DE4209679A1 - Dickstoffpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Förderung eines dickflüssigen Materials. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Dickstofftransportsystem, in dem eine Dickstoffverdrängerpumpe den Dickstoff durch eine Rohrleitung fördert, wobei die in der Zeiteinheit geförderte Menge und das insgesamt geförderte Mate­ rial automatisch bestimmt werden.

In den vergangenen Jahren erfreuten sich Dickstoff­ pumpen zunehmender Verbreitung für die Förderung von Dickstoffen durch eine Rohrleitung im kommuna­ len und industriellen Anwendungsbereich. Dickstoff­ pumpen bieten eine Reihe von entscheidenden Vortei­ len gegenüber Schnecken- oder Gurtförderern. Das Pumpen von Schlamm durch eine Rohrleitung bedeutet den Einschluß von Gerüchen und damit einen sicheren und gefahrlosen Arbeitsplatz. Dickstoffpumpen eignen sich zur Förderung von dicken, schweren Schlämmen, für die praktisch Gurt- oder Schneckenförderer nicht in Betracht kommen. Das ist insbesondere von Bedeutung, wenn die Dickstoffe getrocknet und in einer Verbrennungsanlage verbrannt werden sollen. Die Rohrleitung hat nur einen geringen oder keinen Verschleiß; ihre Unterhaltung ist im Vergleich mit Schnecken- oder Gurtförderern wesentlich billiger. Pumpe und Rohrleitung nehmen weniger Raum ein und können das Material durch Richtungsänderungen mit einfachen Krümmern fördern. Dickstoffpumpen bieten außerdem eine Verminderung des Lärms gegenüber dem, was mechanische Förderer abstrahlen und arbeiten auch sauberer und ohne Verschmutzungen.

Zahlreiche überörtliche Gesetze und Verordnungen reglementieren die Verarbeitung und die Ablagerung von Dickstoffen und fordern, daß der Verarbeiter die Menge des verarbeiteten Materials genau bestimmt und festhält. Obwohl es verschiedene Ver­ fahren für den Transport von Dickstoffen mit hohem Feststoffanteil gibt, hat doch bisher keines der bislang angewandten Systeme dieser Art die gewünschte Genauigkeit in der Messung des verarbei­ teten Materials erreicht.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Verdrängerpumpe in Kombination mit einem System, das den Füllungsgrad des Pumpenzylinders während jedes Pumpenhubes bestimmt, nicht nur eine effek­ tive Förderung eines stark feststoffhaltigen Dick­ stoffes, sondern auch die Möglichkeit bietet, genaue Volumen- und Durchflußmengenmessungen durch­ zuführen.

