[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Leckagen im Hydraulikdruckraum
einer Membranpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Die ordnungsgemäße Funktion aller Komponenten und Bauteile im Hydraulikdruckraum
einer, insbesondere hydraulisch angetriebenen, Membranpumpe hat entscheidenden Einfluß
auf die Leistung sowie auf die Dosiergenauigkeit einer solchen Pumpe.
[0003] Übliche Bauteile der Membranpumpe, wie das Leckergänzungsventil sowie das Druckbegrenzungsventil,
sind im Neuzustand flüssigkeitsdicht und weisen keine Leckage auf.
[0004] Demgegenüber ist die Kolbenabdichtung auch im Neuzustand nicht flüssigkeitsdicht.
So ergibt sich stets in Abhängigkeit von der Ausführung der Abdichtung, dem Hydraulikfluid
und den Betriebsparametern, wie Druck, Temperatur usw., im Betrieb eine bestimmte
Leckage, die dann im hinteren Totpunkt des Kolbens, d.h. am Ende des Saughubes, durch
das Leckergänzungsventil wieder aufgefüllt wird.
[0005] Auch wenn üblicherweise an der Membranpumpe ein Gasaustragsventil eingebaut ist,
ergibt sich an diesem Ventil eine bestimmte Leckage.
[0006] Darüber hinaus sind sämtliche der erwähnten Bauteile der Membranpumpe im Betrieb
einem gewissen Verschleiß unterworfen. Dieser macht sich gleichfalls durch eine erhöhte
Leckage bemerkbar, die sich nachteilig auf die Förderleistung sowie auf die Dosiergenauigkeit
auswirkt.
[0007] Auch kann es durch den Ausfall einer Dichtung, insbesondere im Bereich des Pumpenkolbens,
zu einer unerwünschten Leckageerhöhung kommen.
[0008] In der Praxis wurde bisher versucht, diesem Problem dadurch zu begegnen, daß man
aus der Erfahrung heraus die betreffenden Bauteile, die dem vorhersehbaren Verschleiß
unterliegen, rechtzeitig austauscht. Trotzdem kommt es relativ häufig vor, daß Bauteile
vorzeitig ausfallen und somit aufgrund der dann erforderlichen Betriebsunterbrechung
unerwünschte Folgeschäden verursachen.
[0009] Um eine auftretende Leckage im Hydraulikdruckraum der Membranpumpe festzustellen,
wurde bisher versucht, dies über den auftretenden Leistungsmangel der Pumpe oder mittels
Temperaturmessung rechtzeitig in Kenntnis zu bringen. Diese Verfahren haben sich jedoch
nicht bewährt, da sie entweder mit zu großem konstruktivem Aufwand verbunden sind
oder nicht die gewünschten Ergebnisse erbringen.
[0010] Um das Volumen des Hydraulikdruckraumes einer Membranpumpe zu kontrollieren, ist
es außerdem bekannt (
DE 198 26 610 A1), im Hydraulikdruckraum einen Drucksensor anzuordnen; dieser ist mit einer Auswerteeinheit
verbunden, die zur Erzeugung eines Nachfüllsignals ausgebildet ist, das mittels einer
Wirkverbindung eine Nachfülleinheit betätigt. Der im Hydraulikdruckraum angeordnete
Drucksensor meldet das Entstehen des Unterdruckes während des Ansaughubes an die Auswerteeinheit.
Dort wird dieses Signal mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Sobald der vorgegebene
Grenzwert überschritten wird, erzeugt die Auswerteeinheit ein Signal, das die Nachfüllung
des Hydraulikdruckraums mit Hydraulikfluid bewirkt. Durch einen Zähler in der Auswerteeinheit
wird das Bewirken des Nachfüllvorganges protokolliert und die Häufigkeit der Leckergänzung
ermittelt.
