the pump or a connection and/or predictions about the timing of maintenance measures.
  • the evaluation unit is therefore with a 13
  • Algorithm equipped with which predictions about the maintenance requirement can be made from the continuously determined data can be provided on the pump, with which certain states are displayed acoustically and/or optically.
  • the monitoring device is particularly preferably equipped with an interface for data transmission or data query or an interface so that data and/or predictions can be made available, e.g. B. via computer and/or end devices (e.g. smartphone, tablet or the like).
  • end devices e.g. smartphone, tablet or the like.
  • information can also be obtained at greater distances from the pump, e.g. B. receiving end devices and, if necessary, visualizing them. So can z.
  • maintenance technicians can quickly and easily transmit current information on the condition of individual pumps or individual components and plan maintenance work.
  • condition monitoring as well as predictive maintenance can consequently be implemented. Production and pump data can be collected centrally and, if necessary, accessed via any end device. In this way, production can be easily monitored and systematically optimized.
  • the monitoring device and the evaluation unit can be part of the pump or can be arranged directly on the pump. Alternatively, the monitoring device or parts of the monitoring device and/or the evaluation unit can also be spatially separated from the pump and z. B. in a (central) controller or a (central) computer. In particular, there is the possibility that only the necessary data is recorded in the monitoring device of the pump and, if necessary, temporarily stored.
  • the data can be sent via the interface mentioned, e.g. B. be transmitted wirelessly or wired to a computer and / or a terminal, so that the algorithm mentioned for evaluating z. B. can work on a computer and / or a terminal.
  • the subject matter of the invention is not only the pump described, but also a method for monitoring the operation and wear of such a pump.
  • the first shaft rotates at a first angle of rotation and the second shaft rotates at the second angle of rotation, each based on a common zero angle.
  • the state of the connection or connections is/are monitored by determining or monitoring a phase shift occurring in the connection between the first angle of rotation and the second angle of rotation.
  • the measures described in connection with the pump are protected individually and in combination. 15
  • FIG. 1 shows an eccentric screw pump with a monitoring device for monitoring the condition, for example the wear condition, in a simplified side view
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1 in the area of a joint
  • Fig. 3A, 3B each a cross section in the region of the joint in under different states of wear and
  • FIG. 5 shows a view from FIG. 1 in the area of the drive shaft.
  • the pump 1 shows an eccentric screw pump which has a stator 1 made of an elastic material and a rotor 2 rotating in the stator 1 , the stator 1 being surrounded by a stator casing 3 .
  • the pump also has a suction housing 4 and a connecting piece 5 , which is also referred to as a pressure piece 5 .
  • the pump also has a pump drive 6 which works on the rotor 2 via a coupling rod 7 .
  • the coupling rod 7 is connected to the drive shaft via a coupling joint 8 on the drive side and to the rotor 2 or the rotor head via a coupling joint 9 on the rotor side.
  • the coupling joints 8, 9 are each designed as bolt joints, each of which has an insertion receptacle 10 16 and on the other hand a pin 11 engaging in the insertion receptacle 10 and a connec- tion bolt 12 fixing the pin 11 in the insertion receptacle 10 (see FIG. 2).
  • a drive shaft or connecting shaft 18 driven by the drive forms a first shaft W1 and the rotor 2 or rotor head forms a second shaft W2, the first shaft W1 being connected via the connecting joints 8, 9 as connections V to the second shaft W2.
  • the first shaft W1 (drive shaft) rotates at a first angle of rotation
  • the second shaft W2 (rotor head) rotates at a second angle of rotation, each based on a common zero angle.
  • the phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation is zero or such a phase shift can be defined as a zero angle.
  • a monitoring device 13 provided according to the invention, a z. B. is determined and monitored by wear Occurring phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation.
  • the two sensors 15, 16, which are only indicated, can be provided in the exemplary embodiment shown, namely on the one hand in the area of the first shaft W1 and on the other hand in the area of the second shaft W2.
  • these sensors 15, 16 z. B. can be designed as distance sensors, the phase shift can be determined directly.
  • FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4A and 4B 3A and 4A each show a new state and FIGS. 3B and 4B each show a state of wear of a connection V according to the invention, e.g. B. a pin joint 8, 9.
  • the two sensors 15, 16 each generate switching signals which, according to FIG. 4A, have only a very short time interval D T1 .
  • This time interval D T1 can be the starting point of the monitoring 17
  • Form new condition, d. H. such a phase shift can be stored in an evaluation unit 14 as a reference value or comparison value.
  • FIG. 4B shows the course of the signals with increasing wear, in that the time interval D T2 between the two detections increases.
  • the phase shift between the two signals can be determined, so that the phase shift can be used as a measure of the wear on the joint.
  • This monitoring is carried out with the monitoring device 13, which includes in particular the sensors 15, 16 and the evaluation unit 14.
  • Fig. 5 in a detail from Fig. 1 that with such an eccentric screw pump integrated into the drive 6 drive shaft 17 does not have to be directly connected to the drive-side coupling joint 8, but in this embodiment the Drive 6 integrated drive shaft 17 connected to a connecting shaft 18, which is also referred to as a stub shaft or is designed as a stub shaft in this embodiment.
  • this stub shaft 18 is connected as the first shaft W1 via the coupling joints 8, 9 and the coupling rod 7 to the rotor 2 or rotor head as the second shaft W2.
  • Fig. 1 and 5 are also an example of a connection housing 19 and a shaft seal device 20, z. B. Mechanical seal in the area between the drive 6 and housing 4 indicated.
  • the drive shaft 17 would be the first shaft and the 18
  • Plug-in shaft 18 the second shaft so that the condition of the connection between these two shafts can be monitored. Details are not shown in the figures.

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Abstract

The invention relates to a pump for conveying a medium, more particularly a liquid or a solid-liquid mixture, comprising at least one drive (6), a first shaft (W1) and a second shaft (W2), which is rotationally driven by the first shaft (W1) and is connected to a pump element (2) or is part of a pump element, wherein the first shaft (W1) is connected to the second shaft (W2) by means of at least one connection (V), and wherein during operation the first shaft (W1) rotates with a first angle of rotation and the second shaft (W2) rotates with a second angle of rotation, each in relation to a common zero angle. The invention is characterized by a monitoring device (13), which is designed to monitor the state of the connection (V) by determining a phase shift, occurring at the connection (V), between the first angle of rotation and the second angle of rotation.

Description

1 1
Pumpe zum Fördern eines Mediums und Verfahren zur Überwachung Pump for conveying a medium and monitoring method
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern eines (fluiden) Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches oder eines Flüssigkeits-Gas-Gemisches, mit zumindest einem Antrieb, einer ersten Welle und einer von der ersten Welle rotierend angetriebenen zweiten Welle, die mit einem Pumpenelement verbunden ist oder Teil eines Pumpen elementes ist, wobei die erste Welle mittels zumindest einer Verbindung (bzw. Kupplung) mit der zweiten Welle verbunden ist, wobei während des Betriebes die erste Welle mit einem ersten Drehwinkel und die zweite Welle mit einem zweiten Drehwinkel, jeweils bezogen auf einen gemeinsamen Nullwinkel, rotieren. The invention relates to a pump for conveying a (fluid) medium, in particular a liquid or a solid-liquid mixture or a liquid-gas mixture, with at least one drive, a first shaft and a second shaft driven in rotation by the first shaft, which is connected to a pump element or is part of a pump element, the first shaft being connected to the second shaft by means of at least one connection (or coupling), wherein during operation the first shaft rotates at a first angle of rotation and the second shaft rotates at a second angle of rotation, each based on a common zero angle rotate.