Normalerweise ist es nicht möglich, einen Zylinder oder die Zylinder einer Verdrängerpumpe zu 100% seines bekannten Rauminhaltes zu füllen. Der Dick­ stoff enthält nämlich normalerweise Luft und andere kompressible Medien. Deshalb erfolgt auf einem Teil jedes Förderhubes der Pumpe lediglich eine Kompres­ sion des Dickstoffes im Zylinder, bevor der Druck des Kolbens den am Auslaß der Pumpe herrschenden Druck überwindet und das Material aus dem Zylinder in die Rohrleitung fördert. Gemäß der Erfindung wird wenigstens ein Betriebsparameter der Pumpe gemessen, um den Punkt während des Pumpenhubes zu bestimmen, an dem der hydraulische Druck auf den Kolben ausreicht, um den Auslaßdruck zu überwinden und der Dickstoff aus dem Zylinder austritt. Mit dieser Information wird das tatsächliche Volumen bestimmt, das während des Pumpenhubes gefördert wird. Indem man die während jedes Hubes gepumpten Volumina addiert, ergibt sich eine Volumensumme. Wenn man das tatsächlich gepumpte Volumen während eines Arbeitsspieles durch die hierfür erforderli­ che Zeit dividiert, läßt sich hieraus eine während eines bestimmten Zeitraumes gepumpe Menge bestim­ men.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Pumpe ein Auslaßventil zwischen dem Zylinder und dem Auslaß auf, das öffnet, wenn der Druck im Zylinder den Druck am Auslaß wesentlich übersteigt. Das Öffnen des Auslaßventiles wird gemessen und der Zeitraum vom Öffnen des Auslaß­ ventiles bis zum Ende des Pumpenhubes wird bestimmt. Der gemessene Zeitraum wird mit dem gesamten Zeitraum vom Beginn bis zum Ende des Pum­ penhubes verglichen. Das Ergebnis ist der Füllungs­ grad in Prozent des Gesamtvolumens des Zylinders während jedes Pumpenhubes.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung verwen­ det ebenfalls eine Pumpe mit einem Auslaßventil, das lediglich dann öffnet, wenn der Druck im Zylin­ der den Druck am Pumpenauslaß übersteigt. Ein End­ schalter mißt die Stellung des Kolbens im Zylinder in dem Moment, wenn das Auslaßventil öffnet. Dies stellt eine Information über das Volumen dar, das während eines gegebenen Pumpenhubes gefördert wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Auslaßventil der Pumpe während des gesamten Pumpenhubes geöffnet und der hydraulische Druck, der den Kolben antreibt, wird gemessen. In einer Ausführungsform wird auch der Auslaßdruck gemessen und entweder die Zeit oder die Kolbenstellung im Pumpenhub bestimmt, wenn der hydraulische Druck den vorgegebenen Auslaßdruck erreicht. Dies ,kann dazu dienen, einen Füllungsgrad oder ein Volumen zu bestimmen, welches während jedes Pumpenhubes geför­ dert wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Funktion des hydraulischen Druckes analy­ siert, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die Kurve des hydraulischen Druckes sich dem Wert Null nähert. Dies zeigt, daß der hydraulische Druck so weit angestiegen ist, daß er dem Druck in der För­ derleitung entspricht und der Dickstoff aus dem Zylinder herausgepumpt wird. Indem man entweder die lineare Stellung des Kolbens oder die relative Zeit bestimmt, bei der die Druckkurve Null wird und dies auf Beginn und Ende des Pumpenhubes bezieht, wird der Füllungsgrad des Zylinders (und damit das gepumpte Volumen) während jedes Pumpenhubes bestimmt.

Nur mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine genaue Messung der jeweiligen Pumpmenge, der addierten Pumpenvolumina und des Pumpenwirkungsgra­ des vorzunehmen. Dies gestattet die Verwendung des neuen Dickstofftransportsystems gemäß der Erfindung für Anwendungen, bei denen eine genauere Bestimmung der Dickstoffpumpe verlangt wird.

Zunehmend werden allerdings solche Pumpen in kom­ plexen Anlagen eingesetzt, in denen höchste Verfüg­ barkeit gefordert wird. Dazu gehören beispielsweise Schlammverbrennungsanlagen, Kohlekraftwerke und bestimmte Funktionsprozesse. Hierbei bilden die Dickstoffpumpen einen Teil der Anlage, der häufig für einen verwickelten Dickstofffluß zuständig ist und aus der Dickstoffzuführung, dem Einspeisen des Dickstoffes in die Dickstoffpumpe, sowie gegebenen­ falls der Dickstofförderung sowie -dosierung an einer bestimmten Stelle der Anlage dient. In sol­ chen und ähnlichen Einsatzfällen wird in der Regel gefordert, daß die Wartung und Instandhaltung der maßgeblich Baugruppen dieser Teile der Anlage im voraus geplant und durchgeführt werden können, um so unerwartete Ausfälle zu verhindern. Diese Forde­ rungen sind von besonderer Bedeutung, wenn Standby- Pumpenanlagen z. B. wegen zu hoher Kosten nicht in Betracht gezogen werden können, so daß bereits sich anbahnende Verschleißsymptome rechtzeitig erkannt werden müssen. Die Erfindung bietet auch für dieses Problem eine Lösung, deren Grundgedanke im Anspruch 11 wiedergegeben ist. Dieser Grundgedanke und seine in den folgenden Ansprüchen und dem darauf bezoge­ nen Text formulierten Weiterbildungen können auch für sich, d. h. ohne die vorstehend bezeichneten Merkmale an einer Dickstoffpumpe verwirklicht wer­ den, wenn sie auch zusätzlich an dieser vorhanden sein können.

