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EP4143439A1 - State detection on eccentric screw pumps - Google Patents

State detection on eccentric screw pumps

Info

Publication number
EP4143439A1
EP4143439A1 EP21722421.1A EP21722421A EP4143439A1 EP 4143439 A1 EP4143439 A1 EP 4143439A1 EP 21722421 A EP21722421 A EP 21722421A EP 4143439 A1 EP4143439 A1 EP 4143439A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
sensor
state
eccentric screw
screw pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21722421.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael ROLFES
Nadja Hüdepohl
Peter HARTOGH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vogelsang GmbH and Co KG
Original Assignee
Vogelsang GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vogelsang GmbH and Co KG filed Critical Vogelsang GmbH and Co KG
Publication of EP4143439A1 publication Critical patent/EP4143439A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/02Stopping, starting, unloading or idling control
    • F04B49/022Stopping, starting, unloading or idling control by means of pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C14/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/28Safety arrangements; Monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C2250/00Geometry
    • F04C2250/20Geometry of the rotor
    • F04C2250/201Geometry of the rotor conical shape
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C2270/00Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/16Wear
    • F04C2270/165Controlled or regulated
    • 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
    • F04C2270/00Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/17Tolerance; Play; Gap
    • F04C2270/175Controlled or regulated
    • 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
    • F04C2270/00Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/80Diagnostics

Definitions

  • the invention relates to an eccentric screw pump, with a pump housing with a pump inlet opening and a pump outlet opening, a stator arranged in the pump housing, a rotor of a drive unit arranged in the stator, comprising a drive motor and a drive shaft which connects the drive motor to the rotor for transmitting a torque, wherein the rotor is guided for a rotating movement around a rotating axis in the stator and a state sensor for detecting a state variable of the eccentric screw pump .
  • Eccentric screw pumps are used to convey various media in a variety of applications. Eccentric screw pumps work on the principle of a volume displacement pump and for this purpose have a rotor which is driven in a rotation around its own rotor longitudinal axis in a stator, this rotor longitudinal axis in turn being rotated around a spaced apart, usually parallel, stator longitudinal axis, so that a Rotation of the rotor about the longitudinal axis of the stator and a rotation of the rotor about the longitudinal axis of the rotor as an eccentric rotation results in a superimposed movement of the rotor in the stator.
  • Eccentric screw pumps can be used for defined and plannable volume delivery by executing a certain number of revolutions that are proportional to the desired delivery volume.
  • Eccentric screw pumps are often used in plant construction and are often used to supply a liquid loaded with foreign bodies.
  • a failure of the eccentric screw pump is often synonymous with a longer downtime of the entire plant, which is associated with considerable disadvantages for the user.
  • a failure of an eccentric screw pump can be traced back to many causes.
  • a frequent cause of failure is excessive wear on the stator, which in many types of eccentric screw pumps is made as a jacket construction from a rubber material or other elastomer, and in which there is a rotor made of metal, so that the wear that occurs between the rotor and stator is often essentially Affects stator side.
  • the tumbling form of movement caused by the eccentric movement also requires a corresponding mounting and, on the drive side, a corresponding torque transmission via a wobble shaft, which is often designed with two cardan joints.
  • the wobble shaft is designed as a flexural torsion bar, which means that the two cardan joints in the drive train can be dispensed with and a cause of wear and failure can be avoided.
  • this design is not suitable for pumps with a high throughput volume, because larger eccentricities are advantageous here and is therefore limited to smaller pump designs.
  • An eccentric screw pump type is previously known from EP 2 944 819 B1, which enables a greatly reduced repair time for replacing a rotor or stator of the eccentric screw pump.
  • DE 100 63 953 A1 provides for the monitoring of certain operating parameters of an eccentric screw pump by arranging pressure transducers, temperature sensors and vibration sensors in the area of the joints or bearings or in the area of the rotor or stator.
  • This measuring principle follows an approach which for other types of pumps, namely for example from JP 60-150491 A or DE 19649766 A already known principle of condition monitoring by evaluating temperature or vibration values to gain a statement about the wear condition of the pump.
  • this approach is based on the fact that due to the specific vibration state caused by the eccentric movement in eccentric screw pumps, an arrangement of several different sensors is provided in order to be able to detect an operating state that indicates wear from the normal operating state of the eccentric screw pump with sufficient reliability.
  • this sensor arrangement in the pump outlet also makes it easier to assemble and disassemble than with the previously known solutions.
  • the arrangement of the sensor has the disadvantage that a statement about the operating pressure of the pump, and indirectly derived from this, a statement about the torque should be made by means of a specific evaluation method and by comparison to calibrated comparison values, which to a considerable extent depends on the pumped medium and influences depends in the pipe network at the pump outlet. Conditions of wear and tear, in particular those that require maintenance, or make this necessary at a predictable point in time in the future, cannot be reliably detected with this measured value acquisition and evaluation.
  • an eccentric screw pump with a conical design of rotor and stator which provides an axial adjustment option between rotor and stator and thereby allows adjustment of the gap between rotor and stator.
  • the starting behavior and the stopping behavior of the pump can be designed by controlling the axial infeed by means of an axial infeed from rotor to stator, and if there were knowledge of the wear and operating conditions of the pump, such an axial adjustment between rotor and stator can be more wear-intensive Operating state, if it is recorded, can be avoided in very rapid control, quasi in real time, specifically in the form of a control behavior or a control loop.
  • a state variable is detected directly on the rotor or on the drive shaft.
  • a state variable is to be understood here as a physical variable that is detected by means of a sensor device.
  • This physical variable can be, for example, a temperature, a fluid pressure, a strain, a material tension, an alignment with respect to the direction of gravity, a speed according to absolute height and / or direction, or an acceleration according to absolute height and / or direction.
  • this state variable is detected either by a state sensor which, according to a first alternative, is arranged on the rotor or the drive shaft. In this first alternative, the state sensor is therefore attached directly to the rotor or the drive shaft.
  • the condition sensor can for example be fastened to the outer surface of the rotor or drive shaft, embedded in it, or arranged and fastened in an inner cavity of the rotor or the drive shaft, in particular in such a way that, starting from a cavity of a formed rotor or a hollow shaft as the drive shaft, the condition sensor is arranged on an inner surface of this cavity or, starting from this cavity, in a channel which extends to the outer surface of the rotor or drive shaft and can optionally also penetrate this outer surface, is arranged.
  • the state variable can, according to the invention, take place by means of a state sensor which is connected to the rotor or the drive shaft by means of a signal line and is itself spaced apart from the rotor and drive shaft.
  • the condition sensor is arranged at a distance from the rotor or drive shaft and is connected to the rotor or drive shaft by means of a signal line.
  • an objectively designed signal line i.e. no data transmission by radio waves or the like, is designed to convey a physical state variable via the signal line from a detection point on the rotor or on the drive shaft to the state sensor.
  • a pressure that is detected directly on the surface of the rotor or drive shaft can be diverted away from the detection location and detected elsewhere by the condition sensor.
  • the signal line extends from the condition sensor to an end point that is arranged directly on the rotor or on the drive shaft, as explained above for the condition sensor arranged directly on the rotor or on the drive shaft.
  • a direct measured variable is recorded on the eccentric screw pump, which enables a direct conclusion to be drawn about a measured value relevant to the operating state of the eccentric screw pump.
  • This direct detection makes it possible, on the one hand, to directly record physical quantities that are directly related to the rotation of the rotor or the drive shaft, for example pressure ratios, accelerations or vibration values, such as an amplitude or a frequency of the pressure or an acceleration caused by the rotation capture in real time.
  • a temperature and its possible rise can also be detected in real time at a position at which a temperature peak typically occurs within the entire eccentric screw pump.
  • vibration measurements by means of a sensor arranged, for example, on the outer wall of the housing, the transport and propagation of the vibration waves from the source to the sensor must always be taken into account when evaluating the vibration signal.
  • Material and structural dynamic properties play a role here, such as the The rigidity of the overall structure and the resulting natural frequencies play a decisive role.
  • the damping properties of the conveyed medium and the stator are a decisive disadvantage of this. Due to the many influencing factors, a complex structural analysis of the system and a modal analysis of the measurement signal are necessary.
  • condition sensor Due to the arrangement of the condition sensor on the rotor or the drive shaft, the condition sensor rotates with the rotor or the drive shaft and can thus record a 360 ° profile, whereby a cross-sectional measurement of the condition is achieved.
  • the informative value of such a measurement is much better and more precise than a measurement with a condition sensor arranged in a stationary manner on the eccentric screw pump.
  • the invention is based, inter alia, on the knowledge that an indirect acquisition of physical quantities and a calculation derived therefrom of critical operating parameters that can be derived therefrom on the one hand has the disadvantage that monitoring in real time due to the necessary comparative calculations, the necessary calculation steps per se and the necessity To compare integral time periods in this case is not reliable and sufficiently effective it enables an operating state that would lead to increased wear to be recognized and avoided by appropriate control measures.
  • real-time recording of the state variable on the rotor or the drive shaft is also suitable for controlling control variables of a conically designed rotor-stator arrangement in such a way that predetermined operating states of the eccentric screw pump are targeted by axial adjustment between rotor and stator or by adjusting the eccentricity or predetermined operating state curves of the eccentric screw pump are run through in a closed control loop.
  • the state sensor is arranged within the rotor or within the drive shaft or the signal line ends within the rotor or within the drive shaft.
  • the state variable is detected within the rotor or the drive shaft.
  • the rotor or the drive shaft can be designed with an inner cavity, for example designed as a roll rotor or as a hollow shaft, and the condition sensor or the end of the signal line can then be arranged and fastened in this cavity.
  • condition sensor is connected to an electronic evaluation unit in a wired manner via a sensor cable and the sensor cable or if the signal line runs within a section of the drive shaft and possibly within a section of the rotor.
  • a sensor signal cable runs, which carries the sensor signal electrically or as a light guide or in some other way from the condition sensor attached to the drive shaft or to the rotor leads to an electronic evaluation unit, or in the case of a condition sensor arranged at a distance from the drive shaft or the rotor, the signal line runs through a section of the drive shaft and possibly within a section of the rotor. This course enables a protected placement of the sensor signal cable or the signal line.
  • the sensor cable or the signal line can extend along the entire drive shaft and along the entire drive train to the end point or attachment point of the condition sensor on the rotor or on the drive shaft and in this case run in sections through the drive shaft or the rotor or both. fen. This enables an overall protected course of the sensor cable or the signal line and a routing of the sensor signal by means of corresponding transmission elements from the rotating shaft of the drive train to a stationary transmission unit.
  • the drive shaft is a wobble shaft, which is connected at its end facing the drive motor with the drive motor for rotation about a drive axis, and at its end facing the rotor with the rotor for rotation around a rotor axis and the superimposed Rotation is connected to an eccentric axis spaced from the rotor axis.
  • the eccentric rotational movement of the rotor is transmitted by means of a wobble shaft as the drive shaft.
  • This wobble shaft is rotatably mounted on the connection side to the drive motor and connected to the rotor at the connection point to the rotor and carries out the eccentric rotational movement of the rotor and the rotational movement of the rotor about its longitudinal axis at this point.
  • This wobble wave can basically be designed as a flexible rod in order to transmit a rotation around small eccentricities.
  • the wobble shaft has a wobble shaft center section, a first cardan joint and a second cardan joint, and the first cardan joint is inserted between the wobble shaft center section and the drive motor and the second cardan joint is inserted between the wobble shaft center section and the rotor.
  • Such a configuration provides a wobble shaft that is also suitable for large eccentricities and high torques, in that two spaced-apart universal joints are provided.
  • a universal joint is to be understood as any joint that a rotation with a can transmit angled shaft guide, for example, a pin joint or other designs.
  • the sensor cable or the signal line is led into the first and / or the second cardan joint, or is passed through the first and optionally through the second cardan joint, or around the first and / or the second cardan joint. or the second universal joint is passed around.
  • introduction or passage through the first and / or the second universal joint is advantageous, in particular this can also be combined with passage of the sensor cable or the signal line through the central section of the wobble wave.
  • wobble shafts with universal joints are sealed against the pumped medium by means of a protective hose that is arranged around and seals each universal joint, or a protective hose that extends over both universal joints and the central section of the wobble shaft, sealed against the pumped medium.
  • the sensor cable or the signal line can also be laid between this protective hose and the wobble shaft and is thus also laid so that it is protected from the pump medium.
  • the sensor cable or the signal line can also be incorporated into such a protective tube or placed between two protective tubes arranged as a double sheath or the like in order to protect the sensor cable from mechanical stresses caused by the wobble wave.
  • first universal joint is enclosed by a first sealing sleeve and the second universal joint is enclosed by a second sealing sleeve or the first and second universal joint and the tumbling shaft are enclosed by a sealing sleeve, and that in the first and / or or the second sealing sleeve or a pressure sensor is arranged in the sealing sleeve, or a pressure line is guided into the first and / or the second sealing sleeve or in the sealing sleeve and a pressure sensor is in fluid connection with the pressure line for detecting the pressure in the first and / or second sealing sleeve or in the sealing sleeve, and the pressure sensor are connected for signaling purposes to an evaluation device which is designed to detect the pressure within the first and / or second sealing sleeve or within the sealing sleeve by means of the pressure sensor, the pressure sensor preferably being the Pressure of a pressure line guided into the first and / or the second sealing collar or into the sealing envelope or pressure
  • a pressure sensor is arranged within one of the sealing sleeves or the sealing sleeve or a pressure sensor in each of the sealing sleeves, or a pressure line is used as the signal line, which correspondingly into a first or second sealing sleeve around the first or second universal joint or in a common sealing sleeve of the first or second universal joint is inserted and detects a pressure within these sealing sleeves or the sealing sleeve.
  • a first pressure sensor can also be provided, which is arranged inside the first sealing sleeve or is connected to a pressure line that opens into the first sealing sleeve, and a second pressure sensor, which is arranged inside the second sealing sleeve or is connected to a pressure line, which is in the second sealing sleeve opens.
  • the invention enables the sealing sleeve to be sealed or replaced before such wear has occurred, which then necessitates an expensive repair with replacement of one or both universal joints and possibly further bearing elements. It is particularly advantageous if a pressure medium is fed into the sealing sleeve or sealing sleeve via a pressure line. If a pressure line is provided as a signal line, this can also be done via this signal line. This makes it possible to build up and maintain a pressure within the sealing sleeve.
  • this makes it possible to generate a distance between the sealing sleeve or sealing sleeve and the cardan joints, as a result of which mechanical damage to the sealing sleeve or sealing sleeve by the cardan joint can be avoided.
  • a defined pressure can be generated within the sealing sleeve or sealing envelope, so that a pressure drop can be reliably determined and differentiated from pressure influences that are generated by the conveyed medium itself.
  • the status sensor is connected to an electronic evaluation unit for signal transmission and the electronic evaluation unit is designed to detect a discrepancy between an sensor based on the state sensor data detected ACTUAL state of a predetermined target state to compare this determined deviation with a predetermined permissible deviation and then, if the determined deviation exceeds the permissible deviation, output an alarm signal.
  • the electronic evaluation unit is designed to receive a condition sensor signal as the actual condition, to compare the condition sensor signal with a stored normal condition sensor signal as the TARGET condition and to calculate the determined deviation as the difference between the condition sensor signal and the normal condition sensor signal, as predetermined permissible deviation to use a predetermined permissible deviation value, and to output a value alarm signal as an alarm signal.
  • the detection of a sensor signal from the condition sensor which signals an unfavorable operating condition, that is to say an operating condition that causes or will cause increased wear, is based on a comparison of target and actual data.
  • the target data are stored in electronic form, for example as a data value, data value curve, algorithmic description of a data value curve or as a comparison table with several target values for different operating states of the eccentric screw pump.
  • the setpoint data can be predetermined and stored in advance, that is to say given to the eccentric screw pump ex works, so that they contain characteristic values that are characteristic and constant for the type of eccentric screw pump.
  • the setpoint data can be defined, for example, by the pump's own structural properties such as the eccentricity, constant state values, and load values defined by the drive train.
  • the setpoint data can, however, also be determined as a reference or calibration value when pumping a specific medium, in order then to be stored.
  • This reference or calibration value can, for example, be determined by the user when pumping a certain medium for the first time or when starting up the pump for the first time in a certain installation situation and is then used for comparison during further monitoring, i.e. during subsequent measurements of an actual value, so that critical changes are can be recognized immediately compared to the original reference or calibration value.
  • any deviation of the actual data from the target data can be output as an alarm.
  • the electronic evaluation unit is designed to receive state sensor signals, to determine a state change value as the ACTUAL state from at least two chronologically consecutive state sensor signals, and to compare the state change value with a stored normal state change value as the target state to calculate the detected deviation as the difference of the state change value from the normal state change value, to use a predetermined allowable deviation change value as the predetermined allowable deviation, and to output a change alarm signal as an alarm signal.
  • the electronic evaluation unit is designed to receive state sensor signals, to determine a rate of change of state as the ACTUAL state from at least three successive state sensor signals, and to compare the rate of change of state with a stored rate of normal state change as the target state, the determined deviation - Calculation as the difference of the rate of change of state from the normal rate of change of state, to use a predetermined permissible speed deviation as the predetermined permissible deviation, and to output a rate of change alarm signal as an alarm signal.
  • a status change signal is determined that characterizes the changes of two chronologically successive actual values.
  • This status change signal can be understood as the first time derivative of the status signal and often provides an assessment basis for a critical operating status that has occurred or is imminent, better than the absolute value of a status signal.
  • a rate of change of state can be determined from successive state sensor signals in which the second time derivative of the state signal is to be understood.
  • a large increase in pressure in the eccentric screw pump or a very rapid change in the rise or fall in pressure can indicate a closed state on the pressure side of the pump or a closed state on the suction side of the pump and can be detected at an early stage in order to activate the eccentric screw pump to accomplish.
  • a large rise in temperature or a large rate of change in the rise in temperature that is to say an accelerating rise in temperature, can signal dry running even when the absolute temperature has not yet reached a critical state value.
  • a real-time reaction of the control of the eccentric screw pump can be achieved by monitoring the status, the occurrence of damage and Can prevent wear and tear.
  • the electronic evaluation unit is designed to compare a plurality of chronologically sequential ACTUAL states with a plurality of chronologically sequential TARGET states and to calculate a deviation characteristic value from the comparison as the deviation determined predetermined permissible deviation to use a predetermined permissible deviation parameter.
  • a predetermined deviation is used for the determined changes in the state variables or changes in the rate of change of the state variables in order to enable operation within a tolerance window that is considered to be uncritical and to trigger a corresponding alarm when this tolerance window is exceeded.
  • the eccentric screw pump has a rotor with a conical envelope and a conically tapering stator interior and the rotor and the stator can be adjusted relative to one another in the axial direction by means of an axial actuator, the electronic evaluation unit is connected to the axial actuator for signal transmission and is designed to control the actuator in order to carry out an axial adjustment between the rotor and stator, to detect a plurality of chronologically successive status sensor signals of the status sensor during the axial adjustment process.
  • a conically tapering Rotor and stator enables the radial gap between the rotor and stator to be adjusted, in that an axial adjustment movement takes place between the rotor and stator.
  • the stator can be designed to be stationary and the rotor can be axially adjustable.
  • the axial adjustment device can in particular be designed in such a way that an axial adjustment of the rotor can take place during ongoing operation, for example in that the rotor together with the wobble shaft and drive motor can be adjusted axially.
  • a controllable actuator can be used, for example, which can preferably set a predetermined axial position via a displacement sensor.
  • the drive motor or other parts of the drive train can also be designed to be axially fixed and connected to the rotor by means of a torque-transmitting axial thrust connection.
  • the axial adjustment movement of the rotor typically influences the status signal and can be used to achieve a change in the status signal.
  • At least one status signal is recorded during the adjustment process, preferably several consecutive status signals.
  • the axial adjustment movement can take place as a function of the status signals. This can be done by controlling the axial adjustment or a closed control loop in which the status signal is used as an input or reference variable and the axial adjustment movement is used as an output or control variable.
  • the axial adjustment between rotor and stator allows a spontaneous correction of the operating status of the eccentric screw pump. It can be used to optimize the start-up behavior of the pump, for example to achieve a power-saving run-up with a larger gap and then to reduce the gap after the desired speed has been reached or during run-up.
  • the axial adjustment can be carried out by monitoring a status signal such as the drive power, the torque or the temperature until there is a gap between the rotor and stator that is ideal for pump efficiency and wear.
  • condition sensor is arranged on the drive shaft or the rotor and is further connected to a condition sensor data transmission module for wireless transmission of condition data to a data receiver outside the eccentric screw pump, the condition sensor and the condition sensor data transmission module for receiving electrical energy with an energy converter is connected, which is arranged on the rotor or on the drive shaft and which is designed to convert kinetic or thermal energy acting on it into electrical energy.
  • the status sensor is arranged as an independent module on the rotor or drive shaft and transmits the status data wirelessly to a receiver spaced therefrom.
  • the one for the status data acquisition is provided via an energy converter, which is also arranged on the rotor or the drive shaft and directly connected to the state sensor for energy transmission or designed as a common module with this.
  • the energy converter can be designed, for example, in such a way that it generates electrical energy from the rotational movement, an acceleration or oscillation resulting therefrom, by induction.
  • Other types of converters can also be used, for example thermal converters that generate electrical energy from a temperature of the pumped medium.
  • the energy converter is selected from: a converter based on the electromagnetic induction principle, which converts a relative rotational movement of the rotor or the wobble shaft with respect to a pump housing into electrical energy, a converter based on the electromagnetic induction principle, which converts one of the rotation of the rotor or the wobble shaft around a rotor axis and the rotation of the rotor around an eccentric axis converts the resulting reciprocal acceleration of the rotor or the wobble shaft into electrical energy, or a converter based on a thermoelectric principle that converts a temperature gradient into electrical energy, the converter is arranged in particular in an area that is exposed to a temperature gradient between the conveyed medium and a pump component such as the rotor, the wobble shaft or the stator.
  • two state sensors are arranged on the rotor, which are arranged at two positions spaced apart from one another and the positions have a phase offset of the measured state variable, the phase offset preferably being due to an axial spacing of the state sensors that is greater or smaller than an integral multiple the pitch of the rotor, or is achieved by an angular distance between the two condition sensors that is not equal to an integral multiple of 360 ° divided by the number of thread turns of the rotor.
  • a simultaneous, phase-shifted measurement of two state variables is achieved.
  • phase offset is to be understood as a detection of the two state variables within a periodic curve, which occurs at two points of the periodic course takes place which are not spaced from one another by exactly an integral multiple of the wavelength of the periodic course. If these two state variables are recorded by means of two state sensors on a three-flight eccentric screw rotor, this can be done in different positioning methods.
  • the phase offset can be achieved, for example, in that the two state sensors are not spaced apart from one another in the axial direction - i.e. lie in a cross-sectional plane of the rotor - but have an angular offset in this cross-sectional plane that differs from the quotient 360%, where n is the number corresponds to the threads of the rotor.
  • a phase-shifted measurement could be carried out with a three-speed rotor if the state sensors are offset from one another by an angle that is not equal to 120 ° or 240 °, that is to say, for example, are offset from one another by 90 ° or 180 °.
  • the angular offset would have to be unequal to 180 ° in order to achieve a phase-shifted measurement, with a four-turn rotor unequal to 90 °, 180 ° and 270 °. It must be taken into account that in eccentric screw pumps, the principle of the number of threads on the stator is always one higher than the number of threads on the rotor.
  • a phase-shifted measurement can also be achieved if the status sensors have an angular offset that corresponds to the quotient 360%, in that the status sensors are axially spaced apart by a distance that is not a multiple of the pitch of the thread of the rotor.
  • the division is to be understood as the axial distance between two adjacent thread peaks and corresponds to the pitch for a single thread and to the quotient of pitch / number of thread turns (n) for a multi-start thread.
  • a phase offset can be set in that the state sensors are spaced apart from one another by an axial distance which corresponds to half the division, so that a phase offset of half a wavelength is achieved.
  • the state sensor is a temperature sensor, a pressure sensor, a vibration sensor, or an acceleration sensor.
  • an evaluation by means of a comparison with a previously stored and / or calibrated master curve can provide information about an equilibrium temperature that is being established.
  • a detailed analysis of the course of the curve, taking into account the slope and curvature, allow additional evaluation options.
  • the relaxation time constant correlates with the dynamic properties of the stator's elastomer jacket.
  • a comparison of the area integrals describes the damping performance during the running-in phase.