Bevorzugt handelt es sich bei der Pumpe um eine Verdrängerpumpe, insbe sondere eine Exzenterschneckenpumpe, die zumindest einen Stator (z. B. aus einem elastischen Material) und einen in dem Stator rotierenden Rotor als Pumpenelement aufweist. Bei einer solchen Exzenterschneckenpumpe kann der Rotor z. B. über zumindest eine Kuppelstange, die auch als Gelenkwelle bezeichnet wird, mit dem Antrieb verbunden sein, d. h. eine Antriebswelle oder eine mit dem Antrieb verbundene Verbindungswelle, welche die erste Welle bildet, ist über die Kuppelstange oder ein vergleichbares Element gelenkig mit dem Rotor verbunden, so dass die zweite Welle Teil dieses Rotors ist, z. B. als Rotorkopf. Die Kuppelstange ist folglich mit einem ersten (antriebsseitigen) Gelenk mit der ersten Welle (zweite Verbindungswelle/Antriebswelle) und mit einem zweiten (rotorseitigen) Gelenk mit der zweiten Welle, z. B. mit dem Rotorkopf des Rotors, verbunden. Die Kuppelstange ermöglicht die exzen- 2 irische Bewegung des Rotors bzw. des Rotorkopfes einer solchen Exzenter schneckenpumpe. Die Pumpe weist ein z. B. saugseitig an den Stator ange schlossenes Pumpengehäuse, z. B. Sauggehäuse auf, welches in der Regel eine Gehäuseöffnung, z. B. eine Einlassöffnung, für das zu fördernde Medium aufweist. Ferner weist die Pumpe ein an den Stator z. B. druckseitig ange schlossenes Pumpengehäuse, z. B. einen Druckstutzen und/oder eine druck seitige Leitung auf. Bei einer solchen Exzenterschneckenpumpe handelt es sich um eine Pumpe aus der Gruppe der rotierenden Verdrängerpumpen, die zur Förderung unterschiedlichster Medien und insbesondere hochviskoser Flüssig keiten in unterschiedlichen Industriebereichen verwendet werden. Die zu fördernden Medien können dabei z. B. auch Feststoffanteile enthalten. Alter nativ zu einer Exzenterschneckenpumpe kann es sich bei der Pumpe um eine andere Art einer Verdrängerpumpe mit drehender Welle bzw. mit drehenden Wellen handeln. The pump is preferably a displacement pump, in particular an eccentric screw pump, which has at least one stator (eg made of an elastic material) and a rotor rotating in the stator as the pump element. In such an eccentric screw pump, the rotor z. B. be connected to the drive via at least one coupling rod, which is also referred to as a cardan shaft, ie a drive shaft or a connecting shaft connected to the drive, which forms the first shaft, is connected to the rotor in an articulated manner via the coupling rod or a comparable element , so that the second shaft is part of this rotor, e.g. B. as a rotor head. The coupling rod is consequently connected to a first (drive-side) joint with the first shaft (second connecting shaft/drive shaft) and a second (rotor-side) joint to the second shaft, e.g. B. connected to the rotor head of the rotor. The coupling rod enables eccentric 2 Irish movement of the rotor or the rotor head of such an eccentric screw pump. The pump has a z. B. on the suction side of the stator is closed pump housing, z. B. suction housing, which usually has a housing opening, z. B. has an inlet opening for the medium to be pumped. Furthermore, the pump has a z. B. pump housing connected on the pressure side, e.g. B. a pressure port and / or a pressure-side line. Such an eccentric screw pump is a pump from the group of rotating displacement pumps that are used to convey a wide variety of media and in particular high-viscosity liquid speeds in different industrial sectors. The media to be funded can e.g. B. also contain solids. As an alternative to a progressive cavity pump, the pump may be another type of positive displacement rotating shaft(s) pump.
Exzenterschneckenpumpen der beschriebenen Art sind z. B. aus der DE 102014 112 552 A1, DE 10 2010 037 440 A1, der WO 2009/024279 A1 oder der DE 102018 113347 A1 bekannt. Eccentric screw pumps of the type described are z. B. known from DE 102014 112 552 A1, DE 10 2010 037 440 A1, WO 2009/024279 A1 or DE 102018 113347 A1.
Grundsätzlich besteht das Bedürfnis, den Zustand und/oder den Betrieb von Pumpen, z. B. Exzenterschneckenpumpen, zu überwachen. Im Vordergrund stand dabei vor allem die Überwachung des Verschleißes des Stators, der aus elastischem Material einem Verschleiß unterliegt. Basically, there is a need to monitor the condition and/or operation of pumps, e.g. B. progressing cavity pumps to monitor. The main focus was on monitoring the wear of the stator, which is made of elastic material and is subject to wear.
In der DE 20 2005 008 989 U1 wird beispielsweise eine Exzenterschnecken pumpe, bei der dem Stator ein Messaufnehmer zugeordnet ist, mit dem Kompressionen und/oder Bewegungen des Stators bzw. des elastischen Materials im Zuge der Rotation des Rotors gemessen werden. 3 DE 20 2005 008 989 U1, for example, describes an eccentric screw pump in which a sensor is assigned to the stator, with which compressions and/or movements of the stator or of the elastic material are measured during the rotation of the rotor. 3
In der DE 10 2018 113 347 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung oder Über wachung des Zustandes eine Exzenterschneckenpumpe beschrieben, bei welchem der zeitliche Verlauf eines Betriebsparameters der Pumpe zur Verfügung gestellt wird, der periodisch mit der Pumpenfrequenz oder einem Vielfachen der Pumpenfrequenz pulsiert und dessen Pulsationsamplitude vom Zustand der Exzenterschneckenpumpe abhängt. Dabei wird insbesondere die Pulsationsamplitude der Druckpulsation ermittelt und durch Vergleich mit einem oder mehreren Vergleichswerten der Zustand der Exzenterschneckenpumpe, insbesondere des Stators, bestimmt. DE 10 2018 113 347 A1 describes a method for determining or monitoring the status of an eccentric screw pump, in which the time profile of an operating parameter of the pump is made available, which periodically pulsates at the pump frequency or a multiple of the pump frequency and its pulsation amplitude depends on the condition of the progressing cavity pump. In particular, the pulsation amplitude of the pressure pulsation is determined and the state of the eccentric screw pump, in particular of the stator, is determined by comparison with one or more comparative values.
Es besteht aber auch das Bedürfnis, den Verschleiß oder Schäden an anderen Komponenten einer Exzenterschneckenpumpe zu ermitteln bzw. zu über wachen. Dieses gilt unter anderem für die Verbindungen innerhalb der rotieren den Einheit, z. B. für die gelenkigen Verbindungen der Kuppelstange. - Hier setzt die Erfindung ein. However, there is also a need to determine or monitor wear or damage to other components of an eccentric screw pump. This applies, among other things, to the connections within the rotating unit, e.g. B. for the articulated connections of the coupling rod. - This is where the invention comes in.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Überwachung des Zustandes, z. B. des Verschleißzustandes von Verbindungen innerhalb der rotierenden Einheit ermöglicht. Bevorzugt soll eine zuverlässige Überwachung des Verschleißes von Gelenkverbindungen innerhalb der rotierenden Einheit einer Exzenter schneckenpumpe ermöglicht werden. The invention has for its object to provide a pump with simple means reliable monitoring of the condition, z. B. the wear condition of connections within the rotating unit. A reliable monitoring of the wear of articulated joints within the rotating unit of an eccentric screw pump should preferably be made possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Pumpe der eingangs beschriebenen Art, dass eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist bzw. die Pumpe mit einer Überwachungseinrichtung ausgerüstet ist, die dazu eingerichtet ist, den Zustand der Verbindung zu überwachen, indem eine in der Verbindung auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird. Bevorzugt ist die 4 To solve this problem, the invention teaches that a monitoring device is provided or the pump is equipped with a monitoring device for a generic pump of the type described above, which is set up to monitor the state of the connection by detecting a phase shift occurring in the connection is determined between the first angle of rotation and the second angle of rotation. Preferred is the 4
Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet, den Verschleißzustand der Verbin dung zwischen erster Welle und zweiter Welle zu überwachen, indem eine durch Verschleiß in der Verbindung auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, andere Schäden oder Mängel zu über wachen, die unabhängig von einem Verschleiß im Bereich der Verbindung vor handen sind oder auftreten. Bei der zu überwachenden Verbindung kann es sich um eine trennbare (d. h. zerlegbare) und/oder gelenkige Verbindung han deln, z. B. ein Gelenk oder eine trennbare Verbindung am Rotorkopf. Davon sind auch steckbare und/oder biegsame bzw. flexible Verbindungen umfasst, z. B. die Verbindung über eine Steckwelle oder über eine biegsame Kuppelstange. Bei der ersten Welle handelt es sich bevorzugt um eine zentrisch bzw. rund drehende Welle, die um eine feste Achse rotiert. Bei der zweiten Welle kann es sich ebenfalls um eine solche zentrisch drehende Welle handeln. Die zweite Welle kann jedoch gegenüber der ersten Welle auch exzentrisch rotieren. Monitoring device set up to monitor the state of wear of the connec tion between the first shaft and second shaft by a phase shift occurring in the connection due to wear between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined. Alternatively, however, there is also the possibility of monitoring other damage or defects that exist or occur independently of wear and tear in the area of the connection. The connection to be monitored may be a separable (i.e. dismountable) and/or articulated connection, e.g. B. a joint or a separable connection on the rotor head. This also includes pluggable and/or bendable or flexible connections, e.g. B. the connection via a stub shaft or a flexible coupling rod. The first shaft is preferably a centrically or circularly rotating shaft that rotates about a fixed axis. The second shaft can likewise be such a centrally rotating shaft. However, the second shaft can also rotate eccentrically with respect to the first shaft.
Bevorzugt lässt sich nicht nur der Verschleiß überwachen bzw. lassen sich nicht nur Schäden feststellen, sondern auch Vorhersagen im Sinne einer vorausschauenden Wartung („Condition Monitoring7„Predictive Maintenance“) treffen. Darauf wird im Folgenden noch eingegangen. Preferably, not only can wear and tear be monitored or damage detected, but predictions can also be made in the sense of predictive maintenance (“Condition Monitoring7“Predictive Maintenance”). This will be discussed further below.