[0011] Jedoch genügt auch diese bekannte Vorrichtung nicht in zufriedenstellendem Ausmaß
den heute an die Membranpumpen der gattungsgemäßen Art gestellten Anforderungen, die
vor allen Dingen mit einfachen konstruktiven Mitteln, mit großer Sicherheit sowie
in kürzester Zeit erfüllt werden müssen.
[0012] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der geschilderten
Nachteile ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mittels dem es möglich
ist, Leckageerhöhungen im Hydraulikdruckraum der Membranpumpe rechtzeitig zu erkennen,
so daß eine etwa erforderliche Betriebsunterbrechung rechtzeitig geplant werden kann.
[0013] Die Merkmale des zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Verfahrens gemäß der Erfindung
ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren
Ansprüchen beschrieben.
[0014] Der Erfindung liegt der wesentliche Gedanke zugrunde, daß der Zeitpunkt bzw. der
Kurbelwinkel überwacht wird, an dem der Schnüffelvorgang, der am Ende des Saughubes
einsetzt, eingeleitet wird. Bei einer vorbestimmten Veränderung im Zeitpunkt bzw.
im Kurbelwinkel wird dies sodann zur Anzeige gebracht.
[0015] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit im einzelnen vorgesehen, daß der Zeitpunkt,
zu dem der einer Leckergänzung dienende Schnüffelvorgang eingeleitet wird, kontinuierlich
überwacht und mit einem Referenzwert verglichen wird, wobei eine vorbestimmte Abweichung
zwischen beiden Werten eine Leckageanzeige auslöst.
[0016] In erfindungsgemäßer Ausgestaltung kann zur Überwachung des zeitlichen Beginns des
Schnüffelvorgangs der Kurbelwinkel des Pumpentriebwerkes überwacht werden.
[0017] Vorteilhafterweise werden Beginn und Ende des Schnüffelvorgangs durch Überwachung
eines absoluten Druckwertes im Hydraulikraum erfaßt.
[0018] Besonders deutliche Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn der absolute Druckwert
auf die Änderung seines Druckgradienten überwacht wird. Hierbei liegt es im Rahmen
der Erfindung, daß die Änderung des Druckgradienten pro Zeiteinheit bzw. pro Kurbelwinkelgrad
erfaßt und daß eine Leckageanzeige erst bei Überschreiten eines vorbestimmten Wertes
ausgelöst wird.
[0019] Wie bekannt, macht sich der Zeitpunkt des Beginns des Schnüffelvorganges mit einer
Absenkung des Druckes im Saughub auf den Einstelldruck des Leckergänzungsventiles
bemerkbar. Hierbei ist bei intakter Pumpe das sich ergebende Schnüffelfenster, d.h.
der Zeitraum zwischen Beginn und Ende des Schnüffelvorgangs, sehr schmal, wird jedoch
mit zunehmender Leckage im Hydraulikdruckraum aufgrund defekter Bauteilkomponenten
signifikant breiter, d.h. zeitlich länger.
[0020] Beginn und Ende des Schnüffelvorganges können lediglich des Beispiels halber dadurch
erfaßt werden, daß absolute Druckwerte überwacht werden. Zu diesem Zweck werden z.B.
absolute Druckwerte von 1,5 bar verwendet. Wird dieser Wert unterschritten, ist dies
ein Zeichen für den Beginn des Schnüffelvorganges. Wird dann dieser Wert wieder überschritten,
ist der Schnüffelvorgang beendet.
[0021] Der absolute Druckwert, bei dem der Schnüffelvorgang beginnt, ist abhängig von der
Konstruktion der Membranpumpe und kann auch Werte unter 1 bar absolut annehmen.
[0022] Beginn und Ende des Schnüffelvorganges äußern sich in sehr steilen Druckabsenkungen
bzw. Druckanstiegen. Hierbei kann, wie schon erwähnt, erfindungsgemäß derart vorgegangen
werden, daß der Druck auf starke Druckänderungen hin überwacht wird. So ist es möglich,
eine Absenkung des Druckes unter den Grenzwert von z.B. 1,5 bar nur dann als Beginn
des Schnüffelvorganges zu werten, wenn gleichzeitig die Druckänderung pro Zeiteinheit
bzw. pro Kurbelwinkelgrad einen bestimmten Wert überschreitet. Dies löst dann die
Leckageanzeige aus.