  • a pressure difference can be determined by a measurement using two or more pressure sensors axially spaced along the rotor axis, which can be used, for example, for a volume flow calculation.
  • Fig. 1 is a longitudinal sectional view of an eccentric screw pump according to the invention
  • FIG. 3 shows a view according to FIG. 2 of a second embodiment of the invention
  • FIG. 4a shows a longitudinal sectional partial view of a third embodiment of the invention
  • FIG. 4b shows a view according to FIG. 4a of a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 4c shows a view according to FIG. 4a of a fifth embodiment of the invention
  • FIG. 4d shows a view according to FIG. 4a of a sixth embodiment of the invention
  • FIG. 4e shows a view according to FIG. 4a of a seventh embodiment of the invention
  • FIG. 4f shows a view according to FIG. 4a of an eighth embodiment of the invention
  • FIG. 4g shows a view according to FIG. 4a of a ninth embodiment of the invention
  • FIG. 4h shows a view according to FIG. 4a of a tenth embodiment of the invention
  • FIG. 4i shows a view according to FIG. 4a of an eleventh embodiment of the invention
  • FIG. 4j shows a view according to FIG. 4a of a twelfth embodiment of the invention
  • FIG. 4k a view according to FIG. 4a of a thirteenth embodiment of the invention
  • FIG. 5a shows a schematic representation of the measuring process taking place on the wobble shaft or on the rotor according to a first embodiment
  • FIG. 5b shows a schematic representation of the measuring process taking place on the wobble shaft or on the rotor according to a second embodiment
  • 5c shows a schematic representation of the measuring process taking place on the wobble shaft or on the rotor according to a third embodiment
  • 6a shows a schematic representation of the course of three characteristic ones
  • FIG. 6b shows a typical schematic curve of three temperatures recorded on the rotor over time
  • 6c shows a typical schematic course of the movement of a sensor attached to the rotor in three directions over time in a normal operating state
  • 6d shows a typical schematic course of the movement of a sensor attached to the rotor in three directions over time in an operating state of a pump with advanced wear.
  • the pump has a stator 10, which has a cavity extending along a longitudinal axis A of the stator in the form of a coiled worm flight with two flights.
  • the stator 10 typically comprises a metal tube 11 or some other stable shell construction that encloses an elastomer jacket 12 that forms a cavity with the screw geometry on the inside.
  • a rotor 20 is arranged, which extends along a rotor longitudinal axis B, which runs parallel to the stator longitudinal axis A offset by the so-called “eccentricity”.
  • Eccentric screw pumps can be designed with rotors and stators of different numbers of gears. Basically, the number of turns of the rotor is always one gear higher than the number of turns of the stator for the functional principle.
  • the stator interior and the rotor can taper in the axial direction in the pumping direction (not shown), so that the end of the rotor facing an inlet opening 1 and the stator interior have a larger cross-sectional area than the end facing an outlet opening 2.
  • the rotor and stator are then arranged to be axially displaceable with respect to one another (axial movement Ax).
  • Axial infeed is then preferably possible during the rotational movement Ro of the rotor.
  • a start-up behavior of the pump can be optimized by the axial adjustment, for example by performing the axial adjustment as a function of the pumping behavior on the basis of the state variables. For example, it is possible to react to different viscosities of the pumped medium.
  • the rotor 20 is set in rotation about its longitudinal axis B of the rotor by a wobble shaft 30.
  • the wobble shaft 30 is here between the rotor and a drive input shaft, which is driven by a drive motor 40 via a belt drive 41, and transmits a rotational movement of the drive motor 40 to the rotor 20.
  • the wobble shaft 30 extends from a drive input end 30a, which is rotatably mounted in an inlet housing 50, to a drive output end 30b connected to the rotor.
  • the wobble shaft leads at the drive output end 30b
  • the wobble shaft can be guided by means of an eccentric bearing made by two rotary bearings with eccentrically offset axes, or it can be unguided so that the movement of the drive output end of the wobble shaft is defined by the guidance of the rotor in the stator.
  • the wobble shaft 30 has an input cardan joint at the drive input end 30a
  • the input cardan joint 31 is connected to the drive input shaft and via the belt drive to the output shaft of the drive motor 40.
  • the output cardan joint 32 is connected to the rotor.
  • the entire wobble shaft 30 is arranged in an inlet housing 50 and is bathed by a medium to be pumped which flows into the inlet housing 50 through an inlet opening 51. This represents the suction side of the pump.
  • the wobble shaft is therefore entirely surrounded by a protective sleeve 36 which extends over the input cardan joint 31, the shaft section 33 and the output cardan joint 32.
  • the rotor 20 and the stator 10 extend from an inlet end 10a attached to the inlet housing to an outlet housing 60 attached to an outlet end 20a Pump represents.
  • FIG. 2 shows a detail which shows the wobble shaft with the drive input shaft attached to it and the rotor attached to it.
  • a sensor 101 is inserted into a bore 102 in the rotor that extends in the radial direction relative to the longitudinal axis B of the rotor.
  • the sensor can be, for example, a temperature sensor, an acceleration sensor or a pressure sensor.
  • the rotor 20 also has a longitudinal bore 21 which extends along and coaxially to the longitudinal axis B of the rotor.
  • the sensor 101 is connected by means of a sensor signal line 110 which runs through the longitudinal bore 21 in the rotor, starting from there opens into a flange longitudinal bore 34 running coaxially with the longitudinal bore 21 in the connection flange of the output cardan joint 31. From this flange longitudinal bore 34, the sensor signal line 103 runs through a bore in the connection flange of the output cardan joint 31 that extends in the radial direction to the rotor longitudinal axis B to a position outside of the cardan joint 31.
  • the signal line then runs outside of the cardan joint 31, the shaft section 33 and the cardan joint 32, but within the protective cover 36 up to the input end of the wobble shaft 30.At this input end, the signal line runs analogously to the output end through a radial hole in the shaft section-side connection flange of the input cardan joint to an axial hole in the drive input shaft-side connection flange of the cardan joint, from there in a coaxial longitudinal bore in the drive input shaft.
  • the sensor signal line can then be routed to a rotary sensor signal transmission, which can be implemented, for example, in the form of several slip rings or the like, in order to route the sensor signal from the rotating part of the eccentric screw pump to a stationary part of the eccentric screw pump.
  • FIG. 3 shows a variant of the signal line routing.
  • the figure shows a basically identical structure as in Fig. 2.
  • the signal line is routed exclusively through axial longitudinal bores in the connection flange of the cardan output joint, the shaft section and the connection flange of the cardan input joint, in order to open into the longitudinal bore in the drive shaft .
  • the signal line also runs through corresponding cross bores in the bolts of the two cardan joints. It should be understood that the dimensions of the channels in which the signal line runs are correspondingly large, so that the signal line remains free of shear and therefore damage even with the wobbling movement that occurs during operation and the kinking of the cardan joints.
  • the drive input shaft can be fastened to the input-side universal joint by means of a central bolt which extends through partially or completely through the drive input shaft and is fastened to the universal joint to provide a conical fit between the drive input shaft and the Axial tensioning of the universal joint.
  • a central bolt which extends through partially or completely through the drive input shaft and is fastened to the universal joint to provide a conical fit between the drive input shaft and the Axial tensioning of the universal joint.
  • FIGS. 4a-k Different variants of the sensor arrangement on the rotor are shown in FIGS. 4a-k.
  • the sensors depicted in these figures can be pressure sensors, temperature sensors, acceleration sensors, vibration sensors, or other sensors. It should also be understood that the variants of the sensor arrangement shown in FIGS of these variants can be used, or that several sensors of different types can be arranged at a location shown in these variants.
  • the signal transmission principles and the energy supply of the sensors which are shown in these variants according to FIGS. 4a-k, can be combined with one another.
  • FIGS energy line 306 running for this purpose is to be supplied with energy.
  • an arrangement of the sensor in the outer surface of the rotor that this position on the one hand enables circumferential signal acquisition, i.e. signal acquisition over an angle of rotation of 360 ° around the longitudinal axis of the rotor or the longitudinal axis of the stator and thus enables a type of cross-sectional acquisition of the signal.
  • Another advantage of the arrangement of the sensor on the rotor, and especially when the sensor is arranged in the area of the outer surface of the rotor is the possibility of using this sensor to record signals of a characteristic value on the stator and a characteristic value on the rotor as well as a characteristic value of the conveyed medium during operation. This signal acquisition can take place in particular during one revolution of the rotor over 360 °.
  • This can in particular be a temperature measurement in which, depending on the angle of rotation of the rotor around the longitudinal axis of the rotor, the temperature of the stator is measured in certain angles, angular ranges or over the entire circumference in relation to the longitudinal axis of the stator and also the temperature of the conveyed medium.
  • the temperature of the rotor can also be detected by the sensor.
  • the sensor can also be designed as a sensor unit and can detect several measuring functions of the same or different physical quantities.
  • the sensor position shown in FIG. 4a can also be used for piezoelectric or capacitive vibration sensors in order to detect vibrations or accelerations of the rotor at this installation position of the sensor. These sensors can be single-axis or multi-axis measuring. Eddy current sensors can also be used at this position in order to measure the distance or position of the rotor.
  • FIG. 4b shows schematically a positioning of the sensor 401 that corresponds to FIG. 4a. In this installation variant, however, only the signal line 405 from the sensor to the receiving device is wired.
  • an energy converter 407 is arranged adjacent to the sensor, which converts temperatures or temperature gradients into electrical energy, as can be done, for example, with a Pellier element.
  • FIG. 4c shows a further variant in which the position of the sensor 501 and the signal line 505 corresponds to the sensor position according to FIG. 4a and the sensor is supplied with energy by means of an energy converter.
  • the energy converter is constructed according to the principle of induction, with corresponding magnets 508 in the inlet housing 50 as Fixed magnets or coil magnets are arranged and a coil 507 is located in the region of the output cardan joint or at the inlet end of the rotor, in which a current flow is triggered by induction.
  • the generator / dynamo acting in this way when the rotor rotates then generates the necessary electrical energy to supply the sensor via a short energy line 506.
  • FIG. 4d Another variant of the energy supply is shown in FIG. 4d.
  • a piezo transducer or an electrodynamic transducer 607 is arranged in the rotor, which generates electrical energy from the vibration caused by the eccentric rotational movement of the rotor and supplies the sensor 601 with it. Again, the signal is transmitted in a wired manner via a signal line 605
  • FIG. 4e and 4f show a variant in which two sensors 701a, b and 801a, b are arranged on the rotor in the same angular position with respect to the rotor longitudinal axis B but axially spaced from one another along the rotor longitudinal axis B.
  • the axial distance between the two sensors 701a, b is chosen so that both sensors are arranged in the area of a thread tip of the thread turn of the rotor, the axial distance thus corresponds to the pitch of the rotor thread, whereas in Fig.
  • the axial distance between the two sensors 801a, b is selected so that one sensor is arranged in the area of a thread tip and the other sensor in the area of a thread groove, the axial distance here thus corresponds to half the pitch of the rotor thread.
  • the sensors are supplied via a common power line 706, 806 and derive their signals via separate signal lines 705a, b and 805a, b.
  • FIG. 4g shows a further variant in which two sensors 901a, b are arranged on the rotor at the same axial distance as in FIG. 4e, but in this case not in the same angular position. For the purpose of measuring the phase offset, these sensors are positioned rotated by 180 ° around the longitudinal axis of the rotor.
  • the sensor is arranged centrally in the longitudinal axis of the rotor within the rotor and does not extend to an outer surface of the rotor.
  • the sensor is arranged approximately in the center of the rotor in the axial direction. This arrangement is particularly suitable for arranging a single or multi-axis vibration sensor or a gyroscope or a rotation sensor and thereby determining the movement, speed or acceleration to detect the movement of the sensor, which, due to the eccentric movement, enables a characteristic statement to be made about the operating state of the eccentric screw pump.
  • FIG. 4i shows a variant of the sensor arrangement in which the sensor 1101 is likewise not arranged up to the outer surface of the rotor, but rather remains inside the rotor. In contrast to the sensor position shown in FIG. 4h, however, the sensor is arranged at a radial distance from the longitudinal axis of the rotor and is located near the outer surface of the rotor.
  • FIG. 4j shows an embodiment in which a wired transmission of data or energy to the sensor 1201 is not required.
  • an energy converter 1207 is arranged adjacent to the sensor.
  • a radio transmission module 1209 is also arranged adjacent to the sensor in the rotor. In this way, the sensor signals can be transmitted to a receiver 1210 arranged outside the rotor, in particular outside the stator or the eccentric screw pump.
  • radio transmission module 1309 is also supplied with energy directly from the energy converter 1307 and transmits the signals to an external receiver 1310.
  • the senor is self-sufficient and is arranged on the rotor without the need for a cable-bound signal line or cable-bound power supply and is therefore particularly advantageous in terms of assembly and at the same time robust.
  • FIGS. 5a-5c show the basic principle of generating a measurement signal from a measurement parameter and the energy supply necessary for this to generate the measurement signal and to transmit this measurement signal.
  • 5a shows a sensor 2200 which detects a measurement parameter 2201 and generates and outputs a measurement signal 2204 via a microcontroller 2201.
  • the sensor is connected directly to a power supply 2203.
  • 5b shows a variant of the principle in which a sensor 2300 likewise detects a measurement parameter 2301 and outputs a measurement signal 2304 describing this measurement parameter via a microcontroller 2302.
  • the sensor is not directly connected to an external power supply. Instead, an energy converter 2305 is provided, which converts ambient energy 2303 into electrical energy for supplying sensor 2300 and microcontroller 2302. The energy converter transfers the generated energy to an energy management and storage module 2306, from which the sensor and the microcontroller are supplied with energy.
  • 5c shows a variant based on this, in which, in addition to the sensor 2400, which converts the measurement parameter 2401 into a measurement signal 2404 via a microcontroller 2402, an energy converter 2405, which converts ambient energy 2403 into electrical energy and transfers this to an energy management and storage module 2406 is present.
  • the energy management and storage module supplies the sensor and the microcontroller 2402 with electrical energy.
  • a converter or coupler which operates as a wireless transmission module 2407 and has an antenna 2408, is used to transmit the sensor signal 2404 to an external receiver.
  • FIGS. 6a-d show typical courses of some characteristic sensor signals which reflect measurement parameters that can be detected on the rotor or the wobble shaft.
  • FIG. 6a shows the dynamic rigidity 3001 (curve with triangles), the damping work 3002 (curve with rectangles) and the surface temperature 3003 of the stator (curve with dots) over the entire operating period 3010 in which an eccentric screw pump is operated, applied.
  • the damping work 3002 that is performed in the rubberized stator behaves in terms of its curve shape similar to the surface temperature 3003 of the stator.
  • the dynamic rigidity 3001 is initially high right at the beginning in the run-in phase 3011, then remains almost constant over the normal operating period 3012, and then drops during the fatigue failure phase 3013.
  • the effects that lie behind these curves are dependent on various factors and the cause of the curve cannot therefore be explained in general.
  • the initial fit between rotor and stator plays a role - an initially tight fit can lead to an initially large amount of frictional energy input, which then decreases.
  • the dynamic stiffness of the elastomer (the stator), for example, also plays a role, which describes the ability to propagate vibrations and thus the transport of energy / temperature.
  • 6b shows the temperature profile of the surface temperature 4020 of the stator over the time 4010 during the start-up behavior when an eccentric screw pump is started up once.
  • Three typical temperature profiles T1, T2 and T3 are shown, which could be recorded at three different time points at a measuring point on the stator by means of a sensor embedded in the rotor. All three temperature curves show a steep rise at the beginning, which then flattens out and levels off at a constant temperature level.
  • the temperature curve T2 represents a curve with the comparatively steepest rise, whereas the curve T1 does not rise as steeply, but increases by a difference DT12 to a higher temperature level than T2.
  • This more steeply rising temperature curve T2 correlates, for example, with a more rapidly decreasing dynamic stiffness or other properties of the elastomer of the stator.
  • the comparison of the stationary temperatures DT12 can, for example, signal a pumping situation of a medium with better lubrication properties and a lower temperature.
  • a temperature curve T3 with a flatter course and, in contrast, a constant temperature leveled off by a DT13 lower, can occur, for example, with an identical delivery medium at a lower speed of the pump.
  • FIG. 6c and 6d each show the measured values of a position, speed or acceleration 5020 of a position sensor which is arranged in the outer surface of the rotor or near the outer surface of the rotor and which can be implemented, for example, as a rotation sensor or gyro sensor, in the three Axis directions X, Y and Z over time 5010.
  • FIG. 6c shows a typical curve profile for an eccentric screw pump, which is in the normal operating state without significant wear.
  • FIG. 6d shows a pump operating state with advanced wear.
  • Fig. 6d shows a curve progression which has a significantly larger amplitude of the Z and Y values and also a considerable deviation of the X values from a constant progression with a clear, albeit irregular, oscillation of the rotor in the x direction. All of these three characteristic curves show increased wear on the eccentric screw pump, which can be seen from both radial and axial position fluctuations, accelerations and speeds.
  • the operating state of the pump can be monitored to ensure that unfavorable rotor movements due to, for example, misalignment or a wobbling movement (Fig. 6c and 6d) due to play of the rotor (caused by a decreasing preload of the rotor in the stator) can be detected.

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Abstract

The invention relates to an eccentric screw pump having a stator (10) located in a pump housing; a rotor (20) located in the stator (20); a drive unit comprising a drive motor (40) and a drive shaft (30) which connects the drive motor to the rotor for transmitting a torque, wherein the rotor is guided in the stator so as to rotate about a rotating axle; and a state sensor (101) for detecting a state variable of the eccentric screw pump, wherein the state sensor is located on the rotor (20) or on the drive shaft (30) or is connected to the rotor or to the drive shaft by means of a signal line, and is spaced apart from the rotor or the drive shaft, for detecting a state variable on the rotor or on the drive shaft.

Description

Zustandserfassung an Exzenterschneckenpumpen Condition detection on eccentric screw pumps
Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe, mit einem Pumpengehäuse mit einer Pumpeneinlassöffnung und einer Pumpenauslassöffnung, einem in dem Pumpengehäuse angeordneten Stator einem in dem Stator angeordneten Rotor einer Antriebseinheit, umfassend einen Antriebsmotor und eine Antriebswelle, die den Antriebsmotor mit dem Rotor zur Übertragung eines Drehmoments verbindet, wobei der Rotor für eine rotierende Bewegung um eine rotierende Achse in dem Stator geführt ist und einem Zustandssensor zur Erfassung einer Zustandsgröße der Exzenterschneckenpumpe.. The invention relates to an eccentric screw pump, with a pump housing with a pump inlet opening and a pump outlet opening, a stator arranged in the pump housing, a rotor of a drive unit arranged in the stator, comprising a drive motor and a drive shaft which connects the drive motor to the rotor for transmitting a torque, wherein the rotor is guided for a rotating movement around a rotating axis in the stator and a state sensor for detecting a state variable of the eccentric screw pump ..
Exzenterschneckenpumpen werden zur Förderung verschiedener Medien in einer Vielzahl von Anwendungsfällen eingesetzt. Exzenterschneckenpumpen arbeiten nach dem Prinzip einer Volumenverdrängerpumpe und weisen hierzu einen Rotor auf, der in eine Rotation um seine eigene Rotorlängsachse in einem Stator angetrieben wird, wobei diese Rotorlängsachse ihrerseits um eine von ihr beabstandete, in der Regel parallel verlaufende, Statorlängsachse rotiert wird, sodass eine Rotation des Rotors um die Statorlängsachse und eine Rotation des Rotors um die Rotorlängsachse als exzentrische Rotation hierzu eine überlagerte Bewegung des Rotors im Stator ergibt. Exzenterschneckenpumpen können zur definierten und planbaren Volumenförderung eingesetzt werden, indem eine bestimmte Anzahl an Umdrehungen ausgeführt wird, die proportional zu dem gewünschten Fördervolumen sind. Exzenterschneckenpumpen werden häufig im Anlagenbau eingesetzt und dienen oft zur Versorgung mit einer fremdkörperbeladenen Flüssigkeit. Insbesondere in dem Einsatzfeld im Anlagenbau, aber auch allgemein, ist ein Ausfall der Exzenterschneckenpumpe häufig gleichbedeutend mit einer längeren Stillstandszeit der gesamten Anlage, was mit erheblichen Nachteilen für den Benutzer verbunden ist. Eccentric screw pumps are used to convey various media in a variety of applications. Eccentric screw pumps work on the principle of a volume displacement pump and for this purpose have a rotor which is driven in a rotation around its own rotor longitudinal axis in a stator, this rotor longitudinal axis in turn being rotated around a spaced apart, usually parallel, stator longitudinal axis, so that a Rotation of the rotor about the longitudinal axis of the stator and a rotation of the rotor about the longitudinal axis of the rotor as an eccentric rotation results in a superimposed movement of the rotor in the stator. Eccentric screw pumps can be used for defined and plannable volume delivery by executing a certain number of revolutions that are proportional to the desired delivery volume. Eccentric screw pumps are often used in plant construction and are often used to supply a liquid loaded with foreign bodies. In particular In the field of application in plant construction, but also in general, a failure of the eccentric screw pump is often synonymous with a longer downtime of the entire plant, which is associated with considerable disadvantages for the user.
Ein Ausfall einer Exzenterschneckenpumpe kann auf viele Ursachen zurückzuführen sein. Eine häufige Ausfallursache ist ein übermäßiger Verschleiß des Stators, der bei vielen Bauarten von Exzenterschneckenpumpen als Mantelkonstruktion aus einem Gummimaterial oder sonstigem Elastomer gefertigt ist, und in dem sich ein aus Metall gefertigter Rotor befindet, sodass auftretender Verschleiß zwischen Rotor und Stator sich häufig im Wesentlichen auf Statorseite auswirkt. Die durch die Exzenterbewegung hervorgerufene tau- melnde Bewegungsform erfordert jedoch auch eine entsprechende Lagerung und antriebsseitig eine entsprechende Drehmomentübertragung über eine Taumelwelle, die häufig mit zwei Kardangelenken ausgeführt ist. Diese Kardangelenke befinden sich zudem bei vielen Konstruktionsformen von Exzenterschneckenpumpen im Einlassbereich des Stators und werden dadurch von dem geförderten Medium umspült, sodass die Belastung dieser Kar- dangelenke und gegebenenfalls aufgetretene Undichtigkeiten der Abdichtung der Kardangelenke auch zu einem Gelenkverschleiß oder Beschädigung von Lagern führen kann, was ebenfalls den Ausfall der Exzenterschneckenpumpe nach sich ziehen kann. A failure of an eccentric screw pump can be traced back to many causes. A frequent cause of failure is excessive wear on the stator, which in many types of eccentric screw pumps is made as a jacket construction from a rubber material or other elastomer, and in which there is a rotor made of metal, so that the wear that occurs between the rotor and stator is often essentially Affects stator side. The tumbling form of movement caused by the eccentric movement, however, also requires a corresponding mounting and, on the drive side, a corresponding torque transmission via a wobble shaft, which is often designed with two cardan joints. In many designs of eccentric screw pumps, these cardan joints are also located in the inlet area of the stator and are therefore washed around by the conveyed medium, so that the load on these cardan joints and any leaks in the sealing of the cardan joints can also lead to joint wear or damage to bearings, which can also result in the failure of the eccentric screw pump.