Danach wird eine ständige Funktionsüberwachung und Meldung von sich anbahnenden Funktionsfehlern oder einsetzendem Verschleiß möglich. Das geschieht im wesentlichen durch eine Verknüpfung von Indikatoren des hydrostatischen Pumpenantriebes mit Parametern der Dickstoffpumpe, die von dem Arbeitsspiel des Förderkolbens im Förderzylinder abgeleitet sind. Indem man nämlich die Schaltfunktionen des hydrostatischen Antriebes mit den Kolbenarbeits­ spielen vergleicht, kann man aus Sollwerten und Istwerten Abweichungen bestimmen, die, wenn sie ein bestimmtes Maß über- oder unterschreiten, Fehlfunk­ tionen ankündigen oder bereits identifizieren.

Bei Zweizylinderdickstoffpumpen können ebenso aus dem Zusammenspiel der Förderpumpe mit ihrem hydrau­ lischen Antriebsaggregat ständig Vergleiche gezogen werden zwischen jeweils aufeinanderfolgenden, gleichartigen Arbeitszyklen der beiden Zylinderein­ heiten.

Durch die Erfindung werden auch eine sinnvolle Ana­ lyse der einzelnen Arbeitsschritte innerhalb eines oder mehrerer aufeinanderfolgender Arbeitszyklen der jeweils betrachteten Zylindereinheit und bei Zweizylinderpumpen außerdem auch ein Vergleich mit dem betreffenden Arbeitsschritt eines anderen gleichartigen Zylinders mit Hilfe von Messungen und Auswertungen von Abweichungen zwischen den vorgege­ benen Arbeitsschritten und/oder festen, vorgegebe­ nen Werten Rückschlüsse möglich, die die sich anbahnende oder bereits eingetretene Verschleiß­ erscheinungen anzeigen und weitergemeldet werden können.

Insbesondere sind für die richtige Pumpenfunktion die Drosselventile des hydraulischen Antriebes von entscheidender Bedeutung, weil diese Ventile das Umschalten der Pumpenventile bzw. des Pumpenschie­ bers über den hydraulischen Ventil- bzw. Schieber­ antrieb und das Umschalten der Förderkolbenantriebe bewirken. Hierauf stellen die Merkmale des Anspru­ ches 12 ab. Danach wird die zeitliche Folge der Umstellung der Drosselventile mit den Kolben in den Förderzylindern korreliert. Das kann mit den Merk­ malen des Anspruches 15 erfolgen. Hierbei wird näm­ lich die Öffnungsweite der Drosselventile derart überwacht, daß die Drosselventile weder zu weit ge­ öffnet oder geschlossen werden. Dadurch wird er­ reicht, daß das tatsächliche Spiel des Förderkol­ bens dem vorgegebenen Förderkolbenspiel im Förder­ zylinder unter praktischen Verhältnissen hinrei­ chend genau entspricht und überwacht wird.

Als weiterer Indikator kommt der hydraulische Druck im hydrostatischen Pumpenantrieb in Frage, was Gegenstand des Anspruches 13 ist. Danach wird die­ ser Druck mit dem Förderdruck der Dickstofförderung in Beziehung gesetzt. Dann läßt sich genau bestim­ men, ob die meistens als Tellerventile ausgeführten Pumpenventile richtig funktionieren oder ob sie Verschleißerscheinungen zeigen.

Ferner bietet die Erfindung die Möglichkeit, die im Anspruch 14 realisiert ist. Hierbei werden nicht nur die Funktionen der Dickstoffpumpe, sondern auch die Funktionen des hydrostatischen Antriebes über­ wacht und etwaige Fehler angezeigt. Damit besteht die Möglichkeit, eine jeweilige Fehlfunktion danach zu bestimmen, ob sie in den für die Förderung zuständigen Baugruppen der Pumpe oder in deren hydraulischen Antrieb liegen. Die richtige Funktion der Dickstoffpumpe hängt aber nicht allein von dem korrekten Arbeiten der für die Dickstofförderung erforderlichen Baugruppen und ihres hydrostatischen Antriebes ab. Die meistens gewünschte gleichförmige Förderung bestimmt sich auch wesentlich nach dem Funktionieren der Dickstoffzuführung zur Pumpe.