Besonders bevorzugt wird die Erfindung bei einer Exzenterschneckenpumpe realisiert, bei der als Pumpenelement ein rotierender Rotor vorgesehen ist, der innerhalb eines Stators (z. B. aus elastischem Material) rotiert. Bei dieser Exzenterschneckenpumpe kann innerhalb der rotierenden Einheit eine Kuppel stange vorgesehen sein, die zwischen der ersten Welle (z. B. Verbindungswelle oder Antriebswelle) und dem Rotor bzw. Rotorkopf (als zweite Welle) angeordnet ist, wobei die Kuppelstange die Exzentrizität zwischen der ersten 5 The invention is particularly preferably implemented in an eccentric screw pump in which a rotating rotor is provided as the pump element, which rotates inside a stator (eg made of elastic material). In this progressing cavity pump, a coupling rod can be provided within the rotating unit, which is arranged between the first shaft (e.g. connecting shaft or drive shaft) and the rotor or rotor head (as the second shaft), the coupling rod controlling the eccentricity between the first 5
Welle und der zweiten Welle (z. B. Rotorkopf) gewährleistet bzw. ermöglicht und wobei die Kuppelstange z. B. mit einem ersten (antriebsseitigen) Gelenk mit der ersten Welle (z. B. Verbindungswelle/Antriebswelle) und mit einem zweiten (rotorseitigen) Gelenk mit der zweiten Welle (z. B. dem Rotorkopf) ver bunden ist. Bei einer solchen Ausführungsform ist die Überwachungs einrichtung dazu eingerichtet, den Zustand (z. B. Verschleißzustand) des ersten Gelenkes und/oder des zweiten Gelenkes zu überwachen, indem eine (z. B. durch Verschleiß) in einem Gelenk oder in beiden Gelenken auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Dreh winkel ermittelt wird. Wave and the second shaft (z. B. rotor head) ensures or allows and the coupling rod z. B. with a first (drive-side) joint with the first shaft (z. B. connecting shaft / drive shaft) and with a second (rotor-side) joint with the second shaft (z. B. the rotor head) is connected ver. In such an embodiment, the monitoring device is set up to monitor the condition (e.g. state of wear) of the first joint and/or the second joint by a (e.g. due to wear) occurring in one joint or in both joints Phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die Verbindungen bzw. Kupplungen innerhalb der rotierenden Einheit, z. B. die Gelenke, einem Ver schleiß unterliegen oder Schäden aufweisen können und dass sich ein solcher Verschleiß bzw. solche Schäden durch Überwachung bzw. Analyse einer Phasenverschiebung zwischen der ersten Welle (z. B. Antriebswelle) und der zweiten Welle (z. B. dem Rotorkopf) ermitteln lassen. Denn ein Schaden oder Verschleiß innerhalb eines Gelenkes kann zu einem „Nachlaufen“ des Rotors gegenüber der Antriebswelle führen, d. h. es tritt durch das auf den Rotor wirkende Drehmoment ein drehrichtungsabhängiger Verschleiß auf, der zu einer Phasenverschiebung zwischen Rotation der Antriebswelle und Rotor führt. Diese Phasenverschiebung kann erfindungsgemäß ermittelt und überwacht werden. The invention is based on the knowledge that the connections or couplings within the rotating unit, z. B. the joints, are subject to wear or damage and that such wear or damage can be detected by monitoring or analyzing a phase shift between the first shaft (e.g. drive shaft) and the second shaft (e.g. the rotor head) can be determined. Because damage or wear within a joint can lead to the rotor "running after" in relation to the drive shaft, i. H. due to the torque acting on the rotor, there is wear dependent on the direction of rotation, which leads to a phase shift between the rotation of the drive shaft and the rotor. This phase shift can be determined and monitored according to the invention.
Dieses gilt insbesondere für Ausführungsformen, bei denen ein Gelenk oder mehrere Gelenke eine freie Bewegung in mehreren Richtungen ermöglichen. Dabei kann es sich z. B. um Bolzengelenke, Kugelgelenke, Kardangelenke, Kreuzgelenke oder dergleichen handeln. Ein Bolzengelenk weist einerseits eine Einsteckaufnahme und andererseits einen in die Einsteckaufnahme 6 eingreifenden Zapfen sowie einen den Zapfen in der Einsteckaufnahme fixierenden Verbindungsbolzen aufweist. Denn während des Betriebes kann sich durch Verschleiß der Gelenkbolzen durch den Rotorkopf bzw. die Einsteckaufnahme/Kuppelstangenbuchse arbeiten oder selbst abgerieben werden. Bei Einarbeitung des Bolzens in die Kuppelstange oder den Rotorkopf oder bei starkem Bolzenverschleiß kommt es zu dem bereits erwähnten „Nachlaufen“ des Rotors gegenüber der Antriebswelle und damit zu der erfindungsgemäß beobachteten Phasenverschiebung. Durch Ermittlung bzw. Überwachung dieser Phasenverschiebung lässt sich folglich unmittelbar auf den Zustand der rotierenden Einheit und insbesondere den Zustand der Verbindungen, z. B. Gelenke, schließen. Damit können Wartungen/Reparaturen rechtzeitig ausgeführt und ein Gelenkversagen vermieden werden. Bevorzugt lassen sich Vorhersagen treffen, so dass eine rechtzeitige Wartung oder Reparatur erfolgen kann. So lassen sich Wartungsarbeiten hervorragend planen und optimieren und insbesondere rechtzeitige Maßnahmen ergreifen, um Schäden zu vermeiden. This is particularly true for embodiments where one or more joints allow free movement in multiple directions. It can be z. B. be pin joints, ball joints, cardan joints, universal joints or the like. A bolt joint has on the one hand an insertion receptacle and on the other hand one in the insertion receptacle 6 engaging pins and a connecting pin fixing the pin in the insertion receptacle. During operation, the joint bolts can work their way through the rotor head or the plug-in socket/coupling rod bushing due to wear, or they can be worn down themselves. When the bolt is worked into the coupling rod or the rotor head, or if the bolt wears heavily, the rotor “runs after” in relation to the drive shaft, as already mentioned, and thus to the phase shift observed according to the invention. By determining or monitoring this phase shift, the status of the rotating unit and in particular the status of the connections, e.g. B. joints close. This means that maintenance/repairs can be carried out in good time and joint failure can be avoided. Predictions can preferably be made so that timely maintenance or repairs can be carried out. In this way, maintenance work can be excellently planned and optimized and, in particular, measures can be taken in good time to avoid damage.
Die genannten Vorteile lassen sich nicht nur bei Exzenterschneckenpumpen mit Kuppelstange und mehreren (Bolzen-)Gelenken, sondern auch bei anderen Ausführungsformen von Exzenterschneckenpumpen erreiche, z. B. bei Ausführungsformen mit nur einem Gelenk oder bei Ausführungsformen mit einer biegsamen Kuppelstange ohne (zerlegbare) Gelenke. Im Übrigen lassen sich die Vorteile nicht nur bei Exzenterschneckenpumpen, sondern auch bei anderen Arten von Verdrängerpumpen mit rotierenden Wellen und insbesondere Verbindungen zwischen rotierenden Wellen erzielen. The advantages mentioned can be achieved not only with progressing cavity pumps with a coupling rod and several (pin) joints, but also with other embodiments of progressing cavity pumps, e.g. B. in embodiments with only one joint or in embodiments with a flexible coupling rod without (dismantling) joints. Moreover, the advantages can be obtained not only in progressive cavity pumps, but also in other types of positive displacement pumps with rotating shafts and in particular connections between rotating shafts.
In der Praxis sind die Gelenke der Exzenterschneckenpumpe z. B. durch geeignete Mittel, z. B. Manschetten, von dem zu fördernden Medium getrennt. Kommt es zu einer Beschädigung einer solchen Manschette, so kann das 7 In practice, the joints of the eccentric screw pump z. B. by suitable means, e.g. B. cuffs, separated from the medium to be pumped. If such a cuff is damaged, it can 7
Medium in den Bereich des Gelenkes Vordringen und zu einem erhöhten Verschleiß führen. Besonders in solchen Fällen lassen sich durch die erfindungsgemäße Überwachung Schäden und Folgeschäden vermeiden. Medium penetrates into the area of the joint and leads to increased wear. Especially in such cases, damage and consequential damage can be avoided by the monitoring according to the invention.
Besonders interessant ist die Tatsache, dass sich der Gelenkverschleiß auf einfache Weise ohne Demontage der Pumpe bzw. der maßgeblichen Kompo nenten ermitteln/überwachen und optional auch Vorhersagen lässt. Of particular interest is the fact that the joint wear can be easily determined/monitored and optionally also predicted without dismantling the pump or the relevant components.