Um diesen Problemen zu begegnen, sind bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden. So wird beispielsweise bei Exzenterschneckenpumpen mit geringer Exzentrizität die Ausführung der Taumelwelle als Biege-Torsionsstab ausgeführt, wodurch auf die beiden Kardangelenke im Antriebsstrang verzichtet werden kann und hierdurch eine Verschleiß- und Versagensursache vermieden werden kann. Allerdings eignet sich diese Bauweise nicht für Pumpen mit hohem Durchsatzvolumen, weil hier größere Exzentrizitäten vorteilhaft sind und ist daher auf kleinere Pumpenbauarten beschränkt. Aus EP 2 944 819 B1 ist eine Exzenterschneckenpumpenbauart vorbekannt, welche eine stark verkürzte Reparaturzeit für den Austausch eines Rotors oder Stators der Exzenterschneckenpumpe ermöglicht. Erreicht wird dies durch eine spezifische Statorflanschgestaltung, die ein Herausschwenken des Stators mitsamt darin angeordnetem Rotor ermöglicht, ohne dass hierfür weitere, an die Exzenterschneckenpumpe angeschlossene Rohr- leitungen demontiert werden müssen oder sonstige Demontageschritte notwendig sind. Die für die Demontage des Rotors notwendige Lösung des Rotors von der Taumelwelle kann hierbei durch einen Hohlraum im Rotor selbst erfolgen, sodass auch ein Zugang in die Einlasskammer zur Demontage von einem dort angeordneten Flansch nicht erforderlich ist. Mit dieser wartungsfreundlichen Exzenterschneckenpumpenkonstruktion wird zwar ein erheblicher Vorteil im Wartungsfalle erreicht. Es ist jedoch darüber hinaus wünschenswert, die Notwendigkeit einer Wartung zu prognostizieren, um solche Wartungsvorgänge in den regulären Anlagenbetrieb besser einplanen zu können. Various solutions have been proposed to address these problems. For example, in eccentric screw pumps with low eccentricity, the wobble shaft is designed as a flexural torsion bar, which means that the two cardan joints in the drive train can be dispensed with and a cause of wear and failure can be avoided. However, this design is not suitable for pumps with a high throughput volume, because larger eccentricities are advantageous here and is therefore limited to smaller pump designs. An eccentric screw pump type is previously known from EP 2 944 819 B1, which enables a greatly reduced repair time for replacing a rotor or stator of the eccentric screw pump. This is achieved by a specific stator flange design that enables the stator and the rotor arranged therein to be swiveled out without further pipelines connected to the eccentric screw pump having to be dismantled or other dismantling steps being necessary. The removal of the rotor from the wobble shaft, which is necessary for dismantling the rotor, can take place through a cavity in the rotor itself, so that access to the inlet chamber for dismantling a flange located there is also not necessary. With this maintenance-friendly eccentric screw pump construction, a significant advantage achieved in the case of maintenance. However, it is also desirable to predict the need for maintenance in order to be able to better plan such maintenance processes in regular plant operation.
Zu diesem Zweck werden seit längerer Zeit unterschiedliche Ansätze verfolgt, um einen Betriebszustand, der eine Wartung erforderlich macht, an Exzenterschneckenpumpen zu erkennen. For this purpose, different approaches have been pursued for a long time in order to identify an operating state that requires maintenance on eccentric screw pumps.
So ist aus DE 100 63 953 A1 die Überwachung bestimmter Betriebsparameter einer Exzenterschneckenpumpe vorgesehen, indem im Bereich der Gelenke oder der Lagerung oder im Bereich des Rotors oder Stators, Druckmessumformer, Temperaturfühler und Schwingungssensoren angeordnet sind. Dieses Messprinzip folgt einem Ansatz, der für andere Pumpenbauarten, nämlich beispielsweise aus JP 60-150491 A oder DE 19649766 A bereits bekanntem Prinzip einer Zustandsüberwachung durch Auswertung von Temperatur oder Schwingungswerten eine Aussage über den Verschleißzustand der Pumpe zu gewinnen. Allerdings geht dieser Ansatz dahin, dass aufgrund des durch die Exzenterbe- wegung bei Exzenterschneckenpumpen hervorgerufenen spezifischen Schwingungszustand eine Anordnung mehrerer unterschiedlicher Sensoren vorgesehen ist, um einen auf Verschleiß hindeutenden Betriebszustand vom normalen Betriebszustand der Exzenterschneckenpumpe hinreichend verlässlich detektieren zu können. Dies führt bei diesem Ansatz allerdings zu einer nachteiligen Anordnung von vielen unterschiedlichen Sensoren, um eine Erfassung des Verschleißzustands zu erreichen. Neben dem Nachteil, dass hierdurch die Montage und Demontage der Exzenterschneckenpumpe zusätzlich erheblich erschwert wird, die Kosten der Exzenterschneckenpumpe steigen, hat sich zudem gezeigt, dass selbst mit diesem Aufwand mehrerer unterschiedlicher Sensoren ein tatsächlich zur Wartung nötiger Verschleißzustand nicht zuverlässig erkannt werden kann oder erst dann erkannt werden kann, wenn ein erheblicher Schaden eingetreten ist. Insbesondere ist es nicht möglich, Betriebszustände, die zu erhöhtem Verschleiß führen, zuverlässig präventiv zu erkennen. DE 100 63 953 A1 provides for the monitoring of certain operating parameters of an eccentric screw pump by arranging pressure transducers, temperature sensors and vibration sensors in the area of the joints or bearings or in the area of the rotor or stator. This measuring principle follows an approach which for other types of pumps, namely for example from JP 60-150491 A or DE 19649766 A already known principle of condition monitoring by evaluating temperature or vibration values to gain a statement about the wear condition of the pump. However, this approach is based on the fact that due to the specific vibration state caused by the eccentric movement in eccentric screw pumps, an arrangement of several different sensors is provided in order to be able to detect an operating state that indicates wear from the normal operating state of the eccentric screw pump with sufficient reliability. With this approach, however, this leads to a disadvantageous arrangement of many different sensors in order to achieve a detection of the state of wear. In addition to the disadvantage that this makes assembly and disassembly of the eccentric screw pump considerably more difficult, and the costs of the eccentric screw pump increase, it has also been shown that even with this effort of several different sensors, a state of wear that is actually required for maintenance cannot be reliably detected, or only then can be recognized when significant damage has occurred. In particular, it is not possible to reliably preventively detect operating states that lead to increased wear.
Aus DE 102005019063 B3 ist es bekannt, einen einzigen Schwingungssensor außen auf der Exzenterschneckenpumpe aufzusetzen und dessen Messergebnisse auszuwerten, um daraus auf bestimmte Betriebszustände bzw. Verschleißzustände zu schließen. Damit wird zwar dem Nachteil der erschwerten Demontage und erhöhten Kosten aufgrund der Vielzahl an Sensoren begegnet, jedoch kann auch mit diesem Stand der Technik keine zuverlässige Erkennung von Verschleißzuständen und Betriebszuständen, die zu erhöhtem Verschleiß führen, erreicht werden. Aus DE 102018 113347 A1 ist ein erneuter, jüngerer Ansatz vorbekannt, bei dem an einer Exzenterschneckenpumpe anhand einer Druckerfassung im Ausgang der Exzenterschneckenpumpe ein Betriebsparameter in Form des Betriebsdrucks oder des Drehmoments der Pumpe überwacht werden soll. Bei dieser Überwachung von Betriebsdruck/Drehmoment soll durch eine Signalauswertung mittels Fourier-Transformation eine Aussage überdiesen bestimmten Betriebsparameter getroffen werden. Grundsätzlich wird durch diese Sensoranordnung im Pumpenausgang zwar ebenfalls erreicht, dass eine leichtere Montage und Demontage als bei den vorbekannten Lösungen erzielbar ist. Jedoch hat die Anordnung des Sensors den Nachteil, dass mittels einer spezifischen Auswertungsweise und unter Vergleich auf kalibrierte Vergleichswerte eine Aussage zum Betriebsdruck der Pumpe, und daraus indirekt abgeleitet, eine Aussage zum Drehmoment getroffen werden soll, die in erheblichem Ausmaß vom gepumpten Medium und von Einflüssen im Leitungsnetzwerk am Pumpenausgang abhängt. Verschleißzustände, insbesondere solche, die eine Wartung erforderlich machen, oder diese zu einem planbaren Zeitpunkt in der Zukunft erfor- derlich machen, sind mit dieser Messwerterfassung und -auswertung nicht zuverlässig de- tektierbar. From DE 102005019063 B3 it is known to place a single vibration sensor on the outside of the eccentric screw pump and to evaluate its measurement results in order to infer certain operating conditions or wear conditions. This counteracts the disadvantage of more difficult dismantling and increased costs due to the large number of sensors, but even with this prior art no reliable detection of wear conditions and operating conditions that lead to increased wear can be achieved. A new, more recent approach is known from DE 102018 113347 A1, in which an operating parameter in the form of the operating pressure or the torque of the pump is to be monitored on an eccentric screw pump based on a pressure detection in the output of the eccentric screw pump. In this monitoring of the operating pressure / torque, a statement about these specific operating parameters should be made by means of a signal evaluation using Fourier transformation. In principle, this sensor arrangement in the pump outlet also makes it easier to assemble and disassemble than with the previously known solutions. However, the arrangement of the sensor has the disadvantage that a statement about the operating pressure of the pump, and indirectly derived from this, a statement about the torque should be made by means of a specific evaluation method and by comparison to calibrated comparison values, which to a considerable extent depends on the pumped medium and influences depends in the pipe network at the pump outlet. Conditions of wear and tear, in particular those that require maintenance, or make this necessary at a predictable point in time in the future, cannot be reliably detected with this measured value acquisition and evaluation.
Die bisherigen Ansätze zielen insbesondere darauf ab, einen Zustand, der eine Wartung direkt erforderlich macht, zu detektieren. Grundsätzlich wäre es nach Erkenntnis der Erfinder aber auch vorteilhaft, wenn es möglich wäre, eine Exzenterschneckenpumpe solcher- art zu steuern, dass besonders verschleißauslösende Betriebszustände präventiv vermieden werden. Hierzu ist es jedoch erforderlich, nicht nur den Verschleißzustand zu erfassen, der eine Wartung bereits erforderlich macht, sondern auch Betriebszustände, die zum einen zu erhöhtem Verschleiß führen und zum anderen durch eine Änderung der Ansteuerung der Exzenterschneckenpumpe vermieden werden können, sodass der Verschleißef- fekt verringert wird. Nach Erkenntnis der Erfinder kann sich dies beispielsweise im Anlaufverhalten von Pumpen darstellen, indem dort beispielsweise mit einer bestimmten Steigerung der Drehzahl ein verschleißarmes Hochlaufen der Pumpe erreicht wird, was je nach gefördertem Medium unterschiedlich ausfallen kann. Weiterhin können Trockenlaufzustände vermieden werden, indem das Fehlen von gefördertem Medium in Echtzeit erkannt wird und die Pumpe daraufhin angehalten wird oder mit stark verringerter Drehzahl betrieben wird. The previous approaches aim in particular at detecting a condition that directly requires maintenance. In principle, however, according to the inventors' knowledge, it would also be advantageous if it were possible to control an eccentric screw pump in such a way that particularly wear-inducing operating states are preventively avoided. To do this, however, it is necessary not only to record the state of wear, which already requires maintenance, but also operating states that lead to increased wear on the one hand and can be avoided by changing the control of the eccentric screw pump, so that the wear effect on the other is decreased. According to the inventors' knowledge, this can be represented, for example, in the start-up behavior of pumps, in that a low-wear run-up of the pump is achieved there with a certain increase in speed, which can vary depending on the medium being conveyed. Furthermore, dry running conditions can be avoided by recognizing the lack of conveyed medium in real time and then stopping the pump or operating it at a greatly reduced speed.
Aus der auf die Patentanmelderin zurückgehenden WO 2018/130718 A1 ist zudem eine Exzenterschneckenpumpe mit konischer Ausgestaltung von Rotor und Stator vorbekannt, welche eine axiale Verstellmöglichkeit zwischen Rotor und Stator vorsieht und dadurch eine Einstellung des Spaltes zwischen Rotor und Stator ermöglicht. Bei dieser Exzenterschneckenpumpenbauform kann durch eine axiale Zustellung von Rotor zu Stator das Anlaufverhalten und Auslaufverhalten der Pumpe durch Steuerung der axialen Zustellung gestaltet werden, und wenn Kenntnis über Verschleißzustände und Betriebszustände der Pumpe vorhanden wären, kann durch eine solche axiale Verstellung zwischen Rotor und Stator ein verschleißintensiver Betriebszustand, sofern er erfasst würde, in sehr rascher Steuerung, quasi in Echtzeit, gezielt in Form eines Steuerverhaltens oder eines Regelkreises vermieden werden. From WO 2018/130718 A1, which goes back to the applicant, an eccentric screw pump with a conical design of rotor and stator is also known, which provides an axial adjustment option between rotor and stator and thereby allows adjustment of the gap between rotor and stator. With this eccentric screw pump design, the starting behavior and the stopping behavior of the pump can be designed by controlling the axial infeed by means of an axial infeed from rotor to stator, and if there were knowledge of the wear and operating conditions of the pump, such an axial adjustment between rotor and stator can be more wear-intensive Operating state, if it is recorded, can be avoided in very rapid control, quasi in real time, specifically in the form of a control behavior or a control loop.
Es besteht daher ein Bedarf für eine Zustandsüberwachung an Exzenterschneckenpum- pen, mit der die Nachteile der vorbekannten Erfassungsweisen von Betriebsparametern der Exzenterschneckenpumpe überwunden werden und die eine spontanere und exaktere Steuerung einer Exzenterschneckenpumpe zur Vermeidung von Verschleißzuständen erlaubt. There is therefore a need for status monitoring of eccentric screw pumps with which the disadvantages of the previously known modes of recording operating parameters of the eccentric screw pump are overcome and which allows more spontaneous and more precise control of an eccentric screw pump to avoid wear conditions.
Dies Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Exzenterschneckenpumpe der zuvor beschriebenen Bauart, bei welcher der Zustandssensor an dem Rotor oder der Antriebswelle angeordnet ist oder mit dem Rotor oder der Antriebswelle mittels einer Signalleitung in Verbindung steht und beabstandet von dem Rotor oder der Antriebswelle angeordnet ist, zur Erfassung einer Zustandsgröße an dem Rotor oder an der Antriebswelle. This object is achieved according to the invention with an eccentric screw pump of the type described above, in which the condition sensor is arranged on the rotor or the drive shaft or is connected to the rotor or the drive shaft by means of a signal line and is arranged at a distance from the rotor or the drive shaft for Detection of a state variable on the rotor or on the drive shaft.
Erfindungsgemäß wird eine Zustandsgröße unmittelbaran dem Rotor oder an der Antriebs- welle erfasst. Unter einer Zustandsgröße ist hierbei eine physikalische Größe zu verstehen, die mittels einer Sensoreinrichtung erfasst wird. Diese physikalische Größe kann beispielsweise eine Temperatur, ein Fluiddruck, eine Dehnung, eine Materialspannung, eine Ausrichtung in Bezug auf die Schwerkraftrichtung, eine Geschwindigkeit nach absoluter Höhe und/oder Richtung, oder eine Beschleunigung nach absoluter Höhe und/oder nach Rich- tung sein. Diese Zustandsgröße wird erfindungsgemäß entweder durch einen Zustandssensor erfasst, der gemäß einer ersten Alternative an dem Rotor oder der Antriebswelle angeordnet ist. Der Zustandssensor ist bei dieser ersten Alternative also direkt an dem Rotor oder der Antriebswelle befestigt. Der Zustandssensor kann beispielsweise an der äußeren Oberfläche von Rotor oder Antriebswelle befestigt sein, in diese eingebettet sein, oder in einem inneren Hohlraum des Rotors oder der Antriebswelle angeordnet und befestigt sein, insbesondere solcherart, dass, ausgehend von einem Hohlraum eines ausgebildeten Rotors oder einer Hohlwelle als Antriebswelle der Zustandssensor an einer inneren Oberfläche dieses Hohlraums angeordnet ist oder ausgehend von diesem Hohlraum in einem Kanal, der sich zur äußeren Oberfläche von Rotor oder Antriebswelle erstreckt und gegebenenfalls diese äußere Oberfläche auch durchdringen kann, angeordnet ist. According to the invention, a state variable is detected directly on the rotor or on the drive shaft. A state variable is to be understood here as a physical variable that is detected by means of a sensor device. This physical variable can be, for example, a temperature, a fluid pressure, a strain, a material tension, an alignment with respect to the direction of gravity, a speed according to absolute height and / or direction, or an acceleration according to absolute height and / or direction. According to the invention, this state variable is detected either by a state sensor which, according to a first alternative, is arranged on the rotor or the drive shaft. In this first alternative, the state sensor is therefore attached directly to the rotor or the drive shaft. The condition sensor can for example be fastened to the outer surface of the rotor or drive shaft, embedded in it, or arranged and fastened in an inner cavity of the rotor or the drive shaft, in particular in such a way that, starting from a cavity of a formed rotor or a hollow shaft as the drive shaft, the condition sensor is arranged on an inner surface of this cavity or, starting from this cavity, in a channel which extends to the outer surface of the rotor or drive shaft and can optionally also penetrate this outer surface, is arranged.
Alternativ hierzu kann die Zustandsgröße erfindungsgemäß durch einen Zustandssensor, der mittels einer Signalleitung mit dem Rotor oder der Antriebswelle in Verbindung steht und selbst von Rotor und Antriebswelle beabstandet ist, erfolgen. In diesem alternativen Fall ist der Zustandssensor beabstandet von Rotor oder Antriebswelle angeordnet und mit Rotor oder Antriebswelle mittels einer Signalleitung in Verbindung. Bei dieser Alternative ist eine gegenständlich ausgeführte Signalleitung, also keine Datenübertragung per Funkwellen oder dergleichen, ausgeführt, um eine physikalische Zustandsgröße über die Sig- nalleitung von einem Erfassungspunkt am Rotor oder an der Antriebswelle weg zu dem Zustandssensor zu leiten. So kann beispielsweise mittels einer Hohlleitung, wie einem Kanal, einer Schlauchleitung, einer Rohrleitung, einer Bohrung oder dergleichen, ein Druck, der unmittelbar an der Oberfläche von Rotor oder Antriebswelle erfasst wird, vom Erfassungsort weggeleitet und an anderer Stelle durch den Zustandssensor erfasst werden. Die Signalleitung erstreckt sich hierbei vom Zustandssensor bis zu einem Endpunkt, der direkt am Rotor oder an der Antriebswelle angeordnet ist, wie zuvor für den direkt am Rotor oder an der Antriebswelle angeordneten Zustandssensor erläutert. As an alternative to this, the state variable can, according to the invention, take place by means of a state sensor which is connected to the rotor or the drive shaft by means of a signal line and is itself spaced apart from the rotor and drive shaft. In this alternative case, the condition sensor is arranged at a distance from the rotor or drive shaft and is connected to the rotor or drive shaft by means of a signal line. In this alternative, an objectively designed signal line, i.e. no data transmission by radio waves or the like, is designed to convey a physical state variable via the signal line from a detection point on the rotor or on the drive shaft to the state sensor. For example, by means of a hollow line, such as a channel, a hose line, a pipe, a bore or the like, a pressure that is detected directly on the surface of the rotor or drive shaft can be diverted away from the detection location and detected elsewhere by the condition sensor. The signal line extends from the condition sensor to an end point that is arranged directly on the rotor or on the drive shaft, as explained above for the condition sensor arranged directly on the rotor or on the drive shaft.