Davon hängt nämlich die richtige Förderzylinderfül­ lung ab. Dies kann mit den Merkmalen des Anspruches 16 kontrolliert und gegebenenfalls angezeigt wer­ den. Das geschieht im wesentlichen über die Bestim­ mung etwaiger Differenzen der volumetrischen Wir­ kungsgrade der Förderung und aus deren Abweichungen von vorgegebenen Grenzwerten.

Andererseits ist die richtige Funktion der Dick­ stoffpumpe nicht allein vom hydrostatischen Antrieb ihrer Baugruppen abhängig. Fehler können auch dadurch entstehen, daß im hydrostatischen Antrieb Energieverluste auftreten. Die Überwachung der Dickstoffpumpe auf solche Fehler ist im Anspruch 17 wiedergegeben. Hierbei werden Leckölmengen bestimmt, die Fehlfunktionen anzeigen, sobald sie ein bestimmtes Maß überschreiten.

Diese Leckölmengen sind von größerer Bedeutung als die Drücke, die man messen kann. Mit den Merkmalen des Anspruches 18 wird es zwar möglich, eine grobe Bestimmung dahingehend vorzunehmen, ob die Drossel- und Förderventile ihre vorgegebenen Endstellungen erreichen und damit festzustellen, ob an diesen Stellen Fehler auftreten. Eine solche Anzeige kann aber unterdrückt werden, wenn gleichzeitig der Hydraulikantrieb gestört ist, weil die Leckölmengen zu groß werden. Eine solche Kombination ist Gegen­ stand des Anspruches 19.

Das einwandfreie Funktionieren des hydrostatischen Antriebes der Dickstoffpumpe setzt natürlich vor­ aus, daß der Druckerzeuger richtig funktioniert. Daher sieht eine Ausführungsform der Erfindung, die Gegenstand des Anspruches 20 ist, vor, auch den Druckerzeuger zu überwachen. Dies geschieht da­ durch, daß die vorgegebenen Zeiten des Kolbenspiels im Förderzylinder mit den tatsächlichen Werten verglichen werden.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren in der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer und abgebrochener Dar­ stellung und unter Weglassung bestimmter Teile ein Dickstoffpumpensystem, das Einlaß- und Auslaßtellerventile verwendet,

Fig. 2 eine perspektivische und teilweise abge­ brochene Darstellung eines Teiles der Dickstoffpumpe, welche einen schwenkenden Schieber aufweist,

Fig. 3 eine grafische Darstellung des hydrauli­ schen Druckes als Funktion der Zeit in einer Zweizylinderdickstoffpumpe gemäß der Darstellung der Fig. 1,

Fig. 4 bis 7 Blockdiagramme verschiedener Anzeige­ systeme zur Bestimmung der einzelnen und der gesamten Volumina des von der Pumpe geförderten Dickstoffes,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer Ein­ zylinderkolbenpumpe mit Zuführdoppel­ schnecke,

Fig. 9 ein Zeitablaufdiagramm, welches auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate den Druck des Dickstoffes über den Funktionen der Drossel- und Steuer­ ventile wiedergibt,

Fig. 10 ein Zeitablaufdiagramm, welches auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate den hydraulischen Druck des hydrauli­ schen Antriebs einer mit Tellerventilen gesteuerten Dickstoffpumpe zeigt,

Fig. 11 zum Vergleich eine der Fig. 9 entsprechende Darstellung des Mediumdruckverlaufes über die Zeit bei einer schiebergesteuerten Zweizylinderdickstoffpumpe,

Fig. 12 einen Balkenplan zum Diagramm nach Fig. 9 und

Fig. 13 ein Blockdiagramm zur Fehleranalyse und -anzeige.

Fig. 1 zeigt eine Zweizylinderdickstoffpumpe (10) mit hydraulischem Antrieb. Ein stark feststoffhal­ tiger Schlamm passiert die Einlässe (12 und 14) und wird durch den Auslaß (16) in eine nicht darge­ stellte Rohrleitung gepumpt. Die Pumpe (10) weist zwei starre Zylinder (18 und 20) auf, in denen sich jeweils feste Kolben (22 und 24) hin- und herbewe­ gen. Ein Einlaßtellerventil (26) steuert den Zufluß des Dickstoffes vom Einlaß (12) in den Zylinder (18). In ähnlicher Weise steuert das Tellerventil (28) den Fluß des Dickstoffes vom Einlaß (14) in den Zylinder (20). Der Durchfluß des Stickstoffes von den Zylindern (18 und 20) zum Auslaß (16) wird von Tellerventilen (30 und 32) gesteuert.