In bevorzugter Ausführungsform weist die Überwachungseinrichtung zur Über wachung des Zustandes der Pumpe einen oder mehrere Sensoren auf, der bzw. die ein oder mehrere Signale erzeugen, die von dem ersten Drehwinkel und/oder dem zweiten Drehwinkel und/oder der Phasenverschiebung ab- hängen. Die Überwachungseinrichtung kann eine Auswerteeinheit aufweisen, mit der insbesondere die Signale der Sensoren verarbeitet und ausgewertet werden. Bei den Sensoren kann es sich z. B. um Positionssensoren handeln. Solche Positionssensoren sind z. B. induktive, kapazitive, magnetische oder optische Sensoren. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Phasen verschiebung folglich direkt über die Sensoren gemessen. So besteht z. B. die Möglichkeit, einen ersten Sensor im Bereich der ersten Welle (z. B. Antriebs welle/Steckwelle) vorzusehen und einen zweiten Sensor im Bereich der zweiten Welle (z. B. Rotor/Rotorkopf) vorzusehen, so dass sich die Phasenver schiebung zwischen den beiden Drehwinkeln unmittelbar aus den Signalen der beiden Sensoren (z. B. Abstandssensoren) ermitteln lässt. Als Sensoren können z. B. (stationäre) Flall-Sensoren verwendet werden, wobei dann an der jeweiligen Welle z. B. ein Magnet befestigt ist. In a preferred embodiment, the monitoring device for monitoring the state of the pump has one or more sensors that generate one or more signals that depend on the first angle of rotation and/or the second angle of rotation and/or the phase shift. The monitoring device can have an evaluation unit with which, in particular, the signals from the sensors are processed and evaluated. The sensors can be z. B. be position sensors. Such position sensors are z. B. inductive, capacitive, magnetic or optical sensors. In this preferred embodiment, the phase shift is thus measured directly via the sensors. So there is z. B. the possibility of providing a first sensor in the area of the first shaft (e.g. drive shaft/stub shaft) and a second sensor in the area of the second shaft (e.g. rotor/rotor head), so that the phase shift between the two angles of rotation can be determined directly from the signals of the two sensors (e.g. distance sensors). As sensors z. B. (stationary) Flall sensors are used, in which case z. B. a magnet is attached.
Der zeitliche Abstand, mit dem an beiden Sensoren pro Umdrehung ein definierter Messpunkt detektiert wird, wird im Neuzustand der Pumpe bzw. bei Inbetriebnahme als Ausgangspunkt/Nullwinkel vorgesehen. Mit zunehmendem 8 The time interval at which a defined measuring point is detected on both sensors per revolution is provided as the starting point/zero angle when the pump is new or when it is commissioned. With increasing 8th
Verschleiß wird bei gleicher Drehzahl der zeitliche Abstand zwischen den beiden Detektionszeitpunkten größer bzw. kleiner. Setzt man die Zeitdifferenz der Detektionen zur Länge einer Periode (Umdrehung) ins Verhältnis, kann die Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen unmittelbar berechnet werden. Diese Phasenverschiebung dient als Maß des Verschleißes des Gelenkes bzw. der Gelenke. Wear increases or decreases the time interval between the two detection times at the same speed. If the time difference of the detections is related to the length of a period (revolution), the phase shift between the two signals can be calculated directly. This phase shift serves as a measure of the wear of the joint or joints.
Im Übrigen meint die Ermittlung einer Phasenverschiebung zwischen zwei Drehwinkeln nicht zwingend eine absolute Bestimmung eines Wertes für die Phasenverschiebung, sondern gegebenenfalls kann es ausreichen, die zeitlichen Abstände zu bestimmen und unmittelbar auszuwerten. In diesem Fall repräsentieren die zeitlichen Abstände bzw. Zeitdifferenzen die Phasenver schiebung, so dass aus den Zeitdifferenzen auf den jeweiligen Zustand der Verbindung geschlossen werden kann. In der Regel ist es jedoch zweckmäßig, zusätzlich die Drehzahl der jeweiligen Welle zu berücksichtigen, die im Betrieb variieren kann, so dass in die Bestimmung der Phasenverschiebung die zeitlichen Abstände unter Berücksichtigung der jeweiligen Drehzahl einfließen. Incidentally, the determination of a phase shift between two angles of rotation does not necessarily mean an absolute determination of a value for the phase shift, but it may be sufficient to determine the time intervals and evaluate them directly. In this case, the time intervals or time differences represent the phase shift, so that the respective status of the connection can be inferred from the time differences. As a rule, however, it is expedient to also take into account the speed of the respective shaft, which can vary during operation, so that the time intervals, taking into account the respective speed, are included in the determination of the phase shift.
Auch wenn bei einer Exzenterschneckenpumpe häufig zwischen Antriebswelle und Rotor eine Kuppelstange mit zwei Verbindungsgelenken bzw. Gelenkver bindungen vorgesehen ist, kann es ausreichen, mit einem ersten Sensor im Bereich der ersten Welle und einem zweiten Sensor im Bereich der zweiten Welle (Rotor) zu arbeiten, so dass über die Phasenverschiebung der „Gesamt verschleiß“ der beiden Gelenke ermittelt wird. Even if an eccentric screw pump often has a coupling rod with two connecting joints or jointed connections between the drive shaft and rotor, it can be sufficient to work with a first sensor in the area of the first shaft and a second sensor in the area of the second shaft (rotor). so that the "total wear" of the two joints is determined via the phase shift.
In einer möglichen Weiterbildung kann ein weiterer (dritter) Sensor vorgesehen sein, z. B. im Bereich der Kuppelstange, so dass einerseits eine erste Phasen verschiebung zwischen der Antriebswelle und der Kuppelstange und anderer seits eine zweite Phasenverschiebung zwischen der Kuppelstange und dem 9 In a possible development, a further (third) sensor can be provided, e.g. B. in the area of the coupling rod, so that on the one hand a first phase shift between the drive shaft and the coupling rod and on the other hand a second phase shift between the coupling rod and the 9
Rotor ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann selektiv und separat der Verschleiß der beiden Gelenke ermittelt/überwacht werden. Es können grund sätzlich zwei Detektionspunkte, z. B. zwei Sensoren, ausreichen. Optional besteht die Möglichkeit, bei mehreren Verbindungen mehrere Detektionspunkte bzw. Sensoren einzusetzen. Im Falle von N Verbindungen (z. B. Kupplungen oder Gelenken) kommen dann N+1 Detektionspunkte, z. B. Sensoren, zum Einsatz. Rotor can be determined. In this way, the wear of the two joints can be determined/monitored selectively and separately. In principle, two detection points, e.g. B. two sensors are sufficient. There is the option of using several detection points or sensors for several connections. In the case of N connections (e.g. couplings or joints), there are then N+1 detection points, e.g. B. sensors are used.
In abgewandelter Ausführungsform kann zur Überwachung einer Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Welle auch ein einzelner Sensor aus reichen, der unmittelbar im Bereich der Verbindung angeordnet ist und eine Größe misst aus der die Phasenverschiebung bestimmt werden kann. In a modified embodiment, a single sensor can also be sufficient for monitoring a connection between the first and second shaft, which is arranged directly in the area of the connection and measures a variable from which the phase shift can be determined.
Die Erfindung wird bevorzugt bei der beschriebenen Ausführungsform mit Kuppelstange realisiert, die beidseitig mit Gelenken mit der Antriebs welle/Steckwelle einerseits und dem Rotor andererseits verbunden ist. Die Er findung lässt sich aber in der gleichen Weise auch bei Exzenterschnecken pumpen realisieren, bei denen lediglich mit einem einzelnen Gelenk oder auch mit nicht gelenkigen Verbindungen gearbeitet wird, z. B. bei Exzenter schneckenpumpen mit flexiblem Schaft bzw. flexiblen Bauteilen innerhalb der rotierenden Einheit. The invention is preferably implemented in the embodiment described with a coupling rod which is connected on both sides with joints to the drive shaft/stub shaft on the one hand and the rotor on the other. However, the invention can be realized in the same way with progressive cavity pumps, in which work is only carried out with a single joint or with non-articulated connections, e.g. B. in eccentric screw pumps with a flexible shaft or flexible components within the rotating unit.
Alternativ oder ergänzend lässt sich das erfindungsgemäße Prinzip auch im Bereich des Antriebes der Exzenterschneckenpumpe, z. B. im Bereich der Verbindung zwischen einer Antriebswelle und einer Steckwelle realisieren. So kann z. B. der (elektrische) Antrieb einer Exzenterschneckenpumpe mit einer integrierten Antriebswelle ausgerüstet sein, die über eine Verbindung an eine weitere Welle angeschlossen ist, die als Verbindungswelle oder auch als Steckwelle bezeichnet wird. Die Steckwelle kann optional wiederum mit einer 10 Alternatively or additionally, the principle according to the invention can also be used in the area of the drive of the eccentric screw pump, e.g. B. realize in the connection between a drive shaft and a stub shaft. So e.g. B. the (electric) drive of an eccentric screw pump can be equipped with an integrated drive shaft, which is connected via a connection to another shaft, which is referred to as a connecting shaft or as a stub shaft. The stub shaft can optionally turn with a 10
Kuppelstange oder einem anderen Element zum Ausgleich der Exzentrizität des Rotors verbunden sein. Auch zwischen Antriebswelle und Steckwelle kann es im Falle eines Verschleißes oder Schadens zu einer Phasenverschiebung kommen, die in der erfindungsgemäßen Weise überwacht werden können, indem z. B. Sensoren im Bereich der Antriebswelle und/oder der Steckwelle angeordnet sind. Coupling rod or other element to compensate for the eccentricity of the rotor may be connected. In the event of wear or damage, a phase shift can also occur between the drive shaft and stub shaft. B. sensors are arranged in the area of the drive shaft and/or the stub shaft.