Durch die Erfassung der Zustandsgröße an dem Rotor oder an der Antriebswelle mittels der vorgenannten Anordnung des Zustandssensors, bzw. der Signalleitung, wird eine di- rekte Messgröße an der Exzenterschneckenpumpe erfasst, die einen direkten Rückschluss auf einen für den Betriebszustand der Exzenterschneckenpumpe relevanten Messwert ermöglicht. Durch diese direkte Erfassung ist es einerseits möglich, physikalische Größen, die unmittelbar mit der Rotation des Rotors oder der Antriebswelle im Zusammenhang stehen, beispielsweise Druckverhältnisse, Beschleunigungen oder Schwingungswerte, wie eine Amplitude oder eine Frequenz des Drucks oder einer durch die Rotation hervorgerufenen Beschleunigung, direkt in Echtzeit zu erfassen. Des Weiteren wird durch diese Erfassung direkt am Rotor bzw. an der Antriebswelle auch eine Temperatur und deren eventueller Anstieg in Echtzeit erfassbar an einer Position, an der typischerweise eine Temperaturspitze innerhalb der gesamten Exzenterschneckenpumpe auftritt. Bei Schwingungsmessungen mittels eines beispielsweise an der Gehäuseaußenwand angeordneten Sensors muss bei der Auswertung des Schwingungssignals immer der Transport und die Ausbreitung der Schwingungswellen von der Quelle zum Sensor berücksichtigt werden. Hierbei spielen Material- und strukturdynamische Eigenschaften wie z.B. die Steifigkeit des Gesamtaufbaus und die resultierenden Eigenfrequenzen eine entscheidende Rolle. Weiterhin sind die dämpfenden Eigenschaften des geförderten Mediums und des Stators hiervon entscheidendem Nachteil. Durch die vielen Einflussfaktoren ist oft eine aufwendige Strukturanalyse des Systems und eine Modalanalyse des Messsignals not- wendig. Auf diese Weise können dann zwar Signalanteile aus dem Gesamtschwingungsspektrum extrahiert werden, die um einige Einflussfaktoren bereinigt sind, jedoch besteht aufgrund der intensiven Signalverarbeitung die Gefahr, dass systematisch Signalfehler in das ausgewertete Signal einfließen oder systematisch bestimmte Zustandssignale aus dem Signal ausgefiltert werden. Bei der erfindungsgemäßen direkten und unmittelbaren Messung an bzw. in dem für die Überwachung ausschlaggebenden Bauteil, also dem Rotor oder der Taumelwelle, gestaltet sich die Auswertung deutlich einfacher und zugleich und dadurch zuverlässiger, da die oben beschriebenen Einflüsse deutlich vermindert werden und mit einfacheren Verfahren wie z.B. einem Bandpassfilter gearbeitet werden kann. Durch die Anordnung des Zustandssensors am Rotor oder der Antriebswelle rotiert der Zustandssensor mit dem Rotor bzw. der Antriebswelle und kann somit ein 360°-Profil erfassen, wodurch eine Querschnittsmessung des Zustands erreicht wird. Die Aussagekraft einer solchen Messung ist wesentlich besser und präziser als eine Messung mit einem stationär an der Exzenterschneckenpumpe angeordnetem Zustandssensor sein kann. Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass eine indirekte Erfassung von physikalischen Größen und eine daraus abgeleitete Berechnung hieraus ableitbarer kritischer Betriebsparameter einerseits den Nachteil in sich birgt, dass eine Überwachung in Echtzeit aufgrund der notwendigen Vergleichsrechnungen, der notwendigen Rechenschritte an sich und der Notwendigkeit, hierbei integrale Zeiträume zu vergleichen, nicht zuverlässig und ausreichend wirksam es ermöglicht, dass bereits ein Betriebszustand, der zu erhöhtem Verschleiß führen würde, erkannt und durch entsprechende Steuerungsmaßnahmen vermieden werden kann. Zum anderen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Anordnung des Zustandssensors an dem Rotor bzw. an der Antriebswelle, bzw. die Ableitung der physikalischen Messgröße von dem Rotor bzw. der Antriebswelle über eine Sig- nalleitung, eine Erfassung der Zustandsgröße an demjenigen Ort ermöglicht, dertypischer- weise die direkteste Zustandsänderung mit dem größten Betrag der Zustandsänderung und einer geringen Abhängigkeit von Förderparametern wie Temperatur oder Viskosität des geförderten Mediums erfassbar macht. Erfindungsgemäß muss daher nicht von einer an anderem Ort gedämpft erfassten Zustandsgröße mit ungenauen Annahmen rückgerechnet werden auf die tatsächliche Änderung der Zustandsgröße am kritischen Ort. So kann beispielsweise bei Erfassung der Temperatur oder dem Druck an dem Rotor oder der Antriebswelle ein Trockenlauf unmittelbar zu Beginn des Trockenlaufs erfasst werden und durch entsprechende Steuerung hieraus folgende Verschleißeffekte sofortig vermieden werden. Ebenso können Überbelastungen von Lagerungen, die zu erhöhtem Verschleiß der Lagerung führen, durch ein hierfür charakteristisches Schwingungsverhalten des Rotors oder der Antriebswelle in dem Moment erfasst werden, in dem sie erstmals auftreten und dementsprechend schnell durch eine entsprechende Reduktion der Leistung oder Drehzahl oder sonstiger Steuergröße auch wirksam vermieden werden, bevor hierdurch Verschleiß auftritt. Schließlich eignet sich die Echtzeiterfassung der Zustandsgröße an dem Rotor bzw. der Antriebswelle auch dazu, um hieraus Steuergrößen einer konisch ausgeführten Rotor-Statoranordnung so anzusteuern, dass durch axiale Verstellung zwischen Rotor und Stator oder durch Verstellung der Ex- zentrizität vorbestimmte Betriebszustände der Exzenterschneckenpumpe gezielt angefahren werden oder vorbestimmte Betriebszustandsverläufe der Exzenterschneckenpumpe in einem geschlossenen Regelkreis abgefahren werden. By detecting the state variable on the rotor or on the drive shaft by means of the aforementioned arrangement of the state sensor or the signal line, a direct measured variable is recorded on the eccentric screw pump, which enables a direct conclusion to be drawn about a measured value relevant to the operating state of the eccentric screw pump. This direct detection makes it possible, on the one hand, to directly record physical quantities that are directly related to the rotation of the rotor or the drive shaft, for example pressure ratios, accelerations or vibration values, such as an amplitude or a frequency of the pressure or an acceleration caused by the rotation capture in real time. Furthermore, through this detection directly on the rotor or on the drive shaft, a temperature and its possible rise can also be detected in real time at a position at which a temperature peak typically occurs within the entire eccentric screw pump. In the case of vibration measurements by means of a sensor arranged, for example, on the outer wall of the housing, the transport and propagation of the vibration waves from the source to the sensor must always be taken into account when evaluating the vibration signal. Material and structural dynamic properties play a role here, such as the The rigidity of the overall structure and the resulting natural frequencies play a decisive role. Furthermore, the damping properties of the conveyed medium and the stator are a decisive disadvantage of this. Due to the many influencing factors, a complex structural analysis of the system and a modal analysis of the measurement signal are necessary. In this way, signal components can be extracted from the overall vibration spectrum that have been adjusted for some influencing factors, but due to the intensive signal processing there is a risk that systematic signal errors will flow into the evaluated signal or that certain status signals will be systematically filtered out of the signal. With the direct and immediate measurement according to the invention on or in the component crucial for monitoring, i.e. the rotor or the wobble shaft, the evaluation is much simpler and at the same time more reliable, since the influences described above are significantly reduced and with simpler methods such as eg a bandpass filter can be used. Due to the arrangement of the condition sensor on the rotor or the drive shaft, the condition sensor rotates with the rotor or the drive shaft and can thus record a 360 ° profile, whereby a cross-sectional measurement of the condition is achieved. The informative value of such a measurement is much better and more precise than a measurement with a condition sensor arranged in a stationary manner on the eccentric screw pump. The invention is based, inter alia, on the knowledge that an indirect acquisition of physical quantities and a calculation derived therefrom of critical operating parameters that can be derived therefrom on the one hand has the disadvantage that monitoring in real time due to the necessary comparative calculations, the necessary calculation steps per se and the necessity To compare integral time periods in this case is not reliable and sufficiently effective it enables an operating state that would lead to increased wear to be recognized and avoided by appropriate control measures. On the other hand, it is based on the knowledge that the arrangement of the state sensor on the rotor or on the drive shaft, or the derivation of the physical measured variable from the rotor or the drive shaft via a signal line, enables the state variable to be recorded at that location, which typically makes the most direct change in state detectable with the greatest amount of change in state and a low dependence on conveying parameters such as temperature or viscosity of the conveyed medium. According to the invention, therefore, it is not necessary to calculate back with imprecise assumptions from a state variable detected in a damped manner at another location to the actual change in the state variable at the critical location. For example, when the temperature or the pressure on the rotor or the drive shaft is detected, dry running can be detected immediately at the beginning of the dry running and the wear effects that follow from this can be avoided immediately by appropriate control. Overloads of bearings, which lead to increased wear of the bearings, can also be detected by a characteristic vibration behavior of the rotor or the drive shaft at the moment in which they occur for the first time and accordingly quickly by a corresponding reduction in power or speed or other control variable can be effectively avoided before wear and tear occurs as a result. Finally, real-time recording of the state variable on the rotor or the drive shaft is also suitable for controlling control variables of a conically designed rotor-stator arrangement in such a way that predetermined operating states of the eccentric screw pump are targeted by axial adjustment between rotor and stator or by adjusting the eccentricity or predetermined operating state curves of the eccentric screw pump are run through in a closed control loop.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zustandssensor innerhalb des Rotors oder innerhalb der Antriebswelle angeordnet ist oder die Sig- nalleitung innerhalb des Rotors oder innerhalb der Antriebswelle endet. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Zustandsgröße innerhalb des Rotors bzw. der Antriebswelle erfasst. Dies ermöglicht einerseits eine direkte Erfassung der Zustandsgröße an dem exzentrisch rotierend bewegten Bauteil, zum anderen eine vor dem Einfluss des geförderten Mediums geschützte Anordnung des Zustandssensors und einer gegebenen- falls notwendigen Sensorleitung oder Energieversorgung des Sensors bzw. der Signalleitung. Der Rotor bzw. die Antriebswelle können zu diesem Zweck mit einem inneren Hohlraum ausgeführt sein, beispielsweise als Rollrotor oder als Hohlwelle ausgebildet sein und der Zustandssensor bzw. das Ende der Signalleitung dann in diesem Hohlraum angeordnet und befestigt sein. Noch weiter ist es bevorzugt, wenn der Zustandssensor über ein Sensorkabel kabelgebunden mit einer elektronischen Auswerteeinheit verbunden ist und das Sensorkabel oder wenn die Signalleitung innerhalb eines Abschnitts der Antriebswelle und gegebenenfalls innerhalb eines Abschnitts des Rotors verläuft. Gemäß dieser Ausführungsform verläuft ein Sensorsignalkabel, welcher das Sensorsignal elektrisch oder als Lichtleiter oder in sonstiger Weise von dem an der Antriebswelle oder am Rotor befestigten Zustandssensor zu einer elektronischen Auswerteeinheit leitet, oder verläuft die Signalleitung bei einem von der Antriebswelle oder dem Rotor beabstandet angeordneten Zustandssensor durch einen Abschnitt der Antriebswelle und gegebenenfalls innerhalb eines Abschnitts des Rotors. Dieser Verlauf ermöglicht eine geschützte Platzierung des Sensorsignalkabels bzw. der Signalleitung. According to a first preferred embodiment it is provided that the state sensor is arranged within the rotor or within the drive shaft or the signal line ends within the rotor or within the drive shaft. According to this preferred embodiment, the state variable is detected within the rotor or the drive shaft. This enables, on the one hand, a direct detection of the state variable on the eccentrically rotating component and, on the other hand, an arrangement of the state sensor protected from the influence of the conveyed medium and a possibly necessary sensor line or energy supply of the sensor or the signal line. For this purpose, the rotor or the drive shaft can be designed with an inner cavity, for example designed as a roll rotor or as a hollow shaft, and the condition sensor or the end of the signal line can then be arranged and fastened in this cavity. It is even more preferred if the condition sensor is connected to an electronic evaluation unit in a wired manner via a sensor cable and the sensor cable or if the signal line runs within a section of the drive shaft and possibly within a section of the rotor. According to this embodiment, a sensor signal cable runs, which carries the sensor signal electrically or as a light guide or in some other way from the condition sensor attached to the drive shaft or to the rotor leads to an electronic evaluation unit, or in the case of a condition sensor arranged at a distance from the drive shaft or the rotor, the signal line runs through a section of the drive shaft and possibly within a section of the rotor. This course enables a protected placement of the sensor signal cable or the signal line.
Insbesondere kann das Sensorkabel bzw. die Signalleitung sich entlang der gesamten Antriebswelle und entlang des gesamten Antriebsstrangs bis zu dem Endpunkt bzw. Befestigungspunkt des Zustandssensors an dem Rotor bzw. an der Antriebswelle erstrecken und hierbei abschnittsweise durch die Antriebswelle oder dem Rotor oder beides hindurch lau- fen. Dies ermöglicht einen insgesamt geschützten Verlauf des Sensorkabels bzw. der Signalleitung und ein Herausleiten des Sensorsignals mittels entsprechender Übertragungselementen von der rotierenden Welle des Antriebsstrangs auf eine feststehende Übertragungseinheit. In particular, the sensor cable or the signal line can extend along the entire drive shaft and along the entire drive train to the end point or attachment point of the condition sensor on the rotor or on the drive shaft and in this case run in sections through the drive shaft or the rotor or both. fen. This enables an overall protected course of the sensor cable or the signal line and a routing of the sensor signal by means of corresponding transmission elements from the rotating shaft of the drive train to a stationary transmission unit.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Antriebswelle eine Taumelwelle ist, die an ihrem zum Antriebsmotor weisenden Ende mit dem Antriebsmotor zur Rotation um eine Antriebsachse verbunden ist, und an ihrem zum Rotor weisenden Ende mit dem Rotor zur Rotation um eine Rotorachse und zur dazu überlagerten Rotation um eine von der Rotorachse beabstandete Exzenterachse verbunden ist. It is particularly preferred if the drive shaft is a wobble shaft, which is connected at its end facing the drive motor with the drive motor for rotation about a drive axis, and at its end facing the rotor with the rotor for rotation around a rotor axis and the superimposed Rotation is connected to an eccentric axis spaced from the rotor axis.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die exzentrische Rotationsbewegung des Rotors mit- tels eine Taumelwelle als Antriebswelle übertragen. Diese Taumelwelle ist an der Anschlussseite zum Antriebsmotor rotierend gelagert und an der Anschlussstelle zum Rotor mit dem Rotor verbunden und führt an dieser Stelle die exzentrische Rotationsbewegung des Rotors und die Rotationsbewegung des Rotors um dessen Längsachse aus. According to this embodiment, the eccentric rotational movement of the rotor is transmitted by means of a wobble shaft as the drive shaft. This wobble shaft is rotatably mounted on the connection side to the drive motor and connected to the rotor at the connection point to the rotor and carries out the eccentric rotational movement of the rotor and the rotational movement of the rotor about its longitudinal axis at this point.
Diese Taumelwelle kann grundsätzlich als Biegestab ausgeführt sein, um eine Rotation um kleine Exzentrizitäten zu übertragen. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Taumelwelle einen Taumelwellenmittelabschnitt, ein erstes Kardangelenk und ein zweites Kardangelenk aufweist, und das erste Kardangelenk zwischen dem Taumelwellenmittelabschnitt und dem Antriebsmotor eingesetzt ist und das zweite Kardangelenk zwischen dem Taumelwellenmittelabschnitt und dem Rotor eingesetzt ist. Durch eine solche Ausgestal- tung wird eine für auch große Exzentrizitäten und hohe Drehmomente geeignete Taumelwelle bereitgestellt, indem zwei beabstandete Kardangelenke vorgesehen sind. Dabei ist unter einem Kardangelenk jegliches Gelenk zu verstehen, dass eine Rotation mit einer abgewinkelten Wellenführung übertragen kann, beispielsweise also auch ein Bolzengelenk oder andere Bauformen. This wobble wave can basically be designed as a flexible rod in order to transmit a rotation around small eccentricities. However, it is particularly preferred if the wobble shaft has a wobble shaft center section, a first cardan joint and a second cardan joint, and the first cardan joint is inserted between the wobble shaft center section and the drive motor and the second cardan joint is inserted between the wobble shaft center section and the rotor. Such a configuration provides a wobble shaft that is also suitable for large eccentricities and high torques, in that two spaced-apart universal joints are provided. A universal joint is to be understood as any joint that a rotation with a can transmit angled shaft guide, for example, a pin joint or other designs.
Dabei ist bei einer Ausgestaltung der Taumelwelle mit solchen Kardangelenken besonders bevorzugt, wenn das Sensorkabel oder die Signalleitung in das erste und/oder das zweite Kardangelenk hineingeführt ist, oder durch das erste und gegebenenfalls durch das zweite Kardangelenk hindurchgeführt ist, oder um das erste und/oder das zweite Kardangelenk herumgeführt ist. Für eine geschützte Verlegung von Sensorkabel und Signalleitung ist eine solche Hineinleitung oder Hindurchführung durch das erste und/ oder das zweite Kardangelenk vorteilhaft, insbesondere kann dies auch mit einer Durchleitung des Sensorka- bels bzw. der Signalleitung durch den Mittelabschnitt der Taumelwelle kombiniert werden. Häufig werden Taumelwellen mit Kardangelenken gegenüber dem gepumpten Medium mittels einem abdichtenden Schutzschlauch, der jeweils um jedes Kardangelenk herum angeordnet ist und dieses abdichtet oder einem Schutzschlauch, der sich über beide Kardangelenke und den Mittelabschnitt der Taumelwelle erstreckt, gegenüber dem gepump- ten Medium abgedichtet. In einem solchen Fall kann das Sensorkabel oder die Signalleitung auch zwischen diesem Schutzschlauch und der Taumelwelle verlegt werden und ist dadurch ebenfalls vor dem Pumpmedium geschützt verlegt. Insbesondere kann das Sensorkabel oder die Signalleitung auch in einem solchen Schutzschlauch eingearbeitet sein oder zwischen zwei als Doppelhülle angeordneten Schutzschläuchen platziert sein oder dergleichen, um das Sensorkabel auch vor mechanischen Beanspruchungen durch die Taumelwelle zu schützen. In an embodiment of the wobble shaft with such cardan joints, it is particularly preferred if the sensor cable or the signal line is led into the first and / or the second cardan joint, or is passed through the first and optionally through the second cardan joint, or around the first and / or the second cardan joint. or the second universal joint is passed around. For a protected laying of the sensor cable and signal line, such introduction or passage through the first and / or the second universal joint is advantageous, in particular this can also be combined with passage of the sensor cable or the signal line through the central section of the wobble wave. Often, wobble shafts with universal joints are sealed against the pumped medium by means of a protective hose that is arranged around and seals each universal joint, or a protective hose that extends over both universal joints and the central section of the wobble shaft, sealed against the pumped medium. In such a case, the sensor cable or the signal line can also be laid between this protective hose and the wobble shaft and is thus also laid so that it is protected from the pump medium. In particular, the sensor cable or the signal line can also be incorporated into such a protective tube or placed between two protective tubes arranged as a double sheath or the like in order to protect the sensor cable from mechanical stresses caused by the wobble wave.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn das erste Kardangelenk durch eine erste Dichtungsmanschette umschlossen ist und das zweite Kardangelenk durch eine zweite Dichtungsmanschette umschlossen oder das erste und das zweite Kardangelenk und die Tau- melwelle durch eine Dichtungshülle umschlossen sind, und dass in der ersten und/oder der zweiten Dichtungsmanschette oder in der Dichtungshülle ein Drucksensor angeordnet ist, oder in die erste und/oder die zweite Dichtungsmanschette oder in die Dichtungshülle eine Druckleitung geführt ist und ein Drucksensor mit der Druckleitung in Fluidverbindung steht zur Erfassung des Drucks in der ersten und/oder zweiten Dichtungsmanschette oder in der Dichtungshülle, und der Drucksensor signaltechnisch mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, die dazu ausgebildet ist, den Druck innerhalb der ersten und/oder zweiten Dichtungsmanschette oder innerhalb der Dichtungshülle mittels des Drucksensors zu erfassen, wobei vorzugsweise der Drucksensor den Druck eines übereine in die erste und/oder die zweite Dichtungsmanschette oder in die Dichtungshülle geführte Druckleitung oder über die Druckleitung zugeführten Druckmediums erfasst. Gemäß dieser Fortbildungsform wird ein Drucksensor innerhalb einer der Dichtungsmanschetten oder der Dichtungshülle oder je ein Drucksensor in jeder der Dichtungsmanschetten angeordnet oder es wird als Signalleitung eine Druckleitung verwendet, die entsprechend in eine erste oder zweite Dichtungsmanschette um das erste bzw. zweite Kardan- gelenk oder in eine gemeinsame Dichtungshülle des ersten oder zweiten Kardangelenks hineingeführt ist und einen Druck innerhalb dieser Dichtungsmanschetten bzw. der Dichtungshülle erfasst. Insbesondere kann hierbei auch ein erster Drucksensor vorgesehen sein, der innerhalb der ersten Dichtungsmanschette angeordnet ist oder mit einer Druckleitung verbunden ist, die in der ersten Dichtungsmanschette mündet und ein zweiter Drucksensor, der innerhalb derzweiten Dichtungsmanschette angeordnet ist oder mit einer Druckleitung verbunden ist, der in derzweiten Dichtungsmanschette mündet. Mit dem Aufbau einer Druckerfassung innerhalb der Dichtungsmanschetten bzw. der Dichtungshülle kann zuverlässig und unmittelbar ein Druckabfall oder Druckanstieg innerhalb dieser Dichtungsmanschette erfasst werden, der auf eine Undichtigkeit der Dichtungsman- schette/Dichtungshülle hinweist. Eine solche Undichtigkeit, die letztendlich in rascher Folge den Zutritt des gepumpten Mediums zu den Kardangelenken nach sich ziehen wird, ist ein Ereignis, das unmittelbar einen hohen Verschleiß nach sich ziehen wird. Die Erfassung dieser Undichtigkeit ist daher von Bedeutung, um einen solchen unerwünschten und hohen Verschleiß zu vermeiden. In diesem Fall ermöglicht die Erfindung, das die Dichtungsman- schette abgedichtet oder ersetzt wird, bevor ein solcher Verschleiß aufgetreten ist, der dann eine aufwendige Reparatur mit Ersatz von einer oder beiden Kardangelenken und gegebenenfalls weiteren Lagerungselementen erforderlich macht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn über eine Druckleitung ein Druckmedium in die Dichtungsmanschette bzw. Dichtungshülle zugeführt wird. Dies kann, sofern eine Druckleitung als Signalleitung vorgesehen ist, auch über diese Signalleitung erfolgen. Hierdurch ist es möglich, einen Druck innerhalb der Dichtungsmanschette aufzubauen und zu halten. Dies erlaubt es einerseits, einen Abstand zwischen Dichtungsmanschette bzw. Dichtungshülle und den Kardangelenken zu erzeugen, wodurch mechanische Beschädigungen der Dichtungsmanschette bzw. Dichtungshülle durch das Kardangelenk vermieden werden können. Zum an- deren kann ein definierter Druck innerhalb der Dichtungsmanschette bzw. Dichtungshülle erzeugt werden, sodass ein Druckabfall zuverlässig festgestellt und gegenüber Druckeinflüssen die durch das geförderte Medium selbst erzeugt werden, differenziert werden kann. It is particularly preferred if the first universal joint is enclosed by a first sealing sleeve and the second universal joint is enclosed by a second sealing sleeve or the first and second universal joint and the tumbling shaft are enclosed by a sealing sleeve, and that in the first and / or or the second sealing sleeve or a pressure sensor is arranged in the sealing sleeve, or a pressure line is guided into the first and / or the second sealing sleeve or in the sealing sleeve and a pressure sensor is in fluid connection with the pressure line for detecting the pressure in the first and / or second sealing sleeve or in the sealing sleeve, and the pressure sensor are connected for signaling purposes to an evaluation device which is designed to detect the pressure within the first and / or second sealing sleeve or within the sealing sleeve by means of the pressure sensor, the pressure sensor preferably being the Pressure of a pressure line guided into the first and / or the second sealing collar or into the sealing envelope or pressure medium fed through the pressure line is detected. According to this training form, a pressure sensor is arranged within one of the sealing sleeves or the sealing sleeve or a pressure sensor in each of the sealing sleeves, or a pressure line is used as the signal line, which correspondingly into a first or second sealing sleeve around the first or second universal joint or in a common sealing sleeve of the first or second universal joint is inserted and detects a pressure within these sealing sleeves or the sealing sleeve. In particular, a first pressure sensor can also be provided, which is arranged inside the first sealing sleeve or is connected to a pressure line that opens into the first sealing sleeve, and a second pressure sensor, which is arranged inside the second sealing sleeve or is connected to a pressure line, which is in the second sealing sleeve opens. With the construction of a pressure detection within the sealing sleeves or the sealing sleeve, a pressure drop or pressure increase within this sealing sleeve, which indicates a leak in the sealing sleeve / sealing sleeve, can be recorded reliably and directly. Such a leak, which will ultimately result in the pumped medium accessing the cardan joints in rapid succession, is an event that will immediately result in high wear. The detection of this leakage is therefore important in order to avoid such undesirable and high wear. In this case, the invention enables the sealing sleeve to be sealed or replaced before such wear has occurred, which then necessitates an expensive repair with replacement of one or both universal joints and possibly further bearing elements. It is particularly advantageous if a pressure medium is fed into the sealing sleeve or sealing sleeve via a pressure line. If a pressure line is provided as a signal line, this can also be done via this signal line. This makes it possible to build up and maintain a pressure within the sealing sleeve. On the one hand, this makes it possible to generate a distance between the sealing sleeve or sealing sleeve and the cardan joints, as a result of which mechanical damage to the sealing sleeve or sealing sleeve by the cardan joint can be avoided. On the other hand, a defined pressure can be generated within the sealing sleeve or sealing envelope, so that a pressure drop can be reliably determined and differentiated from pressure influences that are generated by the conveyed medium itself.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zustandssensor mit einer elektronischen Auswerteeinheit zur Signalübermittlung verbunden ist und die elektro- nische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um eine Abweichung eines mit dem Zustands- sensor anhand der Zustandssensordaten erfassten IST-Zustandes von einem vorbestimmten SOLL-Zustand zu ermitteln, diese ermittelte Abweichung mit einer vorbestimmten zulässigen Abweichung zu vergleichen und um dann, wenn die ermittelte Abweichung die zulässige Abweichung überschreitet, ein Alarmsignal auszugeben. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, wenn die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um ein Zustandssensorsignal als IST-Zustand zu empfangen, das Zustandssensorsignal mit einem gespeicherten Normalzustandssensorsignal als SOLL-Zustand zu vergleichen und die ermittelte Abweichung als Differenz des Zustandssensorsignals von dem Normalzustandssensorsignal zu berechnen, als vorbestimmte zulässige Abweichung einen vorbestimmten zulässigen Abweichungswert heranzuziehen, und um als Alarmsignal ein Wertalarmsignal auszugeben. Gemäß diesen Fortbildungsformen beruht die Detektion eines Sensorsignals des Zustandssensors, das einen ungünstigen Betriebszustand signalisiert, also einen Betriebszustand, der erhöhten Verschleiß verursacht oder verursachen wird, auf einem Vergleich von Soll- und Ist- Daten. Die Solldaten liegen hierbei abgespei- chert in elektronischer Form vor, beispielsweise als Datenwert, Datenwertverlauf, algorithmische Beschreibung eines Datenwertverlaufs oder als Vergleichstabelle mit mehreren Sollwerten für unterschiedliche Betriebszustände der Exzenterschneckenpumpe. Die Solldaten können einerseits vorbestimmt und vorab gespeichert sein, also der Exzenterschneckenpumpe quasi ab Werk mitgegeben sein, sodass sie Kennwerte enthalten, die für die Bauart der Exzenterschneckenpumpe charakteristisch und konstant sind. According to a further embodiment, it is provided that the status sensor is connected to an electronic evaluation unit for signal transmission and the electronic evaluation unit is designed to detect a discrepancy between an sensor based on the state sensor data detected ACTUAL state of a predetermined target state to compare this determined deviation with a predetermined permissible deviation and then, if the determined deviation exceeds the permissible deviation, output an alarm signal. It can be provided in particular if the electronic evaluation unit is designed to receive a condition sensor signal as the actual condition, to compare the condition sensor signal with a stored normal condition sensor signal as the TARGET condition and to calculate the determined deviation as the difference between the condition sensor signal and the normal condition sensor signal, as predetermined permissible deviation to use a predetermined permissible deviation value, and to output a value alarm signal as an alarm signal. According to these forms of advanced training, the detection of a sensor signal from the condition sensor, which signals an unfavorable operating condition, that is to say an operating condition that causes or will cause increased wear, is based on a comparison of target and actual data. The target data are stored in electronic form, for example as a data value, data value curve, algorithmic description of a data value curve or as a comparison table with several target values for different operating states of the eccentric screw pump. On the one hand, the setpoint data can be predetermined and stored in advance, that is to say given to the eccentric screw pump ex works, so that they contain characteristic values that are characteristic and constant for the type of eccentric screw pump.