Die Einlaßtellerventile (26 und 28) werden mit hydraulischen Einlaßtellerventilzylindern (34 und 36) gesteuert. Die Auslaßtellerventile (30 und 32) werden von hydraulischen Auslaßtellerventilzylin­ dern (38 und 40) betätigt.

In der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung sind das Einlaßtellerventil (26) und das Auslaßtellerventil (32) geöffnet. Deshalb entfernt sich der Kolben (22) vom Tellerventilgehäuse (42), während der Kol­ ben (24) in Richtung auf das Tellerventilgehäuse (42) läuft. Dickstoff wird durch den Einlaß (12) in den Zylinder (18) gesaugt, während Dickstoff vom Zylinder (20) in den Auslaß (16) gepumpt wird.

Die Förderkolben (22 und 24) sind an die hydrau­ lisch betätigten Antriebskolben (44 und 46) ange­ schlossen, die sich in den hydraulischen Zylindern (48 und 50) bewegen. Das Hydraulikmedium wird von einer hydraulischen Pumpe (52) durch die Hochdruck­ leitung (54) zum Steuerventil (56) gefördert. Diese Ventilanordnung (56) enthält ein Drossel- und ein Überdruckventil, die die Abfolge des hydraulischen Hoch- und Niederdruckes an den hydraulischen Zylin­ dern (48 und 49) und an den Tellerventilzylindern (34, 36, 38 und 40) steuern. Der Niederdruck des hydraulischen Mediums fließt in den Tank (58) durch die Niederdruckleitung (60) vom Ventilblock (56) zurück.

Vordere und rückwärtige Schaltventile (62 und 64) bestimmen die Position des Kolbens (46) am vorderen und rückwärtigen Ende des Kolbenweges und sind mit einem Steuerventilblock (56) verbunden. Jedesmal, wenn der Kolben (46) das vordere oder das rückwär­ tige Ende seines Weges im Zylinder (50) erreicht, wird eine Ventilsequenz eingeleitet, welche alle vier Tellerventile schließt und zu Hoch- und Nie­ derdruckverbindungen zu den Zylindern (48 und 50) wechselt.

Die Abfolge der Arbeitsvorgänge in der Pumpe (10) ist im wesentlichen die folgende: Sobald die Antriebskolben (44 und 46) und die mit ihnen ver­ bundenen Förderkolben (22 und 24) das Ende ihres Hubes erreichen, fördert einer der Zylinder (in Fig. 1 der Zylinder (20)) seinen Dickstoff in den Auslaß (16), während der andere Zylinder (18) Dick­ stoff aus dem Einlaß (12) ansaugt. Am Ende des Pum­ penhubes steht der Förderkolben (24) in unmittelba­ rer Nähe des Tellerventilgehäuses (42), während der Kolben (22) seinen am weitesten vom Ventilgehäuse (42) entfernten Punkt erreicht. An diesem Punkt erhält das Ventil (62) das Signal, daß der hydrau­ lische Antriebskolben (46) das vorwärtige Ende seines Kolbenweges erreicht hat. Die Ventilanord­ nung (46) wird geschaltet, so daß die Tellerventil­ antriebszylinder (34 und 40) betätigt werden. Da­ durch werden das Einlaßtellerventil (26) und das Auslaßtellerventil (32) geschlossen.