Die Überwachungseinrichtung kann, wie bereits beschrieben - mit einer Auswerteeinheit versehen oder verbunden sein, die z. B. die Signale der Sensoren verarbeitet und auswertet. Ferner kann in der Auswerteeinheit ein Schwellwert für die Phasenverschiebung gespeichert werden, so dass z. B. während des Betriebes bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellwertes eine Meldung erzeugt wird, z. B. ein optisches und/oder akustisches Alarm signal. Alternativ kann jedoch auch ohne festen Schwellwert gearbeitet werden. So besteht die Möglichkeit, in der Auswerteeinheit ein oder mehrere Vergleichswerte zu speichern, z. B. während des Betriebes einer neuwertigen Pumpe bzw. neuwertigen Verbindung. Im Zuge des Betriebes lässt sich dann die zeitliche Entwicklung der Phasenverschiebung überwachen und auf diese Weise auf den Zustand der Verbindung schließen. As already described, the monitoring device can be provided or connected to an evaluation unit which, for. B. processes and evaluates the signals from the sensors. Furthermore, a threshold value for the phase shift can be stored in the evaluation unit, so that z. B. a message is generated during operation when the threshold value is reached or exceeded, e.g. B. an optical and / or acoustic alarm signal. Alternatively, however, it is also possible to work without a fixed threshold value. It is therefore possible to store one or more comparison values in the evaluation unit, e.g. B. during the operation of a new pump or new connection. In the course of operation, the development of the phase shift over time can then be monitored and in this way the status of the connection can be deduced.
So besteht bevorzugt die Möglichkeit, den Zustand der Pumpe fortlaufend zu ermitteln und aus den ermittelten Zustandsdaten mit einem Algorithmus eine Vorhersage über den Zustand und/oder den Zeitpunkt von Wartungsterminen zu treffen. In der Auswerteeinheit ist ein Algorithmus gespeichert, mit dem aus den Daten Vorhersagen zu einem möglichen Wartungsbedarf getroffen werden können. Die Auswerteeinheit kann folglich für einen weiteren Analyseschritt, nämlich eine Vorhersage, ausgebildet sein, so dass eine vorausschauende Wartung und Instandhaltung ermöglicht wird. 11 There is preferably the possibility of continuously determining the state of the pump and using the determined state data to make a prediction about the state and/or the time of maintenance appointments using an algorithm. An algorithm is stored in the evaluation unit, with which predictions of a possible need for maintenance can be made from the data. The evaluation unit can consequently be designed for a further analysis step, namely a prediction, so that predictive servicing and maintenance is made possible. 11
Optional kann die Auswerteeinheit auch dazu eingerichtet sein, die Phasenver schiebung (d. h. die Differenz der Drehwinkel) unter Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit der ersten Welle und/oder der zweiten Welle zu analysieren. So besteht insbesondere die Möglichkeit, dass die Phasen verschiebung drehzahlabhängig ist bzw. sich bei verschiedenen Drehzahlen des Rotors unterschiedlich verhält. Insofern kann es zweckmäßig sein, bei der Auswertung der Phasenverschiebung die Drehzahl zu berücksichtigen. Dieses ist in der Regel ohne weiteres möglich, da die Drehzahl über die vorgesehenen Messeinrichtungen ohnehin erfasst werden kann und in der Regel ohnehin in die Bestimmung der Phasenverschiebung einfließt, indem die Zeitdifferenz der jeweiligen Signale zur Länge der Periode (Umdrehung) ins Verhältnis gesetzt wird, um die Phasenverschiebung zwischen den Signalen zu bestimmen. Ergänzend kann dann bei der Auswertung auch die Phasenverschiebung in Abhängigkeit dieser Drehzahl betrachtet werden. Die Drehzahl wird bestimmt durch die Zeitdifferenz der Signale. Alternativ oder ergänzend besteht die Möglichkeit, die Phasenverschiebung unter Berücksichtigung des Dreh momentes und/oder der Axialkraft (der Wellen bzw. der jeweiligen Welle) zu bestimmen. Diese Möglichkeit ist insbesondere dann interessant, wenn ein Gelenk oder eine Kuppelstange aus einem anderen Werkstoff als Metall, z. B. aus einem Elastomer verwendet wird, d. h. bei Werkstoffen, die elastisch verformbar sind, da sich dann der Drehwinkel mit der Drehzahl oder dem Druck ändern könnte. Es ist dann zweckmäßig, zusätzlich das Drehmoment zu erfassen und zu berücksichtigen, denn bei elastisch verformbaren Komponenten wäre das Drehmoment in der Regel für die Phasenverschiebung verantwortlich, so dass über das Drehmoment entsprechende Verformungen in der Auswertung kompensiert werden können. Relevant kann auch die Axialkraft sein, die einen Einfluss darauf hat, wie stark sich ein Teil nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung in ein Material einarbeiten kann. In einem solchen Fall könnte es bei sich verändernden Druckbedingungen auf 12 Optionally, the evaluation unit can also be set up to analyze the phase shift (ie the difference in the angles of rotation) taking into account the rotational speed of the first shaft and/or the second shaft. In particular, there is the possibility that the phase shift is speed-dependent or behaves differently at different speeds of the rotor. In this respect, it can be expedient to take the speed into account when evaluating the phase shift. This is usually possible without further ado, since the rotational speed can be recorded in any case via the measuring devices provided and is usually included in the determination of the phase shift anyway, in that the time difference of the respective signals is set in relation to the length of the period (rotation), to determine the phase shift between the signals. In addition, the phase shift as a function of this speed can then also be considered during the evaluation. The speed is determined by the time difference between the signals. Alternatively or additionally, there is the possibility of determining the phase shift taking into account the torque and/or the axial force (of the shafts or the respective shaft). This possibility is of particular interest when a joint or a coupling rod made of a material other than metal, e.g. B. is used from an elastomer, ie in materials that are elastically deformable, since then the angle of rotation could change with the speed or the pressure. It is then expedient to also record and take into account the torque, because in the case of elastically deformable components, the torque would usually be responsible for the phase shift, so that the torque can be used to compensate for the corresponding deformations in the evaluation. The axial force can also be relevant, which influences how strongly a part can work its way into a material not only in the radial direction but also in the axial direction. In such a case, it could be due to changing printing conditions 12
Saug- und Druckseite zu einer Richtungsumkehr der Axialkraft kommen, d. h. der Rotor wird in die entgegengesetzte Richtung gedrückt bzw. gezogen und der Phasenwinkel kehrt in seine ursprüngliche Position zurück. In diesem Fall kann es gegebenenfalls zu einem Einarbeiten bzw. Verschleiß in die andere Richtung kommen, so dass die Auswertung der Axialkraft optional vorteilhaft sein kann. Die bevorzugte Möglichkeit, die Phasenverschiebung in Abhängigkeit von einer Drehzahl und/oder einem Druck zu ermitteln, kann nicht nur bei Gelenken, sondern auch bei Verbindungen anderer Art realisiert werden. The direction of the axial force reverses on the suction and pressure sides, i. H. the rotor is pushed or pulled in the opposite direction and the phase angle returns to its original position. In this case, there may be incorporation or wear in the other direction, so that the evaluation of the axial force can optionally be advantageous. The preferred option of determining the phase shift as a function of a rotational speed and/or a pressure can be implemented not only with joints, but also with connections of a different type.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine einfache und einwandfreie Über wachung des Zustandes von Verbindungen innerhalb der rotierenden Einheit einer Pumpe, z. B. des Zustandes der Gelenke einer Exzenterschnecken pumpe. Damit lässt sich vor allem ein einsetzender Verschleiß rechtzeitig erkennen, z. B. bei Bolzengelenken, bei denen sich der Bolzen in das andere Gelenkteil einarbeitet oder selbst einem Verschleiß unterliegt. Die Detektion lässt sich mit günstiger Standardsensorik realisieren. Die Auswertung der Sig nale kann bei Verwendung eines Sensors mit Schaltausgang über industrielle existierende Schaltungen realisiert werden. Gleichzeitig kann aus den Signalen die Drehzahl der Pumpe bestimmt werden. Das bedeutet, dass bei gleich zeitiger Überwachung der Phasenverschiebung und der Drehzahl keine zusätz lichen Sensoren erforderlich sind. Overall, the invention enables a simple and proper monitoring of the condition of connections within the rotating unit of a pump, z. B. the condition of the joints of a progressive cavity pump. Above all, this allows the onset of wear to be detected in good time, e.g. B. in pin joints in which the pin is incorporated into the other joint part or is itself subject to wear. The detection can be implemented with inexpensive standard sensors. When using a sensor with a switching output, the signals can be evaluated via existing industrial circuits. At the same time, the speed of the pump can be determined from the signals. This means that no additional sensors are required if the phase shift and the speed are monitored at the same time.