Die Solldaten können beispielsweise durch die der Pumpe eigenen konstruktiven Eigenschaften wie die Exzentrizität hervor gerufene konstante Zustandswerte, durch den Antriebsstrang definierte Belastungswerte definiert sein. Die Solldaten können jedoch auch als Referenz- oder Kalibrierungswert beim Pumpen eines bestimmten Mediums ermittelt werden, um dann abgespeichert zu werden. Dieser Referenz- oder Kalibrierungswert kann beispielsweise durch den Benutzer beim erstmaligen Pumpen eines bestimmten Mediums oder bei erstmaliger Inbetriebnahme der Pumpe in einer bestimmten Einbausituation ermitteltwerden und wird dann bei der weiteren Überwachung, also bei nachfolgenden Messungen eines Istwertes zum Vergleich herangezogen, sodass kritische Änderungen ge- genüber dem ursprünglichen Referenz- bzw. Kalibrierungswert sofort erkannt werden können. Grundsätzlich kann jede Abweichung der Ist-Daten von den Solldaten als Alarm ausgegeben werden. Oftmals ist es jedoch praktikabel, einen Toleranzbereich zu definieren, innerhalb dem der Istwert um den Sollwert schwanken darf, ohne dass hierdurch ein kritischer Betriebszustand der exzentrischen Exzenterschneckenpumpe definiert würde. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um Zustandssensorsignale zu empfangen, aus zumindest zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Zustandssensorsignalen einen Zustandsänderungswert als IST-Zustand zu ermitteln, und den Zustandsänderungswert mit einem ge- speicherten Normalzustandsänderungswert als SOLL-Zustand zu vergleichen, die ermittelte Abweichung als Differenz des Zustandsänderungswert von dem Normalzustandsänderungswert zu berechnen, als vorbestimmte zulässige Abweichung einen vorbestimmten zulässigen Abweichungsänderungswert heranzuziehen, und um als Alarmsignal ein Änderungsalarmsignal auszugeben. Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um Zustandssensorsignale zu empfangen, aus zumindest drei zeitlich aufeinanderfolgenden Zustandssensorsignalen eine Zustandsänderungsgeschwindigkeit als IST-Zustand zu ermitteln, und die Zustandsänderungsgeschwindigkeit mit einer gespeicherten Normalzustandsänderungsgeschwindigkeit als SOLL-Zustand zu vergleichen, die ermittelte Abwei- chung als Differenz der Zustandsänderungsgeschwindigkeit von dem Normalzustandsänderungsgeschwindigkeit zu berechnen, als vorbestimmte zulässige Abweichung eine vorbestimmte zulässigen Geschwindigkeitsabweichung heranzuziehen, und um als Alarmsignal ein Änderungsgeschwindigkeitsalarmsignal auszugeben. The setpoint data can be defined, for example, by the pump's own structural properties such as the eccentricity, constant state values, and load values defined by the drive train. The setpoint data can, however, also be determined as a reference or calibration value when pumping a specific medium, in order then to be stored. This reference or calibration value can, for example, be determined by the user when pumping a certain medium for the first time or when starting up the pump for the first time in a certain installation situation and is then used for comparison during further monitoring, i.e. during subsequent measurements of an actual value, so that critical changes are can be recognized immediately compared to the original reference or calibration value. In principle, any deviation of the actual data from the target data can be output as an alarm. However, it is often practicable to define a tolerance range within which the actual value may fluctuate around the setpoint value without this defining a critical operating state of the eccentric eccentric screw pump. According to a further preferred embodiment it is provided that the electronic evaluation unit is designed to receive state sensor signals, to determine a state change value as the ACTUAL state from at least two chronologically consecutive state sensor signals, and to compare the state change value with a stored normal state change value as the target state to calculate the detected deviation as the difference of the state change value from the normal state change value, to use a predetermined allowable deviation change value as the predetermined allowable deviation, and to output a change alarm signal as an alarm signal. It is even further preferred if the electronic evaluation unit is designed to receive state sensor signals, to determine a rate of change of state as the ACTUAL state from at least three successive state sensor signals, and to compare the rate of change of state with a stored rate of normal state change as the target state, the determined deviation - Calculation as the difference of the rate of change of state from the normal rate of change of state, to use a predetermined permissible speed deviation as the predetermined permissible deviation, and to output a rate of change alarm signal as an alarm signal.
Gemäß diesen Fortbildungsformen wird einerseits ein Zustandsänderungssignal ermittelt, dass die Änderungen von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Istwerten charakterisiert. Dieses Zustandsänderungssignal kann als erste zeitliche Ableitung des Zustandssignals verstanden werden und ergibt häufig besser als der absolute Wert eines Zustandssignals eine Bewertungsgrundlage für einen eingetretenen oder sich anbahnenden kritischen Betriebszustand. Ebenso kann eine Zustandsänderungsgeschwindigkeit aus zeitlich aufeinander folgenden Zustandssensorsignalen ermittelt werden, worin die zweite zeitliche Ableitung des Zustandssignals zu verstehen ist. Durch die Berechnung und die Heranziehung dieses Zustandsänderungswertes oder der Zustandsänderungsgeschwindigkeit wird einerseits die Geschwindigkeit und andererseits die Beschleunigung, mit der sich das Zustandssignal ändert, ermittelt. Diese beiden Werte eignen sich für viele physikalischen Größen, die am Rotor oder an der Antriebswelle erfasst werden, besser, um einen eingetretenen oder sich abzeichnenden kritischen Betriebszustand der Exzenterschneckenpumpe zu erfassen als das Zustandssignal alleine. So kann bei einer alleinigen Erfassung des Zustandssignals oftmals nur ein Grenzwert definiert werden, der als kritisch empfunden wird. Dieser Grenzwert muss aber, um den normalen Betrieb unterbrechungs-und alarmfrei zu erlauben, tat- sächlich nahe der kritischen Grenze definiert werden. Demgegenüber kann bei Erfassung der Änderungsrate des Zustandssignals oder der Geschwindigkeit, mit der sich diese Änderungsrate verändert, bereits in einem für den absoluten Wert des Zustandssignals noch zulässigen Bereich erkannt werden, ob sich die Exzenterschneckenpumpe auf einem kritischen Betriebszustand zubewegt. So kann beispielsweise ein großer Anstieg des Drucks in der Exzenterschneckenpumpe oder eine sehr schnelle Änderung des Anstiegs oder Abfall des Drucks auf einen Verschlusszustand auf der Druckseite der Pumpe oder einen Verschlusszustand auf der Saugseite der Pumpe hindeuten und frühzeitig erkannt werden, um hierdurch eine Ansteuerung der Exzenterschneckenpumpe zu bewerkstelligen. Ebenso kann ein großer Temperaturanstieg oder eine große Änderungsrate des Temperaturan- stiegs, also ein sich beschleunigender Temperaturanstieg, bereits dann einen Trockenlauf signalisieren, wenn die absolute Temperatur noch gar nicht einen kritischen Zustandswert erreicht hat. Auch hier kann durch die direkte Zustandserfassung am Rotor bzw. an der Antriebswelle und die dadurch ermöglichte Differenzbetrachtung nach der ersten zeitlichen Ableitung oder zweiten zeitlichen Ableitung eine Echtzeitreaktion der Steuerung der Ex- zenterschneckenpumpe durch die Überwachung des Zustands erreicht werden, die das Auftreten von Schäden und Verschleiß Vorbeugen kann. According to these forms of advanced training, on the one hand a status change signal is determined that characterizes the changes of two chronologically successive actual values. This status change signal can be understood as the first time derivative of the status signal and often provides an assessment basis for a critical operating status that has occurred or is imminent, better than the absolute value of a status signal. Likewise, a rate of change of state can be determined from successive state sensor signals in which the second time derivative of the state signal is to be understood. By calculating and using this state change value or the state change speed, on the one hand the speed and on the other hand the acceleration with which the state signal changes are determined. These two values are better suited for many physical variables that are recorded on the rotor or on the drive shaft in order to record a critical operating condition of the progressing cavity pump that has occurred or is emerging than the condition signal alone. When the status signal is only detected, it is often only possible to define a limit value that is perceived as critical. However, in order to allow normal operation without interruption and without alarms, this limit value must actually be defined close to the critical limit. In contrast, when recording the rate of change of the status signal or the speed at which this rate of change changes, whether the eccentric screw pump is moving towards a critical operating condition can already be recognized in a range that is still permissible for the absolute value of the status signal. For example, a large increase in pressure in the eccentric screw pump or a very rapid change in the rise or fall in pressure can indicate a closed state on the pressure side of the pump or a closed state on the suction side of the pump and can be detected at an early stage in order to activate the eccentric screw pump to accomplish. Likewise, a large rise in temperature or a large rate of change in the rise in temperature, that is to say an accelerating rise in temperature, can signal dry running even when the absolute temperature has not yet reached a critical state value. Here, too, through the direct status detection on the rotor or on the drive shaft and the difference consideration made possible by the first time derivative or the second time derivative, a real-time reaction of the control of the eccentric screw pump can be achieved by monitoring the status, the occurrence of damage and Can prevent wear and tear.
Dabei ist es insgesamt weiter bevorzugt, wenn die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden IST-Zuständen mit einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden SOLL-Zuständen zu vergleichen, und als er- mittelte Abweichung einen Abweichungskennwert aus dem Vergleich zu berechnen, als vorbestimmte zulässige Abweichung einen vorbestimmten zulässigen Abweichungskennwert heranzuziehen. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine vorbestimmte Abweichung für die ermittelten Änderungen der Zustandsgrößen, oder Änderungen der Änderungsgeschwindigkeiten der Zustandsgrößen herangezogen, um einen Betrieb innerhalb eines als unkritisch zu betrachtenden Toleranzfensters zu ermöglichen und bei Überschreiten dieses Toleranzfensters einen entsprechenden Alarm auszulösen. Overall, it is further preferred if the electronic evaluation unit is designed to compare a plurality of chronologically sequential ACTUAL states with a plurality of chronologically sequential TARGET states and to calculate a deviation characteristic value from the comparison as the deviation determined predetermined permissible deviation to use a predetermined permissible deviation parameter. According to this embodiment, a predetermined deviation is used for the determined changes in the state variables or changes in the rate of change of the state variables in order to enable operation within a tolerance window that is considered to be uncritical and to trigger a corresponding alarm when this tolerance window is exceeded.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Exzenterschneckenpumpe einen Rotor mit einer konischen Umhüllenden und einen sich konisch verjüngenden Statorinnenraum aufweist und der Rotor und der Stator mittels eines Axialstellantriebs in axialer Richtung relativ zueinan- der verstellbar sind, die elektronische Auswerteeinheit mit dem Axialstellantrieb zur Signalübermittlung verbunden und ausgebildet ist, um den Stellantrieb anzusteuern, um eine axiale Verstellung zwischen Rotor und Stator auszuführen, während des axialen Verstellvorgangs mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Zustandssensorsignale des Zustandssensors zu erfassen. Gemäß dieser Ausführungsform wird mittels eines sich konisch verjüngenden Rotors und Stators eine Einsteilbarkeit des Radialspaltes zwischen Rotor und Stator ermöglicht, indem eine axiale Verstellbewegung zwischen Rotor und Stator erfolgt. Hierzu kann der Stator feststehend ausgeführt sein und der Rotor axial verstellbar sein. Die axiale Verstelleinrichtung kann insbesondere solcherart ausgeführt sein, dass im laufenden Be- trieb eine axiale Verstellung des Rotors erfolgen kann, beispielsweise indem der Rotor mitsamt Taumelwelle und Antriebsmotor axial verstellt werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein ansteuerbarer Aktuator verwendet werden, der vorzugsweise über einen Wegsensor eine vorbestimmte axiale Position einstellen kann. Es kann auch der Antriebsmotor oder andere Teile des Antriebsstrangs axial feststehend ausgebildet sein und mit dem Ro- tor mittels einer drehmomentübertragenden Axialschubverbindung verbunden sein. Die axiale Verstellbewegung des Rotors beeinflusst typischerweise das Zustandssignal und kann dazu genutzt werden, um eine Zustandssignaländerung zu erreichen. Hierzu wird erfindungsgemäß während des Verstellvorgangs zumindest ein Zustandssignal erfasst, vorzugsweise mehrere aufeinanderfolgende Zustandssignale. Die axiale Verstellbewe- gung kann in Abhängigkeit der Zustandssignale erfolgen. So kann dies durch eine Steuerung der Axialverstellung oder einen geschlossenen Regelkreis erfolgen, in dem das Zustandssignal als Eingangs- oder Führungsgröße und die axiale Verstellbewegung als Ausgangs- oder Regelgröße dient. Die axiale Verstellung zwischen Rotor und Stator erlaubt eine spontane Korrektur des Betriebszustandes der Exzenterschneckenpumpe. Sie kann dazu eingesetzt werden, um ein Anlaufverhalten der Pumpe zu optimieren, beispielsweise um einen leistungssparenden Hochlauf mit größerem Spalt zu erzielen und den Spalt dann nach Erreichen der gewünschten Drehzahl oder während des Hochlaufens zu verringern. Weiterhin kann die axiale Verstellung anhand einer Überwachung eines Zustandssignals wie der Antriebsleistung, des Drehmoments oder der Temperatur soweit erfolgen, bis ein für die Pumpeffizienz und den Verschleiß idealer Spalt zwischen Rotor und Stator erfolgt ist. It is further preferred that the eccentric screw pump has a rotor with a conical envelope and a conically tapering stator interior and the rotor and the stator can be adjusted relative to one another in the axial direction by means of an axial actuator, the electronic evaluation unit is connected to the axial actuator for signal transmission and is designed to control the actuator in order to carry out an axial adjustment between the rotor and stator, to detect a plurality of chronologically successive status sensor signals of the status sensor during the axial adjustment process. According to this embodiment, by means of a conically tapering Rotor and stator enables the radial gap between the rotor and stator to be adjusted, in that an axial adjustment movement takes place between the rotor and stator. For this purpose, the stator can be designed to be stationary and the rotor can be axially adjustable. The axial adjustment device can in particular be designed in such a way that an axial adjustment of the rotor can take place during ongoing operation, for example in that the rotor together with the wobble shaft and drive motor can be adjusted axially. For this purpose, a controllable actuator can be used, for example, which can preferably set a predetermined axial position via a displacement sensor. The drive motor or other parts of the drive train can also be designed to be axially fixed and connected to the rotor by means of a torque-transmitting axial thrust connection. The axial adjustment movement of the rotor typically influences the status signal and can be used to achieve a change in the status signal. For this purpose, according to the invention, at least one status signal is recorded during the adjustment process, preferably several consecutive status signals. The axial adjustment movement can take place as a function of the status signals. This can be done by controlling the axial adjustment or a closed control loop in which the status signal is used as an input or reference variable and the axial adjustment movement is used as an output or control variable. The axial adjustment between rotor and stator allows a spontaneous correction of the operating status of the eccentric screw pump. It can be used to optimize the start-up behavior of the pump, for example to achieve a power-saving run-up with a larger gap and then to reduce the gap after the desired speed has been reached or during run-up. Furthermore, the axial adjustment can be carried out by monitoring a status signal such as the drive power, the torque or the temperature until there is a gap between the rotor and stator that is ideal for pump efficiency and wear.
Noch weiter ist es bevorzugt, wenn der Zustandssensor an der Antriebswelle oder dem Rotor angeordnet ist und weiterhin mit einem Zustandssensordatenübertragungsmodul zur drahtlosen Übertragung von Zustandsdaten an einen Datenempfänger außerhalb der Ex- zenterschneckenpumpe verbunden ist, wobei der Zustandssensor und das Zustandssensordatenübertragungsmodul zum Empfang von elektrischer Energie mit einem Energiewandlerverbunden ist, der an dem Rotor oder an der Antriebswelle angeordnet ist und der ausgebildet ist, um eine auf ihn einwirkende kinetische oder thermische Energie in elektrische Energie zu wandeln. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Zustandssensor als au- tarkes Modul an Rotor oder Antriebswelle angeordnet und überträgt die Zustandsdaten drahtlos an einen hiervon beabstandeten Empfänger. Die für die Zustandsdatenerfassung und -Übertragung notwendige Energie wird dabei über einen Energiewandler bereitgestellt, der ebenfalls am Rotor oder der Antriebswelle angeordnet und mit dem Zustandssensordirekt zur Energieübertragung verbunden sein bzw. als ein gemeinsames Modul mit diesem ausgeführt sein. Der Energiewandler kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass er aus der Rotationsbewegung, einer daraus resultierenden Beschleunigung oder Schwingung eine elektrische Energie erzeugt, indem durch Induktion. Es können auch andere Wandlerarten eingesetzt werden, beispielsweise thermische Wandler, die aus einer Temperatur des gepumpten Mediums elektrische Energie erzeugen. It is even further preferred if the condition sensor is arranged on the drive shaft or the rotor and is further connected to a condition sensor data transmission module for wireless transmission of condition data to a data receiver outside the eccentric screw pump, the condition sensor and the condition sensor data transmission module for receiving electrical energy with an energy converter is connected, which is arranged on the rotor or on the drive shaft and which is designed to convert kinetic or thermal energy acting on it into electrical energy. According to this embodiment, the status sensor is arranged as an independent module on the rotor or drive shaft and transmits the status data wirelessly to a receiver spaced therefrom. The one for the status data acquisition The energy required and transmission is provided via an energy converter, which is also arranged on the rotor or the drive shaft and directly connected to the state sensor for energy transmission or designed as a common module with this. The energy converter can be designed, for example, in such a way that it generates electrical energy from the rotational movement, an acceleration or oscillation resulting therefrom, by induction. Other types of converters can also be used, for example thermal converters that generate electrical energy from a temperature of the pumped medium.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Energiewandler ausgewählt ist aus: - einem auf elektromagnetischem Induktionsprinzip beruhenden Wandler, der eine relative Rotationsbewegung des Rotors oder der Taumelwelle gegenüber einem Pumpengehäuse in eine elektrische Energie wandelt, einem auf elektromagnetischem Induktionsprinzip beruhenden Wandler, der eine aus der Rotation des Rotors oder der Taumelwelle um eine Rotorachse und der Rotation des Rotors um eine Exzenterachse resultierende reziprozierende Beschleunigung des Rotors oder der Taumelwelle in eine elektrische Energie wandelt, oder einem auf einem thermoelektrischen Prinzip beruhendem Wandler, der ein Temperaturgefälle in elektrische Energie wandelt, wobei der Wandler insbesondere in einem Bereich angeordnet ist, der einem Temperaturgefälle zwischen dem geförderten Medium und einem Pumpenbauteil wie dem Rotor, der Taumelwelle oder dem Stator ausgesetzt ist. In particular, it is preferred if the energy converter is selected from: a converter based on the electromagnetic induction principle, which converts a relative rotational movement of the rotor or the wobble shaft with respect to a pump housing into electrical energy, a converter based on the electromagnetic induction principle, which converts one of the rotation of the rotor or the wobble shaft around a rotor axis and the rotation of the rotor around an eccentric axis converts the resulting reciprocal acceleration of the rotor or the wobble shaft into electrical energy, or a converter based on a thermoelectric principle that converts a temperature gradient into electrical energy, the converter is arranged in particular in an area that is exposed to a temperature gradient between the conveyed medium and a pump component such as the rotor, the wobble shaft or the stator.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn zwei Zustandssensoren am Rotor angeordnet sind, die an zwei voneinander beanstandeten Positionen angeordnet sind und die Positionen einen Phasenversatz der gemessenen Zustandsgröße aufweisen, wobei der Phasenversatz vorzugsweise durch eine axiale Beabstandung der Zustandssensoren, die größer oder kleiner als ein ganzzahliges Vielfaches der Teilung des Rotors ist, oder durch eine Winkelbeab- standung der beiden Zustandssensoren erreicht wird, die ungleich einem ganzzahligen Vielfachen von 360° dividiert durch die Anzahl der Gewindegänge des Rotors ist. Mit dieser Ausführungsform wird eine gleichzeitige, phasenversetzte Messung von zwei Zustandsgrößen erreicht. Unter einem Phasenversatz ist hierbei eine Erfassung der zwei Zustandsgrößen innerhalb eines periodischen Verlaufs zu verstehen, die an zwei Punkten des periodischen Verlaufs erfolgt, die nicht um genau ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge des periodischen Verlaufs voneinander beabstandet sind. Im Falle der Erfassung dieser beiden Zustandsgrößen mittels zweier Zustandssensoren an einem dreigängigen Exzenterschneckenrotor kann dies auf verschiedene Positionierungsweise erfolgen. So kann der Phasenversatz beispielsweise erreicht werden, indem die beiden Zustandssensoren zwar in axialer Richtung nicht voneinander beanstandet sind - also in einer Querschnittsebene des Rotors liegen - aber einen Winkelversatz in dieser Querschnittsebene zueinander aufweisen, der verschieden von dem Quotienten 360%, wobei n der Anzahl der Gewindegänge des Rotors entspricht, ist. Demnach wäre eine phasenversetzte Mes- sung bei einem dreigängigen Rotor ausführbar, wenn die Zustandssensoren um einen Winkel zueinander versetzt sind, der nicht gleich 120° oder gleich 240° ist, also beispielsweise um 90° oder um 180° zueinander versetzt sind. Bei einem zweigängigen Rotor müsste der Winkelversatz ungleich 180° sein, um eine phasenversetzte Messung zu erreichen, bei einem viergängigen Rotor ungleich 90°, 180° und 270°. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei Exzenterschneckenpumpen prinzipbedingt die Gewindegangzahl des Stators immer um eins höher ist als die Gewindegangzahl des Rotors. It is also preferred if two state sensors are arranged on the rotor, which are arranged at two positions spaced apart from one another and the positions have a phase offset of the measured state variable, the phase offset preferably being due to an axial spacing of the state sensors that is greater or smaller than an integral multiple the pitch of the rotor, or is achieved by an angular distance between the two condition sensors that is not equal to an integral multiple of 360 ° divided by the number of thread turns of the rotor. With this embodiment, a simultaneous, phase-shifted measurement of two state variables is achieved. In this context, a phase offset is to be understood as a detection of the two state variables within a periodic curve, which occurs at two points of the periodic course takes place which are not spaced from one another by exactly an integral multiple of the wavelength of the periodic course. If these two state variables are recorded by means of two state sensors on a three-flight eccentric screw rotor, this can be done in different positioning methods. The phase offset can be achieved, for example, in that the two state sensors are not spaced apart from one another in the axial direction - i.e. lie in a cross-sectional plane of the rotor - but have an angular offset in this cross-sectional plane that differs from the quotient 360%, where n is the number corresponds to the threads of the rotor. Accordingly, a phase-shifted measurement could be carried out with a three-speed rotor if the state sensors are offset from one another by an angle that is not equal to 120 ° or 240 °, that is to say, for example, are offset from one another by 90 ° or 180 °. With a two-turn rotor, the angular offset would have to be unequal to 180 ° in order to achieve a phase-shifted measurement, with a four-turn rotor unequal to 90 °, 180 ° and 270 °. It must be taken into account that in eccentric screw pumps, the principle of the number of threads on the stator is always one higher than the number of threads on the rotor.
Eine phasenversetzte Messung lässt sich aber auch erreichen, wenn die Zustandssensoren einen Winkelversatz aufweisen, der dem Quotienten 360% entspricht, indem die Zustandssensoren axial um eine Distanz beabstandet sind, die ungleich einem Vielfachen der Teilung des Gewindes des Rotors ist. Die Teilung ist hierbei als der axiale Abstand zwei benachbarter Gewindespitzen zu verstehen und entspricht bei einem eingängigen Gewinde der Steigung, bei einem mehrgängigen Gewinde dem Quotienten aus Steigung/Anzahl der Gewindegänge (n). Insbesondere kann ein Phasenversatz eingestellt werden, indem die Zustandssensoren um eine axiale Distanz voneinander beabstandet werden, die der halben Teilung entspricht, sodass ein Phasenversatz um eine halbe Wellenlänge erreicht wird. A phase-shifted measurement can also be achieved if the status sensors have an angular offset that corresponds to the quotient 360%, in that the status sensors are axially spaced apart by a distance that is not a multiple of the pitch of the thread of the rotor. The division is to be understood as the axial distance between two adjacent thread peaks and corresponds to the pitch for a single thread and to the quotient of pitch / number of thread turns (n) for a multi-start thread. In particular, a phase offset can be set in that the state sensors are spaced apart from one another by an axial distance which corresponds to half the division, so that a phase offset of half a wavelength is achieved.