[0023] Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit besteht darin, daß kein fester Grenzwert von
z.B. 1,5 bar vorgegeben wird, sondern daß der Druckwert ermittelt wird, indem zu Beginn
des Saughubes im Zeitfenster t
4-t
5 (s. Fig. 2a) der erfaßte Druckwert gemittelt wird und als Referenz dient. Der Grenzwert
kann sich dann aus dem Druckwert p45 abzüglich eines festzulegenden Differenzdruckes
von z.B. 0,2 bar ergeben.
[0024] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt
in:
- Fig. 1
- schematisch im Schnitt eine Membranpumpe, bei deren Hydraulikdruckraum das erfindungsgemäße
Verfahren zur Überwachung der auftretenden Leckagen zur Anwendung gelangt;
- Fig. 2a
- im Diagramm den Druckverlauf über der Zeit während des Druckhubes und des Saughubes
der Pumpe mit einem zeitlichen Verlauf des Schnüffelfensters bei intakter Pumpe und
- Fig. 2b
- mit einem zeitlichen Verlauf des Schnüffelfensters bei erhöhter Hydraulikleckage.
[0025] Fig. 1 zeigt im Schnitt eine übliche Membranpumpe, auf deren nähere Beschreibung,
weil beispielsweise aus
DE 101 43 978 A1 bekannt, verzichtet werden kann. Im vorliegenden Fall handelt es sich jedoch darum,
die im Hydraulikdruckraum 1 der Pumpe auftretenden Leckagen dadurch zu überwachen,
daß der Zeitpunkt, zu dem der einer Leckergänzung dienende Schnüffelvorgang eingeleitet
wird, kontinuierlich überwacht und mit einem Referenzwert verglichen wird, wobei eine
vorbestimmte Abweichung zwischen beiden Werten eine Leckageanzeige auslöst.
[0026] Derartige Leckagen können, wie erwähnt, an der Kolbenabdichtung 2 auftreten oder
aber beim Druckbegrenzungsventil 3 sowie auch beim - nicht näher dargestellten - Leckergänzungsventil.
[0027] In Fig. 2a ist der typische Druckverlauf im Hydraulikdruckraum 1 während eines Hubzyklus
der Membrandosierpumpe dargestellt. Hierbei zeigt sich, daß am Ende des Saughubes,
wenn sich der Pumpenkolben 4 im hinteren Totpunkt befindet, der eigentliche Schnüffelvorgang
beginnt, welcher der Leckergänzung im Hydraulikdruckraum 1 dient. Hierbei beginnt
bei intakter Pumpe der Schnüffelvorgang zum Zeitpunkt t
1 und endet zum Zeitpunkt t
2.
[0028] Wenn demgegenüber im Hydraulikdruckraum 1 eine erhöhte Hydraulikleckage auftritt
bzw. aufgetreten ist, beginnt der Schnüffelvorgang, wie in Fig. 2b dargestellt, bereits
zum Zeitpunkt t
3. Dieser vom Wert t
1 abweichende Wert t
3 löst dann eine Leckageanzeige aus, wenn die Abweichung zwischen beiden Werten einen
vorbestimmten Wert überschreitet.
[0029] Der Zeitpunkt t
1 kann auf unterschiedliche Weise vorgegeben und erfaßt werden.
- 1.) durch eine Referenzmessung an der intakten Pumpe
- 2.) durch eine Auswahl aus vordefinierten Werten, z.B. aus einer Matrix mit definierten
Werten für unterschiedliche Pumpenausführungen und Betriebsbedingungen,
- 3.) durch eine rechnerische Ermittlung aus Pumpen- und Betriebsdaten, wie Förderdruck,
Pumpendrehzahl, Hydraulikfluidart und -temperatur. Dazu kann es vorteilhaft sein,
den Betriebsdruck, die Pumpendrehzahl und die Temperatur des Hydraulikfluids kontinuierlich
zu erfassen.