Besonders bevorzugt ist die Überwachungseinrichtung bzw. die Aus werteeinheit so ausgebildet, dass nicht nur aktuelle Zustandsdaten, z. B. ein bestimmter Verschleiß oder ein Schaden, erfasst werden, sondern es lassen sich insbesondere auch Vorhersagen über den Zustand der Pumpe bzw. einer Verbindung und/oder Vorhersagen über den Zeitpunkt von Wartungsmaßnahmen treffen. Die Auswerteeinheit ist folglich mit einem 13 The monitoring device or the evaluation unit is particularly preferably designed in such a way that not only current status data, e.g. B. a certain wear or damage can be detected, but it is also possible in particular to make predictions about the condition of the pump or a connection and/or predictions about the timing of maintenance measures. The evaluation unit is therefore with a 13
Algorithmus ausgerüstet, mit welchem aus den fortlaufend ermittelten Daten Vorhersagen über den Wartungsbedarf getroffen werden können. Dazu können optional Anzeigevorrichtungen an der Pumpe vorgesehen sein, mit denen akustisch und/oder optisch bestimmte Zustände angezeigt werden. Besonders bevorzugt ist die Überwachungseinrichtung mit einer Schnittstelle für eine Datenübertragung oder Datenabfrage bzw. einem Interface ausgerüstet, so dass Daten und/oder Vorhersagen zur Verfügung gestellt werden können, z. B. über Rechner und/oder Endgeräte (z. B. Smartphone, Tablett oder dergleichen). Auf diese Weise lassen sich Informationen auch in größeren Entfernungen zu der Pumpe über z. B. Endgeräte empfangen und gegebenenfalls visualisieren. So lassen sich z. B. für Wartungstechniker schnell und einfach aktuelle Informationen zum Zustand einzelner Pumpen bzw. einzelner Komponenten übermitteln und Wartungsarbeiten planen. Erfindungsgemäß lässt sich folglich ein Condition Monitoring wie auch eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) realisieren. Produktions und Pumpendaten können zentral gesammelt werden und gegebenenfalls über beliebige Endgeräte abgerufen werden. So lässt sich die Produktion einfach überwachen und systematisch optimieren. Algorithm equipped with which predictions about the maintenance requirement can be made from the continuously determined data. For this purpose, optional display devices can be provided on the pump, with which certain states are displayed acoustically and/or optically. The monitoring device is particularly preferably equipped with an interface for data transmission or data query or an interface so that data and/or predictions can be made available, e.g. B. via computer and/or end devices (e.g. smartphone, tablet or the like). In this way, information can also be obtained at greater distances from the pump, e.g. B. receiving end devices and, if necessary, visualizing them. So can z. For example, maintenance technicians can quickly and easily transmit current information on the condition of individual pumps or individual components and plan maintenance work. According to the invention, condition monitoring as well as predictive maintenance can consequently be implemented. Production and pump data can be collected centrally and, if necessary, accessed via any end device. In this way, production can be easily monitored and systematically optimized.
Mit Hilfe der Überwachungseinrichtung lassen sich folglich nicht nur Schäden oder andere Zustände Vorhersagen, sondern es lassen sich auch Warnmeldungen erzeugen. Aufgrund der Wartungsvorhersagen lassen sich Wartungsintervalle optimiert planen und damit Wartungskosten minimieren. Optional besteht auch die Möglichkeit, Wartungen nicht intervallgesteuert, sondern nach Bedarf dynamisch vorzunehmen. Eine derartige flexible Instandhaltung und Wartung reduziert zudem Stillstandzeiten und ermöglicht damit eine effiziente Produktion beim Betreiber der Pumpen. Im Übrigen führt eine optimierte Wartung auf Basis der ermittelten Zustandsdaten zu einer 14 Consequently, not only damage or other conditions can be predicted with the aid of the monitoring device, but warning messages can also be generated. Based on the maintenance forecasts, maintenance intervals can be planned in an optimized manner, thus minimizing maintenance costs. There is also the option of carrying out maintenance not on an interval basis but dynamically as required. Such flexible servicing and maintenance also reduces downtimes and thus enables efficient production for the pump operator. In addition, optimized maintenance based on the determined status data leads to a 14
Verlängerung der Lebensdauer der Pumpe und/oder zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades und damit zur Effizienzsteigerung. Extension of the service life of the pump and/or an increase in efficiency and thus an increase in efficiency.
Die Überwachungseinrichtung und die Auswerteeinheit können Bestandteil der Pumpe sein bzw. unmittelbar an der Pumpe angeordnet sein. Alternativ können die Überwachungseinrichtung oder Teile der Überwachungseinrichtung und/oder die Auswerteeinheit jedoch auch räumlich getrennt von der Pumpe angeordnet sein und z. B. in eine (zentrale) Steuereinrichtung oder einen (zentralen) Rechner integriert sein. So besteht insbesondere die Möglichkeit, dass in der Überwachungseinrichtung der Pumpe lediglich die erforderlichen Daten aufgenommen und gegebenenfalls zwischengespeichert werden. Die Daten können über die erwähnte Schnittstelle z. B. drahtlos oder auch drahtgebunden an einen Rechner und/oder ein Endgerät übertragen werden, so dass der erwähnte Algorithmus zur Auswertung z. B. auf einem Rechner und/oder einem Endgerät arbeiten kann. The monitoring device and the evaluation unit can be part of the pump or can be arranged directly on the pump. Alternatively, the monitoring device or parts of the monitoring device and/or the evaluation unit can also be spatially separated from the pump and z. B. in a (central) controller or a (central) computer. In particular, there is the possibility that only the necessary data is recorded in the monitoring device of the pump and, if necessary, temporarily stored. The data can be sent via the interface mentioned, e.g. B. be transmitted wirelessly or wired to a computer and / or a terminal, so that the algorithm mentioned for evaluating z. B. can work on a computer and / or a terminal.
Gegenstand der Erfindung ist im Übrigen nicht nur die beschriebene Pumpe, sondern auch ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes bzw. des Verschleißes einer solchen Pumpe. Während des Betriebes rotieren die erste Welle mit einem ersten Drehwinkel und die zweite Welle mit am zweiten Dreh winkel, jeweils bezogen auf einen gemeinsamen Nullwinkel. Erfindungsgemäß wird der Zustand der Verbindung bzw. der Verbindungen überwacht, indem eine in der Verbindung auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt bzw. überwacht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in bevorzugter Weiterbildung die im Zusammenhang mit der Pumpe beschriebenen Maßnahmen einzelnen und in Kombination geschützt. 15 The subject matter of the invention is not only the pump described, but also a method for monitoring the operation and wear of such a pump. During operation, the first shaft rotates at a first angle of rotation and the second shaft rotates at the second angle of rotation, each based on a common zero angle. According to the invention, the state of the connection or connections is/are monitored by determining or monitoring a phase shift occurring in the connection between the first angle of rotation and the second angle of rotation. In a preferred development of the method according to the invention, the measures described in connection with the pump are protected individually and in combination. 15
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, die lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen. Es zeigen The invention is explained in more detail below with reference to drawings which merely represent an exemplary embodiment. Show it
Fig. 1 eine Exzenterschneckenpumpe mit einer Überwachungsein richtung zur Überwachung des Zustandes, zum Beispiel Ver schleißzustandes in einer vereinfachten Seitenansicht, 1 shows an eccentric screw pump with a monitoring device for monitoring the condition, for example the wear condition, in a simplified side view,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich eines Ge lenkes, FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1 in the area of a joint,
Fig. 3A, 3B jeweils einen Querschnitt im Bereich des Gelenkes in unter schiedlichen Verschleißzuständen und Fig. 3A, 3B each a cross section in the region of the joint in under different states of wear and
Fig. 4A, 4B Messsignale für das Gelenk nach Fig. 3A bzw. 3B, 4A, 4B measurement signals for the joint according to FIGS. 3A and 3B,
Fig. 5 eine Ansicht aus Fig. 1 im Bereich der Antriebswelle. FIG. 5 shows a view from FIG. 1 in the area of the drive shaft.
In Fig. 1 ist eine Exzenterschneckenpumpe dargestellt, die einen Stator 1 aus einem elastischen Material und einen in dem Stator 1 rotierenden Rotor 2 auf- weist, wobei der Stator 1 von einem Statormantel 3 umgeben ist. Ferner weist die Pumpe ein Sauggehäuse 4 sowie einen Anschlusssstutzen 5 auf, welcher auch als Druckstutzen 5 bezeichnet wird. Die Pumpe weist außerdem einen Pumpenantrieb 6 auf, der über eine Kuppelstange 7 auf den Rotor 2 arbeitet. Die Kuppelstange 7 ist über ein antriebsseitiges Kupplungsgelenk 8 an die Antriebswelle und über ein rotorseitiges Kupplungsgelenk 9 an den Rotor 2 bzw. den Rotorkopf angeschlossen. 1 shows an eccentric screw pump which has a stator 1 made of an elastic material and a rotor 2 rotating in the stator 1 , the stator 1 being surrounded by a stator casing 3 . The pump also has a suction housing 4 and a connecting piece 5 , which is also referred to as a pressure piece 5 . The pump also has a pump drive 6 which works on the rotor 2 via a coupling rod 7 . The coupling rod 7 is connected to the drive shaft via a coupling joint 8 on the drive side and to the rotor 2 or the rotor head via a coupling joint 9 on the rotor side.