Durch die Messung mit Phasenversatz wird eine besonders günstige Überwachung bestimmter Anzeichen von Verschleiß erreicht. So kann durch Subtraktion der Sensorsignale der beiden Zustandssensoren eine um Effekte, die in nur einer Phase auftreten, bereinigte Messgröße erhalten werden, die eine Aussage zu lokal in einem Winkelbereich auftretenden Verschleißauswirkungen erlaubt. Zudem kann durch Vergleich von um den Phasenversatz zeitlich versetzt erhaltenen Sensorsignalen eine relative Aussage zu Zustandsveränderungen erhalten werden. Abweichend hiervon oder zusätzlich ist es auch in bestimmten Anwendungen vorteilhaft, wenn Es ist weiterhin bevorzugt, wenn zwei Zustandssensoren am Rotor angeordnet sind, die an zwei voneinander beanstandeten phasengleichen Positionen angeordnet sind, wobei die Phasengleichheit vorzugsweise durch eine axiale Beabstandung der Zustands- sensoren, die einem Vielfachen der Teilung des Rotors entspricht, oder durch eine Winkel- beabstandung der beiden Zustandssensoren um einen Winkel, der ein ganzzahliges Vielfaches von 360° dividiert durch die Anzahl der Gewindegänge ist, erreicht wird. Mit dieser Ausführungsform wird eine gleichzeitige, phasensynchrone Messung von zwei Zustandsgrößen erreicht. Diese Messweise erlaubt einen Vergleich von zwei zeitgleich an unterschiedlichen Positionen erfassten Zustandswerten und kann daher einen direkten Rückschluss auf lokal bedingte Betriebszustandsänderungen ermöglichen. By measuring with a phase offset, a particularly favorable monitoring of certain signs of wear is achieved. Thus, by subtracting the sensor signals from the two state sensors, a measured variable adjusted for effects that occur in only one phase can be obtained, which allows a statement to be made about the effects of wear occurring locally in an angular range. In addition, by comparing sensor signals obtained offset in time by the phase offset, a relative statement on changes in state can be obtained. Deviating from this or in addition, it is also advantageous in certain applications if two condition sensors are arranged on the rotor, which are arranged at two mutually spaced-apart in-phase positions, the phase equality preferably being achieved by an axial spacing of the condition sensors, which corresponds to a multiple of the pitch of the rotor, or is achieved by an angular distance between the two condition sensors by an angle that is an integral multiple of 360 ° divided by the number of thread turns. With this embodiment, a simultaneous, phase-synchronous measurement of two state variables is achieved. This measurement method allows a comparison of two status values recorded at the same time at different positions and can therefore enable direct conclusions to be drawn about locally caused changes in the operating status.
Es kann insbesondere auch bevorzugt sein, drei oder mehr Zustandssensoren vorzusehen, von denen zwei Zustandssensoren zueinander phasenversetzt angeordnet sind und zwei Zustandssensoren phasengleich angeordnet sind, um die oben erläuterten Vorteile zu kombinieren und eine umfassende Aussage zum Betriebszustand zu erzielen. In particular, it can also be preferred to provide three or more status sensors, two of which are arranged out of phase with one another and two status sensors are arranged in phase in order to combine the advantages explained above and to obtain comprehensive information on the operating status.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Zustandssensor ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Schwingungssensor, oder ein Beschleunigungssensor ist. It is also preferred if the state sensor is a temperature sensor, a pressure sensor, a vibration sensor, or an acceleration sensor.
Insbesondere kann hierbei eine Auswertung mittels eines Vergleichs mit einer zuvor gespeicherten und/oder kalibrierten Masterkurve Informationen über eine sich einstellende Gleichgewichtstemperatur liefern. Eine detaillierte Analyse des Kurvenverlaufes unter Berücksichtig von Steigung und Krümmung lassen zusätzliche Auswertungsmöglichkeiten zu. So korreliert beispielsweise die Relaxationszeitkonstante mit den dynamischen Eigenschaften des Elastomermantels des Stators. Ein Vergleich der Flächenintegrale beschreibt die Dämpfungsleistung während der Einlaufphase. Grundsätzlich kann durch eine Messung mittels zwei oder mehr axial entlang der Rotorachse beabstandeter Drucksensoren eine Druckdifferenz ermittelt werden, die beispielsweise für eine Volumenstromberechnung eingesetzt werden kann. In particular, an evaluation by means of a comparison with a previously stored and / or calibrated master curve can provide information about an equilibrium temperature that is being established. A detailed analysis of the course of the curve, taking into account the slope and curvature, allow additional evaluation options. For example, the relaxation time constant correlates with the dynamic properties of the stator's elastomer jacket. A comparison of the area integrals describes the damping performance during the running-in phase. In principle, a pressure difference can be determined by a measurement using two or more pressure sensors axially spaced along the rotor axis, which can be used, for example, for a volume flow calculation.
Durch eine mit einem Beschleunigungssensor oder einem Schwingungssensor erfolgende Messung der im Rotor erzeugten Schwingung ist es beispielsweise möglich, die Eigenfre- quenzen des Rotor-Stator-Systems durch die kontinuierliche Anregung im Pumpbetrieb zu überwachen. Durch Änderung signifikanter Signalanteile können dann Rückschlüsse auf die Material- und Strukturbeschaffenheit des Rotors getroffen werden und so beispielsweise das Auftreten oder die Ausbreitung von Risse oder Verformungen des Stators erkanntwerden. Weiterhin ist es möglich das Anschlägen von massiveren, im Fördermedium mitgeführten Fremdkörpern wie beispielsweise Steinen oder Schrauben zu detektieren. Der Benutzer der Pumpe kann bei Erfassen eines solchen Betriebszustands dann vor Beschädigungen durch diese Fremdkörper gewarnt werden und so seinen Pumpprozess überprüfen, um Schäden in der Pumpe vorzubeugen, oder es kann eine aus dem Zustandssensorsignal direkt abgeleitete Steuerungsmaßnahme durchgeführt werden, beispielsweise ein Not-Aus der Pumpe oder eine Drehzahlreduktion. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen: By measuring the vibration generated in the rotor using an acceleration sensor or a vibration sensor, it is possible, for example, to monitor the natural frequencies of the rotor-stator system through the continuous excitation in pumping operation. By changing significant signal components, conclusions can then be drawn The material and structural properties of the rotor can be taken into account and, for example, the occurrence or spread of cracks or deformations of the stator can be recognized. It is also possible to detect the impact of more massive foreign bodies carried along in the conveying medium, such as stones or screws. When such an operating state is detected, the user of the pump can then be warned of damage caused by these foreign bodies and thus check his pumping process in order to prevent damage to the pump, or a control measure derived directly from the state sensor signal can be carried out, for example an emergency shutdown of the Pump or a speed reduction. Preferred embodiments of the invention are explained with reference to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1 eine längsgeschnittene Ansicht einer Exzenterschneckenpumpe gemäß der Erfindung, Fig. 1 is a longitudinal sectional view of an eccentric screw pump according to the invention,
Fig. 2 eine längsgeschnittene Ansicht eines Ausschnitts einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe, 2 shows a longitudinal section of a detail of a first embodiment of the eccentric screw pump according to the invention,
Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, 3 shows a view according to FIG. 2 of a second embodiment of the invention,
Fig. 4a eine längsgeschnittene Teilansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4b eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer vierten Ausführungsform der Erfindung, FIG. 4a shows a longitudinal sectional partial view of a third embodiment of the invention, FIG. 4b shows a view according to FIG. 4a of a fourth embodiment of the invention,
Fig. 4c eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer fünften Ausführungsform der Erfindung, 4c shows a view according to FIG. 4a of a fifth embodiment of the invention,
Fig. 4d eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, 4d shows a view according to FIG. 4a of a sixth embodiment of the invention,
Fig. 4e eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer siebten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4f eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer achten Ausführungsform der Erfindung, 4e shows a view according to FIG. 4a of a seventh embodiment of the invention, FIG. 4f shows a view according to FIG. 4a of an eighth embodiment of the invention,
Fig. 4g eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer neunten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4h eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer zehnten Ausführungsform der Erfindung, 4g shows a view according to FIG. 4a of a ninth embodiment of the invention, FIG. 4h shows a view according to FIG. 4a of a tenth embodiment of the invention,
Fig. 4i eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer elften Ausführungsform der Erfindung, FIG. 4i shows a view according to FIG. 4a of an eleventh embodiment of the invention,
Fig. 4j eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer zwölften Ausführungsform der Erfindung, 4j shows a view according to FIG. 4a of a twelfth embodiment of the invention,
Fig. 4k eine Ansicht gemäß Fig. 4a einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung, FIG. 4k a view according to FIG. 4a of a thirteenth embodiment of the invention,
Fig. 5a eine schematische Darstellung des an der Taumelwelle bzw. an dem Rotor stattfindenden Messvorgangs gemäß einer ersten Ausführungsform, 5a shows a schematic representation of the measuring process taking place on the wobble shaft or on the rotor according to a first embodiment,
Fig. 5b eine schematische Darstellung des an der Taumelwelle bzw. an dem Rotor stattfindenden Messvorgangs gemäß einer zweiten Ausführungsform, 5b shows a schematic representation of the measuring process taking place on the wobble shaft or on the rotor according to a second embodiment,
Fig. 5c eine schematische Darstellung des an der Taumelwelle bzw. an dem Rotor stattfindenden Messvorgangs gemäß einer dritten Ausführungsform, 5c shows a schematic representation of the measuring process taking place on the wobble shaft or on the rotor according to a third embodiment,
Fig. 6a eine schematische Darstellung des Verlaufs dreier charakteristischer6a shows a schematic representation of the course of three characteristic ones
Messwerte, die an der Taumelwelle oder dem Rotor aufgenommen werden, über die Betriebsdauer einer Exzenterschneckenpumpe, Fig. 6b einen typischen schematischen Verlauf von drei an dem Rotor aufgenommenen Temperaturen über die Zeit, Fig. 6c einen typischen schematischen Verlauf der Bewegung eines am Rotor befestigten Sensors in drei Richtungen über die Zeit bei einem normalen Betriebszustand, Measured values that are recorded on the wobble shaft or the rotor over the operating time of an eccentric screw pump, FIG. 6b shows a typical schematic curve of three temperatures recorded on the rotor over time, 6c shows a typical schematic course of the movement of a sensor attached to the rotor in three directions over time in a normal operating state,
Fig. 6d einen typischen schematischen Verlauf der Bewegung eines am Rotor befestigten Sensors in drei Richtungen über die Zeit bei einem Betriebszustand einer Pumpe mit fortgeschrittenem Verschleiß. 6d shows a typical schematic course of the movement of a sensor attached to the rotor in three directions over time in an operating state of a pump with advanced wear.
In Fig. 1 ist der typische Aufbau einer Exzenterschneckenpumpe gezeigt. Die Pumpe weist einen Stator 10 auf, der einen sich entlang einer Statorlängsachse A erstreckenden Hohlraum in Gestalt eines gewundenen Schneckengangs mit zwei Gängen aufweist. Der Stator 10 umfasst typischerweise ein Metallrohr 11 oder eine sonstige stabile Hüllkonstruktion, die einen Elastomermantel 12 umschließt, der innen einen Hohlraum mit der Schneckengeometrie ausbildet. In dem Statorhohlraum ist ein Rotor 20 angeordnet, der sich entlang einer Rotorlängsachse B erstreckt, die um die sogenannte „Exzentrizität“ parallel versetzt zu der Statorlängsachse A verläuft. Exzenterschneckenpumpen können mit Rotoren und Statoren unterschiedlicher Gangzahl ausgebildet sein. Grundsätzlich ist für das Funktionsprinzip die Gangzahl des Rotors stets um einen Gang höher als die Gangzahl des Stators. In Fig. 1, the typical structure of an eccentric screw pump is shown. The pump has a stator 10, which has a cavity extending along a longitudinal axis A of the stator in the form of a coiled worm flight with two flights. The stator 10 typically comprises a metal tube 11 or some other stable shell construction that encloses an elastomer jacket 12 that forms a cavity with the screw geometry on the inside. In the stator cavity, a rotor 20 is arranged, which extends along a rotor longitudinal axis B, which runs parallel to the stator longitudinal axis A offset by the so-called “eccentricity”. Eccentric screw pumps can be designed with rotors and stators of different numbers of gears. Basically, the number of turns of the rotor is always one gear higher than the number of turns of the stator for the functional principle.
Der Statorinnenraum und der Rotor können sich in axialer Richtung in Pumprichtung verjüngen (nicht dargestellt), sodass das zu einer Einlassöffnung 1 weisende Ende des Rotors und des Statorinnenraums eine größere Querschnittsfläche aufweisen als das zu einer Auslassöffnung 2 weisende Ende. Bei solchen sich verjüngenden (typischerweise mit einer konischen Umhüllenden bzw. einem konisch zulaufenden Innenraum ausgestatteten) Rotor und Stator sind der Rotor und der Stator dann axial zueinander verschieblich angeordnet (Axialbewegung Ax). Eine axiale Zustellung ist dann vorzugsweise während der Rotationsbewegung Ro des Rotors möglich. Hierdurch kann einerseits ein verschleißbedingtes Spiel bzw. eine zu geringe Vorspannung des Rotors im Stator ausgeglichen werden, indem der Rotor weiter in den Stator eingefahren wird. Zudem kann dadurch ein Anlaufverhalten der Pumpe durch die Axialverstellung optimiert werden, beispielsweise, indem in Abhängigkeit des Pumpverhaltens anhand der Zustandsgrößen die axiale Verstellung vorgenommen wird. So kann beispielsweise auf unterschiedliche Viskositäten des Fördermediums reagiert werden. The stator interior and the rotor can taper in the axial direction in the pumping direction (not shown), so that the end of the rotor facing an inlet opening 1 and the stator interior have a larger cross-sectional area than the end facing an outlet opening 2. In the case of such tapering (typically equipped with a conical envelope or a conically tapering interior) rotor and stator, the rotor and the stator are then arranged to be axially displaceable with respect to one another (axial movement Ax). Axial infeed is then preferably possible during the rotational movement Ro of the rotor. In this way, on the one hand, wear-related play or insufficient pre-tensioning of the rotor in the stator can be compensated for by moving the rotor further into the stator. In addition, a start-up behavior of the pump can be optimized by the axial adjustment, for example by performing the axial adjustment as a function of the pumping behavior on the basis of the state variables. For example, it is possible to react to different viscosities of the pumped medium.
Der Rotor 20 wird durch eine Taumelwelle 30 in Rotation um seine Rotorlängsachse B versetzt. Die Taumelwelle 30 ist hierbei zwischen den Rotor und einer Antriebseingangs- welle, die über ein Riemengetriebe 41 von einem Antriebsmotor 40 angetrieben wird, eingesetzt und übertragt eine Rotationsbewegung des Antriebsmotors 40 auf den Rotor 20. Die Taumelwelle 30 erstreckt sich dabei von einem Antriebseingangsende 30a, das rotierend in einem Einlassgehäuse 50 gelagert ist, zu einem Antriebsausgangsende 30b, das mit dem Rotor verbunden ist. An dem Antriebsausgangsende 30b führt die TaumelwelleThe rotor 20 is set in rotation about its longitudinal axis B of the rotor by a wobble shaft 30. The wobble shaft 30 is here between the rotor and a drive input shaft, which is driven by a drive motor 40 via a belt drive 41, and transmits a rotational movement of the drive motor 40 to the rotor 20. The wobble shaft 30 extends from a drive input end 30a, which is rotatably mounted in an inlet housing 50, to a drive output end 30b connected to the rotor. The wobble shaft leads at the drive output end 30b
30 eine kombinierte Bewegung aus, die zusammengesetzt ist aus einer Rotation um die Rotorlängsachse B und einer Rotation der Rotorlängsachse B um die Statorlängsachse A. An diesem Antriebsausgangsende kann die Taumelwelle mittels einer durch zwei Rotationslager mit exzentrisch versetzten Achsen ausgeführten Exzenterlagerung geführt sein, oder kann ungeführt sein, sodass die Bewegung des Antriebsausgangsendes der Taumelwelle durch die Führung des Rotors im Stator definiert wird. 30 a combined movement, which is composed of a rotation around the rotor longitudinal axis B and a rotation of the rotor longitudinal axis B around the stator longitudinal axis A. At this drive output end, the wobble shaft can be guided by means of an eccentric bearing made by two rotary bearings with eccentrically offset axes, or it can be unguided so that the movement of the drive output end of the wobble shaft is defined by the guidance of the rotor in the stator.
Die Taumelwelle 30 weist an dem Antriebseingangsende 30a ein EingangskardangelenkThe wobble shaft 30 has an input cardan joint at the drive input end 30a
31 auf und an dem Antriebsausgangsende ein Ausgangskardangelenk 32. Zwischen den beiden Kardangelenken 31 , 32 erstreckt sich ein Wellenabschnitt 33, der die beiden Kar- dangelenke miteinander verbindet. Das Eingangskardangelenk 31 ist mit der Antriebseingangswelle und über das Riemengetriebe mit der Abtriebswelle des Antriebsmotors 40 verbunden. Das Ausgangskardangelenk 32 ist mit dem Rotor verbunden. 31 an output cardan joint 32 on and at the drive output end. Between the two cardan joints 31, 32 there extends a shaft section 33 which connects the two cardan joints to one another. The input cardan joint 31 is connected to the drive input shaft and via the belt drive to the output shaft of the drive motor 40. The output cardan joint 32 is connected to the rotor.
Die gesamte Taumelwelle 30 ist in einem Einlassgehäuse 50 angeordnet und wird von einem zu pumpenden Medium, das durch eine Einlassöffnung 51 in das Einlassgehäuse 50 einströmt, umspült. Dies stellt die Saugseite der Pumpe dar. Die Taumelwelle ist daher insgesamt von einer Schutzhülle 36 umgeben, die sich über das Eingangskardangelenk 31 , den Wellenabschnitt 33 und das Ausgangskardangelenk 32 erstreckt. The entire wobble shaft 30 is arranged in an inlet housing 50 and is bathed by a medium to be pumped which flows into the inlet housing 50 through an inlet opening 51. This represents the suction side of the pump. The wobble shaft is therefore entirely surrounded by a protective sleeve 36 which extends over the input cardan joint 31, the shaft section 33 and the output cardan joint 32.
Der Rotor 20 und der Stator 10 erstrecken sich von einem an dem Einlassgehäuse befestigten Einlassende 10a zu einem an einem Auslassende 20a befestigten Auslassgehäuse 60. Am Auslassgehäuse 60 ist eine Auslassöffnung 61 angeordnet, durch die das geförderte Medium aus der Pumpe herausströmt und welches die Druckseite der Pumpe darstellt. The rotor 20 and the stator 10 extend from an inlet end 10a attached to the inlet housing to an outlet housing 60 attached to an outlet end 20a Pump represents.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt, der die Taumelwelle mit daran angesetzter Antriebseingangswelle und daran angesetztem Rotor im Ausschnitt zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Sensor 101 in eine in radialer Richtung zur Rotorlängsachse B verlaufende Bohrung 102 im Rotor eingesetzt. Der Sensor kann beispielsweise ein Temperatursensor, ein Beschleunigungssensoroderein Drucksensor sein. Der Rotor 20 weist weiterhin eine Längsbohrung 21 auf, welche sich entlang und koaxial zur Rotorlängsachse B erstreckt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Sensor 101 mittels einer Sensorsignalleitung 110 verbunden, die durch die Längsbohrung 21 im Rotor verläuft, von dort ausgehend in eine koaxial zur Längsbohrung 21 verlaufende Flanschlängsbohrung 34 im Anschlussflansch des Ausgangskardangelenks 31 mündet. Aus dieser Flanschlängsbohrung 34 ver- läuft die Sensorsignalleitung 103 durch eine sich in radialer Richtung zur Rotorlängsachse B erstreckende Bohrung im Anschlussflansch des Ausgangskardangelenks 31 bis zu einer Position außerhalb des Kardangelenks 31. Die Signalleitung verläuft dann außerhalb des Kardangelenks 31 , des Wellenabschnitts 33 und des Kardangelenks 32, jedoch innerhalb der Schutzhülle 36 bis zum Eingangsende der Taumelwelle 30. An diesem Eingangsende verläuft die Signalleitung analog wie am Ausgangsende zunächst durch eine radiale Bohrung im Wellenabschnitt-seitigen Anschlussflansch des Eingangskardangelenks bis zu einer axialen Bohrung im Antriebseingangswellen-seitigen Anschlussflansch des Kardangelenks, von dort in eine koaxiale Längsbohrung in der Antriebseingangswelle. Die Sensorsignalleitung kann dann bis zu einer Sensorsignaldrehübertragung geführt werden, die bei- spielsweise in Form von mehreren Schleifringen oder dergleichen ausgeführt sein kann, um das Sensorsignal aus dem drehenden Teil der Exzenterschneckenpumpe nach außen in einen ruhenden Teil der Exzenterschneckenpumpe zu führen. FIG. 2 shows a detail which shows the wobble shaft with the drive input shaft attached to it and the rotor attached to it. In this embodiment, a sensor 101 is inserted into a bore 102 in the rotor that extends in the radial direction relative to the longitudinal axis B of the rotor. The sensor can be, for example, a temperature sensor, an acceleration sensor or a pressure sensor. The rotor 20 also has a longitudinal bore 21 which extends along and coaxially to the longitudinal axis B of the rotor. In the embodiment according to FIG. 2, the sensor 101 is connected by means of a sensor signal line 110 which runs through the longitudinal bore 21 in the rotor, starting from there opens into a flange longitudinal bore 34 running coaxially with the longitudinal bore 21 in the connection flange of the output cardan joint 31. From this flange longitudinal bore 34, the sensor signal line 103 runs through a bore in the connection flange of the output cardan joint 31 that extends in the radial direction to the rotor longitudinal axis B to a position outside of the cardan joint 31. The signal line then runs outside of the cardan joint 31, the shaft section 33 and the cardan joint 32, but within the protective cover 36 up to the input end of the wobble shaft 30.At this input end, the signal line runs analogously to the output end through a radial hole in the shaft section-side connection flange of the input cardan joint to an axial hole in the drive input shaft-side connection flange of the cardan joint, from there in a coaxial longitudinal bore in the drive input shaft. The sensor signal line can then be routed to a rotary sensor signal transmission, which can be implemented, for example, in the form of several slip rings or the like, in order to route the sensor signal from the rotating part of the eccentric screw pump to a stationary part of the eccentric screw pump.
Fig. 3 zeigt eine Variante der Signalleitungsführung. Die Figur zeigt einen grundsätzlich übereinstimmenden Aufbau wie Fig. 2. Abweichend hiervon ist die Signalleitung jedoch bei dieser Variante ausschließlich durch axiale Längsbohrungen in dem Anschlussflansch des Kardanausgangsgelenks, dem Wellenabschnitt und dem Anschlussflansch des Kardaneingangsgelenks geführt, um wiederum in die Längsbohrung in der Antriebswelle zu münden. 3 shows a variant of the signal line routing. The figure shows a basically identical structure as in Fig. 2. In this variant, however, the signal line is routed exclusively through axial longitudinal bores in the connection flange of the cardan output joint, the shaft section and the connection flange of the cardan input joint, in order to open into the longitudinal bore in the drive shaft .
In diesem Fall verläuft die Signalleitung auch durch entsprechende Querbohrungen in den Bolzen der beiden Kardangelenke. Dabei ist zu verstehen, dass die Kanäle, in denen die Signalleitung verläuft, in ihren Abmessungen entsprechend groß ausgeführt sind, sodass auch bei der im Betrieb auftretenden Taumelbewegung und dem Abknicken der Kardangelenke die Signalleitung ohne Einfluss von Scherungen und somit beschädigungsfrei bleibt. In this case, the signal line also runs through corresponding cross bores in the bolts of the two cardan joints. It should be understood that the dimensions of the channels in which the signal line runs are correspondingly large, so that the signal line remains free of shear and therefore damage even with the wobbling movement that occurs during operation and the kinking of the cardan joints.
Sowohl bei Fig. 2 als auch bei Fig. 3 kann die Antriebseingangswelle am eingangsseitigen Kardangelenk mittels eines zentralen Bolzens befestigt sein, der sich durch teilweise oder vollständig durch die Antriebseingangswelle erstreckt und an dem Kardangelenk befestigt ist, um einen konischen Passungssitz zwischen der Antriebseingangswelle und dem Kardangelenk axial zu spannen. Ein weiterer Unterschied ist darin zu erkennen, dass bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Signalleitung in der Antriebseingangswelle in einer sich axial erstreckenden Längsnut in der Welle (z.B. nach Art einer Passfedernut) geführt ist und daher seitlich von diesem Bolzen liegt, wohingegen bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 ein hohler Bolzen vorgesehen ist, der in der als Hohlwelle ausgeführten Antriebseingangswelle verläuft und die Signalleitung innerhalb des inneren Hohlraums dieses hoh- len Bolzens verläuft. Both in Fig. 2 and Fig. 3, the drive input shaft can be fastened to the input-side universal joint by means of a central bolt which extends through partially or completely through the drive input shaft and is fastened to the universal joint to provide a conical fit between the drive input shaft and the Axial tensioning of the universal joint. Another difference can be seen in the fact that, in the embodiment according to FIG. 2, the signal line in the drive input shaft is in one axially extending longitudinal groove in the shaft (e.g. in the manner of a feather keyway) and therefore lies laterally from this bolt, whereas in the embodiment according to Figure 3 a hollow bolt is provided which runs in the drive input shaft designed as a hollow shaft and the signal line within the inner one Cavity of this hollow bolt runs.