[0030] Die Methoden gemäß Ziff. 1.) und 3.) lassen sich in vorteilhafter Weise kombinieren,
indem ein Referenzwert im Betrieb ermittelt wird und Veränderungen rechnerisch bestimmt
werden.
[0031] Die Methode 3.) bzw. die Kombination aus 1.) und 3.) ist besonders vorteilhaft bei
wechselnden Betriebsverhältnissen anzuwenden, da sich die Zeitdauer des Schnüffelvorganges
im praktischen Betrieb ändern kann, ohne daß eine Störung vorliegt.
1. Verfahren zur Überwachung der Leckagen im Hydraulikdruckraum einer Membranpumpe,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zeitpunkt (t3), zu dem der einer Leckergänzung dienende Schnüffelvorgang eingeleitet wird, kontinuierlich
überwacht und mit einem Referenzwert (t1) verglichen wird, wobei eine vorbestimmte Abweichung (Δt1 - t3) zwischen beiden Werten (t3 bzw. t1) eine Leckageanzeige auslöst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des zeitlichen Beginns des Schnüffelvorgangs der Kurbelwinkel des
Pumpentriebwerks überwacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Beginn (t1 bzw. t3) und Ende (t2) des Schnüffelvorganges durch Überwachung eines absoluten Druckwertes im Hydraulikdruckraum
(1) erfaßt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Druckwert auf die Änderung seines Druckgradienten überwacht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Druckgradienten pro Zeiteinheit bzw. pro Kurbelwinkelgrad erfaßt
und daß eine Leckageanzeige erst bei Überschreiten eines vorbestimmten Wertes ausgelöst
wird.
1. Method for monitoring leakage in the hydraulic pressure chamber of a diaphragm pump,
characterised in that the time point (t3) at which the snifting process, which serves for leakage compensation, is initiated
is continuously monitored and compared with a reference value (t1), wherein a pre-determined deviation (Δt1-t3) between the two values (t3 and t1) triggers a leak indicator.
2. Method according to claim 1, characterised in that, for monitoring the time of the start of the snifting process, the crank angle of
the pump drive mechanism is monitored.
3. Method according to claim 1, characterised in that the start (t1 or t3) and end (t2) of the snifting process are detected by monitoring an absolute pressure value in
the hydraulic pressure chamber (1).
4. Method according to claim 3, characterised in that the absolute pressure value is monitored for a change in the pressure gradient thereof.
5. Method according to claim 4, characterised in that the change in the pressure gradient per time unit or per degree of the crank angle
is detected and that a leak indicator is triggered only in the event that a pre-determined
value is exceeded.
1. Procédé pour la surveillance de fuite dans une chambre à pression d'une pompe hydraulique
à membrane,
caractérisé en ce que l'instant (t3) auquel une opération de reniflage servant à compléter des fuites est
amorcée est surveillé de façon continue et comparé à une valeur de référence (t1),
dans lequel un écart prédéterminé (Δt1 - t3) entre les deux valeurs (t3 et t1) déclenche
une indication de fuite.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la surveillance du commencement temporel de l'opération de reniflage, on surveille
l'angle de la bielle du système d'entraînement de la pompe.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commencement (t1 ou t3) et la fin (t2) de l'opération de reniflage sont détectés
par surveillance d'une valeur de pression absolue dans la chambre à pression hydraulique
(1).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur de pression absolue est surveillée vis-à-vis de la variation de son gradient
de pression.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la variation du gradient de pression par unité de temps, ou encore par degré de l'angle
de la bielle, est détectée, et en ce qu'une indication de fuite est déclenchée uniquement lors du dépassement d'une valeur
prédéterminée.