Die Kupplungsgelenke 8, 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als Bolzengelenke ausgebildet, die jeweils einerseits eine Einsteckaufnahme 10 16 und andererseits einen in die Einsteckaufnahme 10 eingreifenden Zapfen 11 sowie einen den Zapfen 11 in der Einsteckaufnahme 10 fixierenden Verbin dungsbolzen 12 aufweisen (vergleiche Fig. 2). In this exemplary embodiment, the coupling joints 8, 9 are each designed as bolt joints, each of which has an insertion receptacle 10 16 and on the other hand a pin 11 engaging in the insertion receptacle 10 and a connec- tion bolt 12 fixing the pin 11 in the insertion receptacle 10 (see FIG. 2).
Eine von dem Antrieb angetriebene Antriebswelle oder Verbindungswelle 18 bildet eine erste Welle W1 und der Rotor 2 bzw. Rotorkopf bildet eine zweite Welle W2, wobei die erste Welle W1 über die Verbindungsgelenke 8, 9 als Verbindungen V mit der zweiten Welle W2 verbunden ist. Während des Betriebes rotiert die erste Welle W1 (Antriebswelle) mit einem ersten Drehwinkel und die zweite Welle W2 (Rotorkopf) mit einem zweiten Drehwinkel, und zwar jeweils bezogen auf einen gemeinsamen Nullwinkel. Im Neuzustand ist die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel Null bzw. eine solche Phasenverschiebung kann als Nullwinkel definiert werden. Mit einer erfindungsgemäß vorgesehenen Überwachungs einrichtung 13 wird eine z. B. durch Verschleiß auftretende Phasenver schiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt und überwacht. Dazu können in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden lediglich angedeuteten Sensoren 15, 16 vorgesehen sein, und zwar einerseits im Bereich der ersten Welle W1 und andererseits im Bereich der zweiten Welle W2. Mit Hilfe dieser Sensoren 15, 16, die z. B. als Abstandssensoren ausgebildet sein können, lässt sich die Phasenverschiebung unmittelbar bestimmen. Dazu wird auch auf die Fig. 3A und 3B sowie Fig. 4A und 4B verwiesen. Die Fig. 3A und 4A zeigen jeweils einen Neuzustand und die Fig. 3B und 4B jeweils einen Verschleißzustand einer erfindungsgemäßen Verbindung V, z. B. eines Bolzengelenkes 8, 9. A drive shaft or connecting shaft 18 driven by the drive forms a first shaft W1 and the rotor 2 or rotor head forms a second shaft W2, the first shaft W1 being connected via the connecting joints 8, 9 as connections V to the second shaft W2. During operation, the first shaft W1 (drive shaft) rotates at a first angle of rotation and the second shaft W2 (rotor head) rotates at a second angle of rotation, each based on a common zero angle. When new, the phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation is zero or such a phase shift can be defined as a zero angle. With a monitoring device 13 provided according to the invention, a z. B. is determined and monitored by wear Occurring phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation. For this purpose, the two sensors 15, 16, which are only indicated, can be provided in the exemplary embodiment shown, namely on the one hand in the area of the first shaft W1 and on the other hand in the area of the second shaft W2. With the help of these sensors 15, 16 z. B. can be designed as distance sensors, the phase shift can be determined directly. In this regard, reference is also made to FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4A and 4B. 3A and 4A each show a new state and FIGS. 3B and 4B each show a state of wear of a connection V according to the invention, e.g. B. a pin joint 8, 9.
Mit den beiden Sensoren 15, 16 werden jeweils Schaltsignale erzeugt, die gemäß Fig. 4A lediglich einen sehr geringen Zeitabstand D T1 aufweisen. Dieser Zeitabstand D T1 kann den Ausgangspunkt der Überwachung im 17 The two sensors 15, 16 each generate switching signals which, according to FIG. 4A, have only a very short time interval D T1 . This time interval D T1 can be the starting point of the monitoring 17
Neuzustand bilden, d. h. eine solche Phasenverschiebung kann als Referenzwert oder Vergleichswert in einer Auswerteeinheit 14 gespeichert werden. Form new condition, d. H. such a phase shift can be stored in an evaluation unit 14 as a reference value or comparison value.
Demgegenüber zeigt Fig. 4B den Verlauf der Signale bei zunehmendem Ver schleiß, indem der zeitliche Abstand D T2 zwischen den beiden Detektionen größer wird. Setzt man die Zeitdifferenz dieser Signale zur Länge einer Periode (Umdrehung) ins Verhältnis, kann die Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen bestimmt werden, so dass die Phasenverschiebung als Maß des Verschleißes des Gelenkes verwendet werden kann. Diese Überwachung erfolgt mit der Überwachungseinrichtung 13, deren Bestandteil insbesondere die Sensoren 15, 16 und die Auswerteeinheit 14 sind. In contrast, FIG. 4B shows the course of the signals with increasing wear, in that the time interval D T2 between the two detections increases. By relating the time difference of these signals to the length of a period (revolution), the phase shift between the two signals can be determined, so that the phase shift can be used as a measure of the wear on the joint. This monitoring is carried out with the monitoring device 13, which includes in particular the sensors 15, 16 and the evaluation unit 14.
Im Übrigen ist in Fig. 5 in einem Ausschnitt aus Fig. 1 dargestellt, dass bei einer solchen Exzenterschneckenpumpe eine in den Antrieb 6 integrierte Antriebs welle 17 nicht unmittelbar mit dem antriebsseitigen Kupplungsgelenk 8 verbun den sein muss, sondern bei dieser Ausführungsform ist die in den Antrieb 6 integrierte Antriebswelle 17 an eine Verbindungswelle 18 angeschlossen, die auch als Steckwelle bezeichnet wird bzw. in diesem Ausführungsbeispiel als Steckwelle ausgebildet ist. Diese Steckwelle 18 ist im Ausführungsbeispiel als erste Welle W1 über die Kupplungsgelenke 8, 9 und die Kuppelstange 7 mit dem Rotor 2 bzw. Rotorkopf als zweite Welle W2 verbunden. In Fig. 1 und 5 sind auch beispielhaft ein Verbindungsgehäuse 19 und eine Wellenabdich tung 20, z. B. Gleitringdichtung, im Bereich zwischen Antrieb 6 und Gehäuse 4 angedeutet. Incidentally, is shown in Fig. 5 in a detail from Fig. 1 that with such an eccentric screw pump integrated into the drive 6 drive shaft 17 does not have to be directly connected to the drive-side coupling joint 8, but in this embodiment the Drive 6 integrated drive shaft 17 connected to a connecting shaft 18, which is also referred to as a stub shaft or is designed as a stub shaft in this embodiment. In the exemplary embodiment, this stub shaft 18 is connected as the first shaft W1 via the coupling joints 8, 9 and the coupling rod 7 to the rotor 2 or rotor head as the second shaft W2. In Fig. 1 and 5 are also an example of a connection housing 19 and a shaft seal device 20, z. B. Mechanical seal in the area between the drive 6 and housing 4 indicated.
Im Übrigen besteht auch die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Prinzip im Bereich der Verbindung zwischen der Antriebswelle 17 und der Steckwelle 18 zu realisieren. In diesem Fall wäre die Antriebswelle 17 die erste Welle und die 18 Furthermore, there is also the possibility of realizing the principle according to the invention in the area of the connection between the drive shaft 17 and the stub shaft 18 . In this case, the drive shaft 17 would be the first shaft and the 18
Steckwelle 18 die zweite Welle, so dass der Zustand der Verbindung zwischen diesen beiden Wellen überwacht werden kann. Einzelheiten sind in den Figuren nicht dargestellt. Plug-in shaft 18 the second shaft so that the condition of the connection between these two shafts can be monitored. Details are not shown in the figures.

Claims

19 Patentansprüche: 19 patent claims:
1. Pumpe zum Fördern eines Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches, mit zumindest einem Antrieb (6), einer ersten Welle (W1) und einer von der ersten Welle (W1) rotierend angetriebenen zweiten Welle (W2), die mit einem Pumpenelement (2) verbunden ist oder Teil eines Pumpenelementes (2) ist, wobei die erste Welle (W1) mittels zumindest einer Verbindung (V) mit der zweiten Welle (W2) verbunden ist, wobei während des Betriebes die erste Welle (W1) mit einem ersten Drehwinkel und die zweite Welle (W2) mit einem zweiten Drehwinkel, jeweils bezogen auf einen gemeinsamen Nullwinkel, rotieren, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (13), die dazu eingerichtet ist, den Zustand der Verbindung (V) zu überwachen, indem eine in der Verbindung auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird. 1. Pump for conveying a medium, in particular a liquid or a solid-liquid mixture, with at least one drive (6), a first shaft (W1) and a second shaft (W2) driven in rotation by the first shaft (W1), which is connected to a pump element (2) or is part of a pump element (2), the first shaft (W1) being connected to the second shaft (W2) by means of at least one connection (V), the first shaft ( W1) rotate at a first angle of rotation and the second shaft (W2) rotate at a second angle of rotation, each related to a common zero angle, characterized by a monitoring device (13) which is set up to monitor the state of the connection (V), by determining a phase shift occurring in the connection between the first angle of rotation and the second angle of rotation.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (V) als trennbare und/oder gelenkige Verbindung ausgebildet ist, z. B. als Gelenk bzw. Kupplungsgelenk (8, 9). 2. Pump according to claim 1, characterized in that the connection (V) is designed as a separable and / or articulated connection, z. B. as a joint or coupling joint (8, 9).