In den Figuren 4a-k sind verschiedene Varianten der Sensoranordnung am Rotor dargestellt. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass es sich bei den abgebildeten Sensoren in diesen Figuren um Drucksensoren, Temperatursensoren, Beschleunigungssensoren, Schwingungssensoren, oder sonstige Sensoren handeln kann. Weiterhin ist zu verstehen, dass die in den Figuren 4a-k abgebildeten Varianten der Sensoranordnung auch miteinander kombiniert werden können, und zwar einerseits solcherart, dass Sensoren gleichen Typs an unterschiedlichen Orten gemäß dieser Varianten angeordnet werden können oder dass Sensoren gleichen Typs an unterschiedlichen Orten gemäß dieser Varianten eingesetzt werden können, oder dass an einem in diesen Varianten gezeigten Ort mehreren Sensoren unterschiedlichen Typs angeordnet sein können. Ebenso können die Signalübertragungsprinzipien und die Energieversorgung der Sensoren, die in diesen Varianten gemäß Fig. 4a-k gezeigt sind, miteinander kombiniert werden. Different variants of the sensor arrangement on the rotor are shown in FIGS. 4a-k. Basically, it should be understood that the sensors depicted in these figures can be pressure sensors, temperature sensors, acceleration sensors, vibration sensors, or other sensors. It should also be understood that the variants of the sensor arrangement shown in FIGS of these variants can be used, or that several sensors of different types can be arranged at a location shown in these variants. Likewise, the signal transmission principles and the energy supply of the sensors, which are shown in these variants according to FIGS. 4a-k, can be combined with one another.
Fig. 4a zeigt eine Anordnung des Sensors 301 im Rotor, bei welcher der Sensor in die äußere Oberfläche des Rotors eingesetzt ist. Diese Sensoranordnung kann, wie zuvor an- hand der Figuren 2 und 3 dargestellt, durch eine entsprechende sich radial erstreckende Bohrung im Rotor und sich axial erstreckende Bohrung im Rotor erfolgen, wenn der Sensor mittels einer Signalleitung 305 das Sensorsignal übertragen soll und gegebenenfalls durch eine parallel hierzu verlaufende Energieleitung 306 mit Energie versorgt werden soll. 4a shows an arrangement of the sensor 301 in the rotor, in which the sensor is inserted into the outer surface of the rotor. This sensor arrangement can, as previously shown with reference to FIGS energy line 306 running for this purpose is to be supplied with energy.
Generell vorteilhaft an einer Anordnung des Sensors in der äußeren Oberfläche des Rotors ist, dass diese Position einerseits eine umlaufende Signalerfassung ermöglicht, also eine Signalerfassung übereinen Rotationswinkel von 360° um die Rotorlängsachse bzw. Statorlängsachse und somit eine Art Querschnittserfassung des Signals ermöglicht. Weiterhin vorteilhaft an der Anordnung des Sensors am Rotor und insbesondere dann, wenn der Sensor im Bereich der äußeren Oberfläche des Rotors angeordnet ist, ist die Möglichkeit, mit diesem Sensor sowohl eine Signalerfassung eines Kennwerts am Stator als auch eines Kennwerts am Rotor als auch eines Kennwerts des geförderten Mediums während des laufenden Betriebs durchzuführen. Diese Signalerfassung kann insbesondere während eines Umlaufs des Rotors über 360° erfolgen. Ermöglicht wird dies dadurch, dass bei dieser Sensorposition an oder nahe der Oberfläche des Rotors während des Betriebs bei einer Exzenterschneckenpumpe einerseits in direktem Kontakt mit dem Stator kommt, andererseits auch bei weiterer Rotation in einen Abstand zum Stator und dadurch in Kontakt mit dem geförderten Medium kommt, wodurch jeweils periodisch eine Erfassung des Stators und eine Erfassung des Mediums möglich ist. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung im Rotor selbst auch eine Messung zum Rotor hin. Dies kann insbesondere eine Temperaturmessung sein, bei der je nach Rotationswinkel des Rotors um die Rotorlängsachse die Temperatur des Stators in bestimmten Winkeln, Wnkelbereichen oder über den gesamten Umfang in Bezug auf die Statorlängsachse und zudem die Temperatur des geförderten Mediums gemessen wird. Desweiteren kann, beispielsweise indem der Sensor mit mehreren Fühlern ausgeführt ist, auch die Temperatur des Rotors durch den Sensor erfasst werden. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass der Sensor auch als Sensoreinheit ausgeführt sein kann und mehrere Messfunktionen gleicher oder unterschiedlicher physikalischer Größen erfassen kann. It is generally advantageous about an arrangement of the sensor in the outer surface of the rotor that this position on the one hand enables circumferential signal acquisition, i.e. signal acquisition over an angle of rotation of 360 ° around the longitudinal axis of the rotor or the longitudinal axis of the stator and thus enables a type of cross-sectional acquisition of the signal. Another advantage of the arrangement of the sensor on the rotor, and especially when the sensor is arranged in the area of the outer surface of the rotor, is the possibility of using this sensor to record signals of a characteristic value on the stator and a characteristic value on the rotor as well as a characteristic value of the conveyed medium during operation. This signal acquisition can take place in particular during one revolution of the rotor over 360 °. This is made possible by the fact that at this sensor position on or near the surface of the rotor during operation at a Eccentric screw pump on the one hand comes into direct contact with the stator, on the other hand it comes into a distance from the stator and thus comes into contact with the pumped medium even with further rotation, whereby a periodic detection of the stator and a detection of the medium is possible. In addition, the arrangement in the rotor itself also enables a measurement towards the rotor. This can in particular be a temperature measurement in which, depending on the angle of rotation of the rotor around the longitudinal axis of the rotor, the temperature of the stator is measured in certain angles, angular ranges or over the entire circumference in relation to the longitudinal axis of the stator and also the temperature of the conveyed medium. Furthermore, for example by designing the sensor with several sensors, the temperature of the rotor can also be detected by the sensor. Basically, it should be understood that the sensor can also be designed as a sensor unit and can detect several measuring functions of the same or different physical quantities.
Die in Fig. 4a gezeigte Sensorposition kann auch für piezoelektrische oder kapazitive Vib- rationssensoren verwendet werden, um Vibrationen oder Beschleunigungen des Rotors an dieser Einbauposition des Sensors zu erfassen. Dabei kann es sich um einachsig oder mehrachsig messende Sensoren handeln. Ebenso können an dieser Position Wirbelstromsensoren eingesetzt werden, um eine Abstands- oder Positionsmessung des Rotors vorzunehmen. Fig. 4b zeigt schematisch eine mit Fig. 4a übereinstimmende Positionierung des Sensors 401. Bei dieser Einbauvariante wird jedoch nur die Signalleitung 405 vom Sensor zum Empfangsgerät kabelgebunden ausgeführt. Zur Energieversorgung des Sensors ist benachbart zum Sensor ein Energiewandler 407 angeordnet, der Temperaturen oder Temperaturgradienten in elektrische Energie wandelt, wie beispielsweise dies mit einem Pelle- tier-Element ausgeführt werden kann. Dieser Energiewandler macht sich zunutze, dass durch Reibung zwischen Rotor und Stator und das durchströmende Medium hier gegenüber der Umgebungstemperatur sich ändernden Temperaturen und folglich Temperaturgradienten auftreten, welche eine Energiewandlung ermöglichen, die ausreichend ist, um den Sensor mit Energie zu versorgen. Fig. 4c zeigt eine weitere Variante, bei der die Lage des Sensors 501 und der Signalleitung 505 der Sensorlage gemäß Fig. 4a entspricht und eine Energieversorgung des Sensors mittels Energiewandler erfolgt. Der Energiewandler ist hierbei nach dem Prinzip der Induktion aufgebaut, wobei einerseits im Einlassgehäuse 50 entsprechende Magneten 508, als Festmagneten oder Spulenmagneten, angeordnet sind und sich im Bereich des Ausgangskardangelenks oder am Einlassende des Rotors eine Spule 507 befindet, in der durch Induktion ein Stromfluss ausgelöst wird. Der so bei Rotation des Rotors wirkende Generator/Dynamo erzeugt dann die notwendige elektrische Energie zur Versorgung des Sensors über eine kurze Energieleitung 506. The sensor position shown in FIG. 4a can also be used for piezoelectric or capacitive vibration sensors in order to detect vibrations or accelerations of the rotor at this installation position of the sensor. These sensors can be single-axis or multi-axis measuring. Eddy current sensors can also be used at this position in order to measure the distance or position of the rotor. FIG. 4b shows schematically a positioning of the sensor 401 that corresponds to FIG. 4a. In this installation variant, however, only the signal line 405 from the sensor to the receiving device is wired. To supply the sensor with energy, an energy converter 407 is arranged adjacent to the sensor, which converts temperatures or temperature gradients into electrical energy, as can be done, for example, with a Pellier element. This energy converter takes advantage of the fact that the friction between the rotor and stator and the medium flowing through it causes temperatures that change with respect to the ambient temperature and consequently temperature gradients that enable an energy conversion that is sufficient to supply the sensor with energy. FIG. 4c shows a further variant in which the position of the sensor 501 and the signal line 505 corresponds to the sensor position according to FIG. 4a and the sensor is supplied with energy by means of an energy converter. The energy converter is constructed according to the principle of induction, with corresponding magnets 508 in the inlet housing 50 as Fixed magnets or coil magnets are arranged and a coil 507 is located in the region of the output cardan joint or at the inlet end of the rotor, in which a current flow is triggered by induction. The generator / dynamo acting in this way when the rotor rotates then generates the necessary electrical energy to supply the sensor via a short energy line 506.
In Fig. 4d ist eine weitere Variante der Energieversorgung gezeigt. Bei dieser Variante ist ein Piezowandler oder ein elektrodynamischer Wandler 607 im Rotor angeordnet, welcher aus der Vibration, die durch die Exzenterrotationsbewegung des Rotors hervorgerufen wird, eine elektrische Energie erzeugt und den Sensor 601 hiermit versorgt. Wiederum erfolgt die Signalübertragung kabelgebunden über eine Signalleitung 605 Another variant of the energy supply is shown in FIG. 4d. In this variant, a piezo transducer or an electrodynamic transducer 607 is arranged in the rotor, which generates electrical energy from the vibration caused by the eccentric rotational movement of the rotor and supplies the sensor 601 with it. Again, the signal is transmitted in a wired manner via a signal line 605
Fig. 4e und 4f zeigen eine Variante, bei der zwei Sensoren701a, b bzw. 801a, b in gleicher Winkellage in Bezug auf die Rotorlängsachse B aber axial voneinander beabstandet entlang der Rotorlängsachse B am Rotor angeordnet sind. Dabei ist bei Fig. 4f der axiale Abstand der beiden Sensoren 701a, b so gewählt, dass beide Sensoren im Bereich einer Gewindespitze des Gewindegangs des Rotors angeordnet sind, der axiale Abstand also der Teilung des Rotorgewindes entspricht, wohingegen bei Fig. 4e der axiale Abstand zwischen den beiden Sensoren 801a, b so gewählt ist, dass ein Sensor im Bereich einer Gewindespitze und der andere Sensor im Bereich einer Gewindenut angeordnet ist, der axiale Abstand entspricht hier also der Hälfte derTeilung des Rotorgewindes. In beiden Varianten werden die Sensoren über eine gemeinsame Energieleitung 706, 806 versorgt und leiten ihre Signale über jeweils separate Signalleitungen 705a, b bzw. 805a, b ab. 4e and 4f show a variant in which two sensors 701a, b and 801a, b are arranged on the rotor in the same angular position with respect to the rotor longitudinal axis B but axially spaced from one another along the rotor longitudinal axis B. In Fig. 4f, the axial distance between the two sensors 701a, b is chosen so that both sensors are arranged in the area of a thread tip of the thread turn of the rotor, the axial distance thus corresponds to the pitch of the rotor thread, whereas in Fig. 4e the axial distance between the two sensors 801a, b is selected so that one sensor is arranged in the area of a thread tip and the other sensor in the area of a thread groove, the axial distance here thus corresponds to half the pitch of the rotor thread. In both variants, the sensors are supplied via a common power line 706, 806 and derive their signals via separate signal lines 705a, b and 805a, b.
Fig. 4g zeigt eine weitere Variante, bei welcher zwei Sensoren901a, b in gleichem axialen Abstand wie bei Fig. 4e am Rotor angeordnet sind, in diesem Fall aber nicht in gleicher Winkellage. Diese Sensoren sind zwecks einer Phasenversatzmessung um 180° um die Rotorlängsachse zueinander verdreht positioniert. FIG. 4g shows a further variant in which two sensors 901a, b are arranged on the rotor at the same axial distance as in FIG. 4e, but in this case not in the same angular position. For the purpose of measuring the phase offset, these sensors are positioned rotated by 180 ° around the longitudinal axis of the rotor.
Fig. 4h zeigt eine weitere Variante der Anordnung des Sensors 1001 . Bei dieser Variante ist der Sensor zentral in der Rotorlängsachse innerhalb des Rotors angeordnet und erstreckt sich nicht zu einer äußeren Oberfläche des Rotors. Zudem ist der Sensor in axialer Richtung etwa mittig im Rotorangeordnet. Diese Anordnung eignet sich insbesondere gut, um so einen ein- oder mehrachsige Vibrationssensor oder ein Gyroskop oder einen Rotationssensor anzuordnen und hierdurch die Bewegung, Geschwindigkeit oder Beschleuni- gung des Sensors zu erfassen, welche aufgrund der exzentrischen Bewegung eine charakteristische Aussage über den Betriebszustand der Exzenterschneckenpumpe ermöglicht. 4h shows a further variant of the arrangement of the sensor 1001. In this variant, the sensor is arranged centrally in the longitudinal axis of the rotor within the rotor and does not extend to an outer surface of the rotor. In addition, the sensor is arranged approximately in the center of the rotor in the axial direction. This arrangement is particularly suitable for arranging a single or multi-axis vibration sensor or a gyroscope or a rotation sensor and thereby determining the movement, speed or acceleration to detect the movement of the sensor, which, due to the eccentric movement, enables a characteristic statement to be made about the operating state of the eccentric screw pump.
Fig. 4i zeigte eine Variante der Sensoranordnung, bei welcher der Sensor 1101 ebenfalls nicht bis zur äußeren Oberfläche des Rotors hin angeordnet ist, sondern innerhalb des Rotors bleibt. Gegenüber der in Fig. 4h dargestellten Sensorlage ist der Sensor hierbei aber radial beabstandet zur Rotorlängsachse angeordnet und befindet sich nahe der äußeren Oberfläche des Rotors. 4i shows a variant of the sensor arrangement in which the sensor 1101 is likewise not arranged up to the outer surface of the rotor, but rather remains inside the rotor. In contrast to the sensor position shown in FIG. 4h, however, the sensor is arranged at a radial distance from the longitudinal axis of the rotor and is located near the outer surface of the rotor.
Fig. 4j zeigt eine Ausführungsform, bei welcher eine kabelgebundene Übertragung von Daten oder Energie zum Sensor 1201 nicht erforderlich ist. Übereinstimmend zu Fig. 4b ist hierbei ein Energiewandler 1207 benachbart zu dem Sensor angeordnet. Darüber hinaus ist bei dieser Ausführungsform auch ein Funkübermittlungsmodul 1209 benachbart zum Sensor in dem Rotorangeordnet. Hierdurch können die Sensorsignale an einen außerhalb des Rotors, insbesondere außerhalb des Stators oder der Exzenterschneckenpumpe an- geordneten Empfänger 1210 übermittelt werden. 4j shows an embodiment in which a wired transmission of data or energy to the sensor 1201 is not required. In accordance with FIG. 4b, an energy converter 1207 is arranged adjacent to the sensor. In addition, in this embodiment, a radio transmission module 1209 is also arranged adjacent to the sensor in the rotor. In this way, the sensor signals can be transmitted to a receiver 1210 arranged outside the rotor, in particular outside the stator or the eccentric screw pump.
Fig. 4k zeigt eine Variante hierzu, bei der neben dem Sensor 1301 auch das Funkübertragungsmodul 1309 direkt aus dem Energiewandler 1307 mit Energie versorgt wird und an einen externen Empfänger 1310 die Signale überträgt. 4k shows a variant of this in which, in addition to the sensor 1301, the radio transmission module 1309 is also supplied with energy directly from the energy converter 1307 and transmits the signals to an external receiver 1310.
Bei den beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 4j und 4k ist der Sensor autark und ohne die Notwendigkeit einer kabelgebundenen Signalleitung oder kabelgebundenen Energieversorgung am Rotor angeordnet und daher hinsichtlich Montage besonders vorteilhaft und zugleich robust. In the two embodiments according to FIGS. 4j and 4k, the sensor is self-sufficient and is arranged on the rotor without the need for a cable-bound signal line or cable-bound power supply and is therefore particularly advantageous in terms of assembly and at the same time robust.
Die Figuren 5a-5c zeigen das grundsätzliche Prinzip der Messsignalerzeugung aus einem Messparameter und der hierfür notwendigen Energieversorgung zur Erzeugung des Mess- Signals und zur Übermittlung dieses Messsignals. FIGS. 5a-5c show the basic principle of generating a measurement signal from a measurement parameter and the energy supply necessary for this to generate the measurement signal and to transmit this measurement signal.
Fig. 5a zeigt hierbei einen Sensor 2200, der einen Messparameter 2201 erfasst und über einen Mikrocontroller 2201 ein Messsignal 2204 erzeugt und abgibt. Der Sensor ist hierzu direkt mit einer Stromversorgung 2203 verbunden. Fig. 5b zeigt eine Variante des Prinzips, bei der ebenfalls ein Sensor 2300 einen Messparameter 2301 erfasst und über einen Mikrocontroller 2302 ein diesen Messparameter beschreibendes Messsignal 2304 ausgibt. Der Sensor ist hierbei nicht direkt mit einer externen Energieversorgung verbunden. Stattdessen ist ein Energiewandler 2305 vorgesehen, der Umgebungsenergie 2303 in elektrische Energie für die Versorgung von Sensor 2300 und Mikrocontroller 2302 wandelt. Der Energiewandler gibt die erzeugte Energie hierzu an ein Energiemanagement- und Speichermodul 2306 ab, aus dem heraus der Sensor und der Mikrocontroller mit Energie versorgt wird. 5a shows a sensor 2200 which detects a measurement parameter 2201 and generates and outputs a measurement signal 2204 via a microcontroller 2201. For this purpose, the sensor is connected directly to a power supply 2203. 5b shows a variant of the principle in which a sensor 2300 likewise detects a measurement parameter 2301 and outputs a measurement signal 2304 describing this measurement parameter via a microcontroller 2302. The sensor is not directly connected to an external power supply. Instead, an energy converter 2305 is provided, which converts ambient energy 2303 into electrical energy for supplying sensor 2300 and microcontroller 2302. The energy converter transfers the generated energy to an energy management and storage module 2306, from which the sensor and the microcontroller are supplied with energy.
Fig. 5c zeigt eine hierauf aufbauende Variante, bei der neben dem Sensor 2400, der den Messparameter 2401 über einen Mikrocontroller 2402 in ein Messsignal 2404 umsetzt, auch ein Energiewandler 2405, der Umgebungsenergie 2403 in elektrische Energie wandelt und diese an ein Energiemanagement- und Speichermodul 2406 abgibt, vorhanden ist. Das Energiemanagement- und Speichermodul versorgt hierbei den Sensor und den Mikrocontroller 2402 mit elektrischer Energie. Weiterhin wird ein Wandler oder Koppler, der als drahtloses Übertragungsmodul 2407 arbeitet und eine Antenne 2408 aufweist, eingesetzt, um das Sensorsignal 2404 an einen außenstehenden Empfänger zu übermitteln. 5c shows a variant based on this, in which, in addition to the sensor 2400, which converts the measurement parameter 2401 into a measurement signal 2404 via a microcontroller 2402, an energy converter 2405, which converts ambient energy 2403 into electrical energy and transfers this to an energy management and storage module 2406 is present. The energy management and storage module supplies the sensor and the microcontroller 2402 with electrical energy. Furthermore, a converter or coupler, which operates as a wireless transmission module 2407 and has an antenna 2408, is used to transmit the sensor signal 2404 to an external receiver.
Die Figuren 6a-d zeigen typische Verläufe von einigen charakteristischen Sensorsignalen, welche an dem Rotor oder der Taumelwelle erfassbare Messparameter widerspiegeln. FIGS. 6a-d show typical courses of some characteristic sensor signals which reflect measurement parameters that can be detected on the rotor or the wobble shaft.
In Fig. 6a ist hierbei die dynamische Steifigkeit 3001 (Kurve mit Dreiecken), die Dämp- fungsarbeit 3002 (Kurve mit Vierecken) und die Oberflächentemperatur 3003 des Stators (Kurve mit Punkten) über der gesamte Betriebsdauer 3010, in der eine Exzenterschneckenpumpe betrieben wird, aufgetragen. Erkennbar ist, dass die Oberflächentemperatur 3003 ausgehend von einer Einlaufphase 3011 , in der sie zunächst niedrig liegt, sich über einen langen normalen Betriebszeitraum 3012 in einem akzeptablen Betriebsfenster be- wegt, um dann in einer hierauf folgenden Ermüdung- Versagensphase 3013 exponentiell anzusteigen. Dies ist in der Regel charakterisiert durch ein Überschreiten einer Grenztemperatur TF 3020. Die Dämpfungsarbeit 3002, die im gummierten Stator geleistet wird, verhält sich hierbei hinsichtlich ihres Kurvenverlaufs ähnlich wie die Oberflächentemperatur 3003 des Stators. Die dynamische Steifigkeit 3001 ist in der Einlaufphase 3011 gleich zu Beginn zunächst hoch, verbleibt dann über die normale Betriebsdauer 3012 fast gleichbleibend, um dann während der Ermüdungs-Versagensphase 3013 abzusinken. Die Effekte, die hinter diesen Kurvenverläufen liegen, sind zum von unterschiedlichen Faktoren abhängig und der Kurvenverlauf kann daher nicht allgemein ursächlich erklärt werden. Zum einen spielen beispielsweise die anfängliche Passung zwischen Rotor und Stator eine Rolle - eine anfänglich enge Passung kann hier zu einem anfänglich großen Rei- bungsenergieeintrag führen, der dann abnimmt. Zum anderen spielt beispielsweise auch die dynamische Steifigkeit des Elastomers (des Stators) eine Rolle, die die Fähigkeit zur Schwingungsausbreitung und damit den Transport von Energie/Temperatur beschreibt. Diese ändert sich in der Einlauf- und Anlaufphase 3011 und kann, wenn sie sinkt, zu einer steigenden Temperatur führen, die durch das Elastomer geleitet werden muss. Fig. 6b zeigt den Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur 4020 des Stators über die Zeit 4010 während des Anlaufverhaltens beim einmaligen Hochfahren einer Exzenterschneckenpumpe. Dargestellt sind drei typische Temperaturverläufe T1 , T2 und T3, die zu drei verschiedenen Zustandszeitpunkten an einem Messpunkt am Stator mittels eines in den Rotor eingelassener Sensors erfasst werden könnten. Alle drei Temperaturverläufe zeigen einen zu Beginn steilen Anstieg, der sich dann verflacht und auf ein konstantes Temperaturniveau einpegelt. 6a shows the dynamic rigidity 3001 (curve with triangles), the damping work 3002 (curve with rectangles) and the surface temperature 3003 of the stator (curve with dots) over the entire operating period 3010 in which an eccentric screw pump is operated, applied. It can be seen that the surface temperature 3003, starting from a running-in phase 3011, in which it is initially low, moves over a long normal operating period 3012 in an acceptable operating window, and then increases exponentially in a subsequent fatigue-failure phase 3013. This is usually characterized by exceeding a limit temperature TF 3020. The damping work 3002 that is performed in the rubberized stator behaves in terms of its curve shape similar to the surface temperature 3003 of the stator. The dynamic rigidity 3001 is initially high right at the beginning in the run-in phase 3011, then remains almost constant over the normal operating period 3012, and then drops during the fatigue failure phase 3013. The effects that lie behind these curves are dependent on various factors and the cause of the curve cannot therefore be explained in general. On the one hand, the initial fit between rotor and stator, for example, plays a role - an initially tight fit can lead to an initially large amount of frictional energy input, which then decreases. On the other hand, the dynamic stiffness of the elastomer (the stator), for example, also plays a role, which describes the ability to propagate vibrations and thus the transport of energy / temperature. This changes in the run-in and start-up phase 3011 and, if it drops, can lead to a rising temperature that has to be passed through the elastomer. 6b shows the temperature profile of the surface temperature 4020 of the stator over the time 4010 during the start-up behavior when an eccentric screw pump is started up once. Three typical temperature profiles T1, T2 and T3 are shown, which could be recorded at three different time points at a measuring point on the stator by means of a sensor embedded in the rotor. All three temperature curves show a steep rise at the beginning, which then flattens out and levels off at a constant temperature level.