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Über wachungseinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den Verschleißzustand der Ver bindung (V) oder der Verbindungen zu überwachen, indem eine durch Ver schleiß in der Verbindung (V) auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird. 20 3. Pump according to claim 1 or 2, characterized in that the monitoring device (13) is set up to monitor the state of wear of the connection (V) or of the connections by a phase shift occurring due to wear in the connection (V). is determined between the first angle of rotation and the second angle of rotation. 20
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in der Ausführungsform als Exzenterschneckenpumpe, mit zumindest einem Stator (1) und einem in dem Stator rotierenden Rotor (2) als Pumpenelement. 4. Pump according to one of claims 1 to 3 in the embodiment as an eccentric screw pump, with at least one stator (1) and a rotor rotating in the stator (2) as the pump element.
5. Pumpe nach Anspruch 4, mit einer Kuppelstange (7) zwischen der ersten Welle (W1) und dem Rotor (2) als zweite Welle (W2), wobei die Kuppel stange (7) mit einem ersten (antriebsseitigen) Gelenk (8) mit der ersten Welle (W1) (z. B. Verbindungswelle/Antriebswelle) und mit einem zweiten (rotorseitigen) Gelenk (9) mit dem Rotor (2) verbunden ist. 5. Pump according to claim 4, with a coupling rod (7) between the first shaft (W1) and the rotor (2) as the second shaft (W2), wherein the coupling rod (7) with a first (drive-side) joint (8) is connected to the first shaft (W1) (e.g. connecting shaft/drive shaft) and to the rotor (2) by a second joint (9) on the rotor side.
6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs einrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den Verschleißzustand des ersten Ge lenkes (8) und/oder des zweiten Gelenkes (9) zu überwachen, indem eine durch Verschleiß in einem Gelenk (8, 9) oder in beiden Gelenken (8, 9) auf tretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird. 6. Pump according to claim 5, characterized in that the monitoring device (13) is set up to monitor the state of wear of the first joint (8) and/or the second joint (9) by a wear in a joint ( 8, 9) or in both joints (8, 9) occurring phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined.
7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (8, 9) oder die Gelenke (8, 9) als Bolzengelenk bzw. Bolzengelenke ausgebildet ist/sind, wobei das Bolzengelenk einerseits eine Einsteck aufnahme (10) und andererseits einen in die Einsteckaufnahme (10) ein greifenden Zapfen (11) sowie einen den Zapfen (11) in der Einsteckauf nahme (10) fixierenden Verbindungsbolzen (12) aufweist. 7. Pump according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the joint (8, 9) or the joints (8, 9) is/are designed as a pin joint or pin joints, the pin joint having on the one hand an insertion receptacle (10) and on the other hand a pin (11) engaging in the insertion receptacle (10) and a connecting bolt (12) fixing the pin (11) in the insertion receptacle (10).
8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (13) einen oder mehrere Sensoren (15, 16) auf weist, der bzw. die ein oder mehrere Signale erzeugen, die von dem ersten Drehwinkel und/oder dem zweiten Drehwinkel und/oder der Phasenver schiebung abhängen. 21 8. Pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the monitoring device (13) has one or more sensors (15, 16) which generate one or more signals from the first angle of rotation and / or depend on the second angle of rotation and/or the phase shift. 21
9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (13) eine Auswerteeinheit (14) aufweist oder mit einer Auswerteeinheit (14) verbunden ist, mit der insbesondere die Signale der Sensoren (15, 16) verarbeitet und ausgewertet werden. 9. Pump according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the monitoring device (13) has an evaluation unit (14) or is connected to an evaluation unit (14) with which the signals from the sensors (15, 16) in particular are processed and be evaluated.
10. Pumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Sensoren (15, 16) als Positionssensoren ausgebildet sind, z. B. als induktive, kapazitive, magnetische oder optische Sensoren. 10. Pump according to claim 8 or 9, characterized in that the one or more sensors (15, 16) are designed as position sensors, for. B. as inductive, capacitive, magnetic or optical sensors.
11. Pumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Sensor (15) im Bereich der ersten Welle (W1) und ein zweiter Sensor (16) im Bereich der zweiten Welle (W2) oder des Pumpen elementes (2) angeordnet sind. 11. Pump according to one of claims 8 to 10, characterized in that at least a first sensor (15) in the area of the first shaft (W1) and a second sensor (16) in the area of the second shaft (W2) or the pump element ( 2) are arranged.
12. Pumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (14) ein Schwellwert oder ein oder mehrere Vergleichs werte für die Phasenverschiebung speicherbar ist/sind und dass während des Betriebes bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellwertes oder bei Erken nung einer zeitlichen Entwicklung der Phasenverschiebung, die von einer zuvor ermittelten, charakteristischen Entwicklung abweicht, eine Meldung erzeugbar ist, z. B. ein optisches und/oder akustisches Alarmsignal. 12. Pump according to one of claims 9 to 11, characterized in that a threshold value or one or more comparison values for the phase shift can be stored in the evaluation unit (14) and that during operation when the threshold value is reached or exceeded or when tion of a temporal development of the phase shift, which deviates from a previously determined, characteristic development, a message can be generated, z. B. an optical and / or acoustic alarm signal.
13. Pumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (14) ein Auswertealgorithmus gespeichert ist, mit welchem aus fortlaufend ermittelten Daten Vorhersagen über den Zustand der Verbindung (V) und/oder Vorhersagen über Wartungszeitpunkte erzeugbar sind. 22 13. Pump according to one of claims 9 to 12, characterized in that an evaluation algorithm is stored in the evaluation unit (14) with which predictions about the state of the connection (V) and/or predictions about maintenance times can be generated from continuously determined data. 22
14. Pumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (13) mit einer Anzeigevorrichtung ausgerüstet oder verbunden ist, mit welcher Zustandsinformationen und/oder Warnsignale anzeigbar sind, z. B. akustisch oder optisch und/oder dass die Überwachungseinrichtung (13) mit einer Schnittstelle ausgerüstet oder verbunden ist, über welche Zustandsdaten und/oder Vorhersagen und/oder Warnmeldungen an externe Vorrichtungen, z. B. Rechner, Endgeräte oder dergleichen, übertragbar sind. 14. Pump according to one of claims 9 to 13, characterized in that the monitoring device (13) is equipped or connected to a display device with which status information and / or warning signals can be displayed, z. B. acoustically or optically and / or that the monitoring device (13) is equipped or connected to an interface via which status data and / or forecasts and / or warnings to external devices, z. As computers, terminals or the like, are transferrable.
15. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (13) bzw. die Auswerteeinheit (14) dazu eingerichtet ist, die Phasenverschiebung unter Berücksichtigung der Dreh geschwindigkeit der ersten Welle (W1) und/oder der zweiten Welle (W2) zu analysieren. 15. Pump according to one of claims 1 to 14, characterized in that the monitoring device (13) or the evaluation unit (14) is set up to determine the phase shift taking into account the rotational speed of the first shaft (W1) and/or the second shaft (W2) to analyze.
16. Verfahren zur Überwachung des Betriebes bzw. des Verschleißes einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei während des Betriebes die erste Welle mit einen ersten Drehwinkel und die zweite Welle mit einem zweiten Drehwinkel, jeweils bezogen auf einen gemeinsamen Nullwinkel, rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Überwachungseinrichtung der Zustand z. B. Verschleißzustand der Verbindung überwacht wird, indem eine z. B. durch Verschleiß in der Verbindung auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird. 16. A method for monitoring the operation or the wear of a pump according to one of claims 1 to 15, wherein during operation the first shaft rotates at a first angle of rotation and the second shaft rotates at a second angle of rotation, each based on a common zero angle. characterized in that with the monitoring device, the state z. B. wear condition of the connection is monitored by a z. B. is determined by wear in the connection occurring phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der Pumpe bzw. der Zustand einer Verbindung fortlaufend ermittelt wird und dass aus den ermittelten Zustandsdaten mit einem Algorithmus Vorhersagen 23 über den Zustand der Pumpe oder der Verbindung und/oder Vorhersagen über Wartungszeitpunkte erzeugt werden. 17. The method according to claim 16, characterized in that the state of the pump or the state of a connection is determined continuously and that predictions are made from the determined state data using an algorithm 23 are generated about the condition of the pump or the connection and/or predictions about maintenance times.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass Zustandsdaten, Warnmeldungen und/oder Wartungsvorhersagen über eine Schnittstelle an externe Einrichtungen, z. B. Rechner, Endgeräte oder dergleichen übertragen oder von diesen abgefragt werden. 18. The method according to claim 16 or 17, characterized in that status data, warning messages and / or maintenance forecasts via an interface to external devices, such. B. computers, terminals or the like are transmitted or queried by them.
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