Dabei stellt die Temperaturkurve T2 eine Kurve mit dem vergleichsweise steilsten Anstieg dar, wohingegen die Kurve T1 zwar weniger steil ansteigt, jedoch um eine Differenz DT12 auf ein höheres Temperaturniveau steigt als T2. Diese steiler ansteigende Temperatur- kurve T2 korreliert beispielsweise mit einer stärker abnehmenden dynamischen Steifigkeit oder anderen Eigenschaften des Elastomers des Stators. Der Vergleich der stationären Temperaturen DT12 kann beispielsweise eine Pumpsituation eines Mediums mit besseren Schmierungseigenschaften und niedrigerer Temperatur signalisieren. Eine Temperaturkurve T3 mit flacherem Verlauf und demgegenüber um ein DT13 geringerer eingependelter Konstanttemperatur kann hingegen beispielsweise bei identischem Fördermedium bei einer niedrigeren Drehzahl der Pumpe auftreten. The temperature curve T2 represents a curve with the comparatively steepest rise, whereas the curve T1 does not rise as steeply, but increases by a difference DT12 to a higher temperature level than T2. This more steeply rising temperature curve T2 correlates, for example, with a more rapidly decreasing dynamic stiffness or other properties of the elastomer of the stator. The comparison of the stationary temperatures DT12 can, for example, signal a pumping situation of a medium with better lubrication properties and a lower temperature. A temperature curve T3 with a flatter course and, in contrast, a constant temperature leveled off by a DT13 lower, can occur, for example, with an identical delivery medium at a lower speed of the pump.
Fig. 6c und Fig. 6d zeigen jeweils die Messwerte einer Position, Geschwindigkeit oder Beschleunigung 5020 eines in der äußeren Oberfläche des Rotors oder nahe der äußeren Oberfläche des Rotors angeordneten Positionssensors, der beispielsweise als Rotations- sensor oder Gyrosensor ausgeführt sein kann, in den drei Achsrichtungen X, Y und Z über die Zeit 5010. Fig. 6c zeigt hierbei einen typischen Kurvenverlauf für eine Exzenterschneckenpumpe, die sich im normalen Betriebszustand ohne nennenswerten Verschleiß befindet. Fig. 6d gibt demgegenüber einen Pumpenbetriebszustand mit fortgeschrittenem Verschleiß wieder. Hierbei ist zu erkennen, dass die Positionen in Z- und Y-Richtung 90° phasenversetzt zueinander einen ähnlichen Verlauf in beiden Figuren aufweisen, wohingegen die Position in X-Richtung im normalen Betriebszustand einen nahezu stationären Wert aufweist, der nur durch pulsierende Druckeinflüsse und axiales Lagerspiel gewissen geringen Schwankun- gen unterworfen ist. 6c and 6d each show the measured values of a position, speed or acceleration 5020 of a position sensor which is arranged in the outer surface of the rotor or near the outer surface of the rotor and which can be implemented, for example, as a rotation sensor or gyro sensor, in the three Axis directions X, Y and Z over time 5010. FIG. 6c shows a typical curve profile for an eccentric screw pump, which is in the normal operating state without significant wear. In contrast, FIG. 6d shows a pump operating state with advanced wear. It can be seen here that the positions in the Z and Y directions 90 ° out of phase with one another have a similar profile in both figures, whereas the position in the X direction in the normal operating state has an almost stationary value that is only due to pulsating pressure influences and axial Bearing clearance is subject to certain small fluctuations.
Fig. 6d zeigt demgegenüber einen Kurvenverlauf, welcher eine deutlich größere Amplitude derZ- und Y-Werte aufweist und zudem ein erhebliches Abweichen derX-Werte von einem gleichbleibenden Verlauf mit einer deutlichen, wenn auch unregelmäßigen Schwingung des Rotors in x-Richtung. Alle diese drei charakteristischen Kurvenverläufe zeigen einen erhöhten Verschleiß der Exzenterschneckenpumpe auf, was durch sowohl radiale als auch axiale Positionsschwankungen, Beschleunigungen und Geschwindigkeiten ersichtlich ist. In contrast, Fig. 6d shows a curve progression which has a significantly larger amplitude of the Z and Y values and also a considerable deviation of the X values from a constant progression with a clear, albeit irregular, oscillation of the rotor in the x direction. All of these three characteristic curves show increased wear on the eccentric screw pump, which can be seen from both radial and axial position fluctuations, accelerations and speeds.
Durch die Messung der in Fig. 6c und 6d gezeigten Bahnbewegung durch beispielsweise Abstandssensoren oder Rotationssensoren kann der Betriebszustand der Pumpe dahingegen überwacht werden, dass unvorteilhafte Rotorbewegungen durch beispielsweise Fehlausrichtungen oder eine Taumelbewegung (Fig. 6c und 6d) durch Spiel des Rotors (verursacht durch eine nachlassende Vorspannung des Rotors im Stator) erkannt werden können. By measuring the path movement shown in Fig. 6c and 6d by, for example, distance sensors or rotation sensors, the operating state of the pump can be monitored to ensure that unfavorable rotor movements due to, for example, misalignment or a wobbling movement (Fig. 6c and 6d) due to play of the rotor (caused by a decreasing preload of the rotor in the stator) can be detected.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Exzenterschneckenpumpe, mit einem Pumpengehäuse mit einer Pumpeneinlassöffnung und einer Pumpenauslassöffnung, - einem in dem Pumpengehäuse angeordneten Stator einem in dem Stator angeordneten Rotor einer Antriebseinheit, umfassend einen Antriebsmotor und eine Antriebswelle, die den Antriebsmotor mit dem Rotor zur Übertragung eines Drehmoments verbindet, - wobei der Rotor für eine rotierende Bewegung um eine rotierende Achse in dem Stator geführt ist, einem Zustandssensor zur Erfassung einer Zustandsgröße der Exzenterschneckenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandssensor an dem Rotor oder der Antriebswelle angeordnet ist oder mitdem Rotor oder der Antriebswelle mittels einer Signalleitung in Verbindung steht und beabstandet von dem Rotor oder der Antriebswelle angeordnet ist, zur Erfassung einer Zustandsgröße an dem Rotor oder an der Antriebswelle. 1. Eccentric screw pump, with a pump housing with a pump inlet opening and a pump outlet opening, - a stator arranged in the pump housing a rotor arranged in the stator of a drive unit, comprising a drive motor and a drive shaft which connects the drive motor to the rotor for transmitting a torque, - wherein the rotor is guided for a rotating movement around a rotating axis in the stator, a state sensor for detecting a state variable of the eccentric screw pump, characterized in that the state sensor is arranged on the rotor or the drive shaft or with the rotor or the drive shaft by means of a signal line in Connection is and is arranged at a distance from the rotor or the drive shaft, for detecting a state variable on the rotor or on the drive shaft.
2. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandssensor innerhalb des Rotors oder innerhalb der Antriebswelle angeordnet ist. 2. Eccentric screw pump according to claim 1, characterized in that the state sensor is arranged within the rotor or within the drive shaft.
3. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandssensor über ein Sensorkabel kabelgebunden mit einer elektronischen Auswerteeinheit verbunden ist und das Sensorkabel innerhalb eines Abschnitts der Antriebswelle und/oder innerhalb eines Abschnitts des Rotors verläuft, oder - das Sensorkabel durch die Antriebswelle und gegebenenfalls durch einen Abschnitt des Rotors verläuft. 3. Eccentric screw pump according to claim 1 or 2, characterized in that the condition sensor is wired to an electronic evaluation unit via a sensor cable and the sensor cable runs within a section of the drive shaft and / or within a section of the rotor, or the sensor cable runs through the drive shaft and possibly through a section of the rotor.
4. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle eine Taumelwelle ist, die - an ihrem zum Antriebsmotor weisenden Ende mit dem Antriebsmotor zur Rotation um eine Antriebsachse verbunden ist, und an ihrem zum Rotor weisenden Ende mit dem Rotor zur Rotation um eine Rotorachse und zur dazu überlagerten Rotation um eine von der Rotorachse beabstandete Statorachse verbunden ist. 4. Eccentric screw pump according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft is a wobble shaft which - at its end facing the drive motor is connected to the drive motor for rotation about a drive axis, and at its end facing the rotor with the rotor for rotation is connected about a rotor axis and for the superimposed rotation about a stator axis spaced from the rotor axis.
5. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelwelle einen Taumelwellenmittelabschnitt, ein erstes Kardangelenk und ein zweites Kardangelenk aufweist, und das erste Kardangelenk zwischen dem Taumelwellenmittelabschnitt und dem Antriebsmotor eingesetzt ist und das zweite Kar- dangelenk zwischen dem Taumelwellenmittelabschnitt und dem Rotor eingesetzt ist. 5. Eccentric screw pump according to claim 4, characterized in that the wobble shaft has a wobble shaft center section, a first cardan joint and a second cardan joint, and the first cardan joint is inserted between the wobble shaft center section and the drive motor and the second cardan joint is inserted between the wobble shaft center section and the rotor is.
6. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorkabel in das erste und/oder das zweite Kardangelenk hineingeführt ist, oder. durch das erste und gegebenenfalls durch das zweite Kardangelenk hindurch- geführt ist, oder um das erste und/oder das zweite Kardangelenk herumgeführt ist. 6. Eccentric screw pump according to claim 5, characterized in that the sensor cable is guided into the first and / or the second universal joint, or. is passed through the first and optionally through the second universal joint, or is passed around the first and / or the second universal joint.
7. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kardangelenk durch eine erste Dichtungsmanschette umschlossen ist und das zweite Kardangelenk durch eine zweite Dichtungsmanschette umschlossen o- der das erste und das zweite Kardangelenk und die Taumelwelle durch eine Dichtungshülle umschlossen sind, und dass 7. Eccentric screw pump according to claim 5 or 6, characterized in that the first universal joint is enclosed by a first sealing sleeve and the second universal joint is enclosed by a second sealing sleeve or the first and second universal joint and the wobble shaft are enclosed by a sealing sleeve, and that
In der ersten und/oder der zweiten Dichtungsmanschette oder in der Dichtungshülle ein Drucksensor angeordnet ist, oder A pressure sensor is arranged in the first and / or the second sealing collar or in the sealing envelope, or
In die erste und/oder die zweite Dichtungsmanschette oder in die Dichtungs- hülle eine Druckleitung geführt ist und ein Drucksensor mit der Druckleitung in Fluidverbindung steht zur Erfassung des Drucks in der ersten und/oder zweiten Dichtungsmanschette oder in der Dichtungshülle, und der Drucksensor signaltechnisch mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, die dazu ausgebildet ist, den Druck innerhalb der ersten und/oder zweiten Dichtungsmanschette oder innerhalb der Dichtungshülle mittels des Drucksensors zu erfassen. wobei vorzugsweise der Drucksensor den Druck eines über eine in die erste und/oder die zweite Dichtungsmanschette oder in die Dichtungshülle geführte Drucklei- tung oder über die Druckleitung zugeführten Druckmediums erfasst. A pressure line is guided into the first and / or the second sealing collar or into the sealing sleeve and a pressure sensor is in fluid connection with the pressure line to detect the pressure in the first and / or second sealing sleeve or in the sealing sleeve, and the pressure sensor is also used for signaling purposes an evaluation device are connected, which is designed to detect the pressure within the first and / or second sealing sleeve or within the sealing envelope by means of the pressure sensor. wherein the pressure sensor preferably detects the pressure of a pressure line guided into the first and / or the second sealing sleeve or into the sealing envelope or pressure medium fed through the pressure line.
8. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandssensor mit einer elektronischen Auswerteeinheit zur Signalübermittlung verbunden ist und die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um eine Abwei- chung eines mit dem Zustandssensor anhand der Zustandssensordaten erfassten8. Eccentric screw pump according to one of the preceding claims, characterized in that the status sensor is connected to an electronic evaluation unit for signal transmission and the electronic evaluation unit is designed to detect a discrepancy between the status sensor and the status sensor data
IST-Zustandes von einem vorbestimmten SOLL-Zustand zu ermitteln, diese ermittelte Abweichung mit einer vorbestimmten zulässigen Abweichung zu vergleichen und um dann, wenn die ermittelte Abweichung die zulässige Abweichung überschreitet, ein Alarmsignal auszugeben. To determine the ACTUAL state from a predetermined TARGET state, to compare this determined deviation with a predetermined permissible deviation and then, if the determined deviation exceeds the permissible deviation, to output an alarm signal.
9. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um ein Zustandssensorsignal als IST-Zustand zu empfangen, das Zustandssensorsignal mit einem gespeicherten Normalzustandssensorsignal als SOLL-Zustand zu vergleichen und o die ermittelte Abweichung als Differenz des Zustandssensorsignals von dem Normalzustandssensorsignal zu berechnen, o als vorbestimmte zulässige Abweichung einen vorbestimmten zulässigen Abweichungswert heranzuziehen, und o um als Alarmsignal ein Wertalarmsignal auszugeben. 9. Eccentric screw pump according to claim 8, characterized in that the electronic evaluation unit is designed to receive a condition sensor signal as the ACTUAL condition, to compare the condition sensor signal with a stored normal condition sensor signal as the TARGET condition and o to calculate the determined deviation as the difference between the condition sensor signal and the normal condition sensor signal, o as a predetermined one permissible deviation to use a predetermined permissible deviation value, and o to output a value alarm signal as an alarm signal.
10. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um Zustandssensorsignale zu empfangen, aus zumindest zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Zustandssensorsignalen einen Zustandsänderungswert als IST-Zustand zu ermitteln, und10. Eccentric screw pump according to claim 8 or 9, characterized in that the electronic evaluation unit is designed to receive state sensor signals, to determine a state change value as the actual state from at least two temporally successive state sensor signals, and
Den Zustandsänderungswert mit einem gespeicherten Normalzustandsänderungswert als SOLL-Zustand zu vergleichen o die ermittelte Abweichung als Differenz des Zustandsänderungswert von dem Normalzustandsänderungswert zu berechnen, o als vorbestimmte zulässige Abweichung einen vorbestimmten zulässigen Abweichungsänderungswert heranzuziehen, und o um als Alarmsignal ein Änderungsalarmsignal auszugeben. To compare the state change value with a stored normal state change value as the TARGET state o to calculate the determined deviation as the difference between the state change value and the normal state change value, o to use a predetermined permissible deviation change value as the predetermined permissible deviation, and o to output a change alarm signal as an alarm signal.
11 . Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um 11. Eccentric screw pump according to one of claims 8-10, characterized in that the electronic evaluation unit is designed to
Zustandssensorsignale zu empfangen, aus zumindest drei zeitlich aufeinanderfolgenden Zustandssensorsignalen eine Zustandsänderungsgeschwindigkeit als IST-Zustand zu ermitteln, undReceive condition sensor signals, to determine a rate of change of state as the actual state from at least three chronologically successive state sensor signals, and
Die Zustandsänderungsgeschwindigkeit mit einer gespeicherten Normalzustandsänderungsgeschwindigkeit als SOLL-Zustand zu vergleichen, o die ermittelte Abweichung als Differenz der Zustandsänderungsgeschwindigkeit von dem Normalzustandsänderungsgeschwindigkeit zu berechnen, o als vorbestimmte zulässige Abweichung eine vorbestimmte zulässigen Geschwindigkeitsabweichung heranzuziehen, und o um als Alarmsignal ein Änderungsgeschwindigkeitsalarmsignal auszugeben. To compare the speed of change of state with a stored speed of change of normal state as the TARGET state, o to calculate the deviation determined as the difference between the speed of change of state from the speed of normal state change, o to use a predetermined permissible speed deviation as the predetermined permissible deviation, and o to output a speed of change alarm signal as an alarm signal.
12. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8-11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, um - Eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden IST-Zuständen mit einer12. Eccentric screw pump according to one of the preceding claims 8-11, characterized in that the electronic evaluation unit is designed to - A plurality of temporally successive ACTUAL states with a
Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden SOLL-Zuständen zu vergleichen, und als ermittelte Abweichung eine Abweichungskennwert aus dem Vergleich zu berechnen, - als vorbestimmte zulässige Abweichung einen vorbestimmten zulässigen Abweichungskennwert heranzuziehen. To compare a plurality of chronologically successive TARGET states and to calculate a deviation characteristic value from the comparison as the determined deviation, - to use a predetermined permissible deviation characteristic value as the predetermined permissible deviation.
13. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterschneckenpumpe einen Rotor mit einer konischen Umhüllenden und einen sich konisch verjüngenden Statorinnenraum aufweist und der Rotor und der Stator mittels eines Axialstellantriebs in axialer Richtung relativ zueinander verstellbar sind, die elektronische Auswerteeinheit mit dem Axialstellantrieb zur Signalübermittlung verbunden und ausgebildet ist, um Den Stellantrieb anzusteuern, um eine axiale Verstellung zwischen Rotor und Stator auszuführen, 13. Eccentric screw pump according to one of the preceding claims 8-12, characterized in that the eccentric screw pump has a rotor with a conical envelope and a conically tapering stator interior and the rotor and the stator are adjustable in the axial direction relative to each other by means of an axial actuator, the electronic Evaluation unit is connected to the axial actuator for signal transmission and designed to To control the actuator in order to carry out an axial adjustment between rotor and stator,
Während des axialen Verstellvorgangs mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Zustandssensorsignale des Zustandssensors zu erfassen. Detecting several chronologically successive state sensor signals of the state sensor during the axial adjustment process.
14. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandssensor an der Antriebswelle oder dem Rotor angeordnet ist und weiterhin mit einem Zustandssensordatenübertragungsmodul zur drahtlosen Übertragung von Zustandsdaten an einen Datenempfänger außerhalb der Exzenterschne- ckenpumpe verbunden ist, wobei der Zustandssensor und das Zustandssensordatenübertragungsmodul zum Empfang von elektrischer Energie mit einem Energiewandler verbunden ist, der an dem Rotor oder an der Antriebswelle angeordnet ist und der ausgebildet ist, um eine auf ihn einwirkende kinetische oder thermische Energie in elektrische Energie zu wandeln. 14. Eccentric screw pump according to one of the preceding claims, characterized in that the status sensor is arranged on the drive shaft or the rotor and is further connected to a status sensor data transmission module for wireless transmission of status data to a data receiver outside the eccentric screw pump, the status sensor and the status sensor data transmission module for receiving electrical energy is connected to an energy converter which is arranged on the rotor or on the drive shaft and which is designed to convert kinetic or thermal energy acting on it into electrical energy.
15. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler ausgewählt ist aus: 15. Eccentric screw pump according to claim 14, characterized in that the energy converter is selected from:
Einem auf elektromagnetischem Induktionsprinzip beruhenden Wandler, der eine relative Rotationsbewegung des Rotors oder der Taumelwelle gegen- über einem Pumpengehäuse in eine elektrische Energie wandelt,A converter based on the electromagnetic induction principle, which converts a relative rotational movement of the rotor or the wobble shaft with respect to a pump housing into electrical energy,
Einem auf elektromagnetischem Induktionsprinzip beruhenden Wandler, der eine aus der Rotation des Rotors oder der Taumelwelle um eine Rotorachse und der Rotation des Rotors um eine Exzenterachse resultierende reziprozie- rende Beschleunigung des Rotors oder der Taumelwelle in eine elektrische Energie wandelt, oder einem auf einem thermoelektrischen Prinzip beruhendem Wandler, der ein Temperaturgefälle in elektrische Energie wandelt, wobei der Wandler insbesondere in einem Bereich angeordnet ist, der einem Temperaturgefälle zwischen dem geförderten Medium und einem Pumpenbauteil wie dem Rotor, der Taumelwelle oder dem Stator ausgesetzt ist. A converter based on the electromagnetic induction principle, which converts a reciprocal acceleration of the rotor or wobble shaft resulting from the rotation of the rotor or the wobble shaft around a rotor axis and the rotation of the rotor around an eccentric axis into electrical energy, or one based on a thermoelectric principle based converter that converts a temperature gradient into electrical energy, the converter being arranged in particular in an area that is exposed to a temperature gradient between the pumped medium and a pump component such as the rotor, the wobble shaft or the stator.
16. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zustandssensoren am Rotor angeordnet sind, die an zwei voneinander beanstandeten Positionen angeordnet sind und die Positionen einen Phasenversatz der gemessenen Zustandsgröße aufweisen, wobei der Phasenversatz vorzugsweise durch eine axiale Beabstandung der Zustandssensoren, die größer oder kleiner als die Teilung des Rotors ist, oder durch eine Winkelbeabstandung der beiden Zustandssensoren erreicht wird. 16. Eccentric screw pump according to one of the preceding claims, characterized in that two state sensors are arranged on the rotor, which are arranged at two positions spaced apart from one another and the positions have a phase offset of the measured state variable, the phase offset preferably being due to an axial spacing of the state sensors, which is larger or smaller than the pitch of the rotor, or is achieved by an angular distance between the two state sensors.
17. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandssensor 17. Eccentric screw pump according to one of the preceding claims, characterized in that the state sensor
Ein Temperatursensor, A temperature sensor,
Ein Drucksensor, - Ein Schwingungssensor, oder A pressure sensor, - A vibration sensor, or
Ein Beschleunigungssensor ist. An accelerometer is.
18. Verfahren zur Steuerung einer Exzenterschneckenpumpe, mit einem Pumpengehäuse mit einer Pumpeneinlassöffnung und einer Pumpen- auslassöffnung, 18. Method for controlling an eccentric screw pump, with a pump housing with a pump inlet opening and a pump outlet opening,
Antreiben eines Rotors für eine rotierende Bewegung um eine rotierende Achse in einem Stator mittels einer Antriebseinheit, Driving a rotor for a rotating movement around a rotating axis in a stator by means of a drive unit,
Pumpen eines Mediums von einem Pumpeneinlass durch den Stator zu einem Pumpenauslass durch eine Verdrängungswirkung zwischen Rotor und Stator, Pumping a medium from a pump inlet through the stator to a pump outlet by a displacement effect between rotor and stator,
Erfassen einer Zustandsgröße der Exzenterschneckenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße mittels eines Zustandssensors erfasst wird, der an dem Rotor oder der Antriebswelle angeordnet ist oder mitdem Rotor oder der Antriebswelle mittels einer Signalleitung in Verbindung steht und beabstandet von dem Rotor oder der Antriebswelle angeordnet ist, und eine Zustandsgröße an dem Rotor oder an der Antriebswelle erfasst wird, wobei vorzugsweise die Exzenterschneckenpumpe einen Rotor mit einer konischen Umhüllenden und einen sich konisch verjüngenden Statorinnenraum aufweist und der Rotor und der Stator mittels eines Axialstellantriebs in axialer Richtung relativ zueinander verstellt wird, und mittels des Stellantrieb der Rotor und der Stator axial zueinander verstellt werden, und während des axialen Verstellvorgangs mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Zustandssensorsignale des Zustandssensors erfasst werden. Detecting a state variable of the eccentric screw pump, characterized in that the state variable is detected by means of a state sensor which is arranged on the rotor or the drive shaft or is connected to the rotor or the drive shaft by means of a signal line and is arranged at a distance from the rotor or the drive shaft, and a state variable on the rotor or on the drive shaft is detected, with the eccentric screw pump preferably having a rotor with a conical envelope and a conically tapering stator interior and the rotor and the stator being adjusted in the axial direction relative to one another by means of an axial actuator, and the rotor and the stator being adjusted axially to one another by means of the actuator , and several chronologically successive state sensor signals of the state sensor are detected during the axial adjustment process.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße während des Pumpvorgangs erfasst wird und dass der axiale Verstellvorgang während des Pumpvorgangs durchgeführt wird. 19. The method according to claim 18, characterized in that the state variable is detected during the pumping process and that the axial adjustment process is carried out during the pumping process.
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