An diesem Punkt befinden sich die Kolben (22 und 24) am Ende ihres Kolbenweges und an der Umkehrbe­ wegungsrichtung. Alle vier Tellerventile (26, 28, 30 und 32) werden geschlossen. Der hydraulische Druck steigt im Zylinder (48) an und treibt den Kolben (44) nach vorn. Der Kolben (22) bewegt sich in Richtung auf das Ventilgehäuse (42). Der Kolben (22) ist nunmehr in seinen Pump- oder Förderhub um­ geschaltet. Zur gleichen Zeit wird der vor dem Kol­ ben (44) herrschende hydraulische Druck vom Zylin­ der (48) durch die Verbindungsleitung (66) zum vor­ deren Ende des Zylinders (50) geleitet. Dadurch gelangt hydraulischer Druck auf den Kolben (46) und bewegt diesen nach rückwärts. Im Ergebnis beginnt der Kolben (24) sich vom Gehäuse (42) zu entfernen und führt seinen Ansaughub aus. Wenn der Druck am Einlaß (14) den Druck im Zylinder (20) übersteigt, öffnet das Ventil (14) und läßt den Dickstoff durch den Einlaß (14) in den Zylinder (20) während des Ansaughubes fließen.

Wenn der Kolben (22) sich nach vorn bewegt, drückt er zunächst den Dickstoff im Zylinder (22) zusam­ men. In dem Augenblick, in dem der komprimierte Dickstoff den gleichen Druck aufweist wie der kom­ primierte Dickstoff in der Förderleitung beim Aus­ laß (16), öffnet das Tellerventil (30). Da das Tel­ lerventil des fördernden Zylinders nur öffnet, wenn der Zylinderinhalt den gleichen Druck wie in der Förderleitung aufweist, kann kein Material zurück­ fließen.

Die Arbeitsweise, bei der der Kolben (22) nach vorn und der Kolben (24) nach rückwärts läuft, setzt sich fort, bis die Kolben jeweils das Ende ihres Kolbenweges erreichen. An diesem Punkt veranlaßt das Schaltventil (24) der Ventilanordnung (56) das Schließen aller vier Tellerventile und das Reversieren der Hoch- und Niederdruckverbindungen zu den Zylindern (48 und 50).

Bei fortgesetztem Pumpenbetrieb arbeitet einer der Förderkolben (22, 24) im Saughub, während der andere im Druck- oder Fördergut arbeitet.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Zwei­ zylinderdickstoffpumpe mit einem Schwenkrohrschie­ ber im Gegensatz zu der Tellerventilanordnung nach Fig. 1. Die Pumpe (100) weist zwei Zylinder (102 und 104) auf, in denen Förderkolben (106 und 108) wechselweise hin- und herlaufen. Hydraulische Antriebszylinder (110 und 112) mit Antriebskolben (114 und 116) sind an die Förderkolben (106 und 108) angeschlossen. Die Ventilanordnung (118) steu­ ert die Aufeinanderfolge der Bewegungen (114 und 116) und dadurch die Bewegung der Kolben (106 und 108) in den Förderzylindern (102 und 104).

Der Dickstoff wird einem Trichter (120) aufgegeben, in dem ein Schwenkrohrschieber (122) untergebracht ist. Der Schwenkrohrschieber (122) verbindet den Auslaß (124) mit dem einen oder anderen der beiden Förderzylinder (Fig. 2, Auslaß (124) mit Anschluß zum Zylinder (102)), während sein Einlaß an den anderen Förderzylinder (in diesem Fall an den Zy­ linder (104) angeschlossen und in das Innere des Fülltrichters (120) geöffnet ist). In Fig. 2 bewegt sich der Kolben (106) während seines Förderhubes nach vorn und pumpt den Dickstoff aus dem Zylinder (102) in den Auslaß (124), während der Kolben (108) sich rückwärts bewegt und Dickstoff in den Zylinder (104) saugt.

Am Ende eines Hubes bewirkt der hydraulische Antrieb (126), der mit der Schwinge (128) verbunden ist, die Schwenkbewegung des Rohres (122), so daß nunmehr der Auslaß (124) an den Zylinder (104) angeschlossen ist. Die Bewegungsrichtung der Kolben (106 und 108) wechselt, so daß sich der Kolben (108) nach vorn während eines Pumpenhubes bewegt, während der Kolben (106) nach hinten über seinen Ansaug- und Füllweg läuft.

Hydraulisches Medium zum Antrieb der Zylinder und der Steuerung der Pumpe (108) wird von einer hydraulischen Pumpe und einer Tankanordnung (die in Fig. 2 nicht dargestellt ist) erzeugt und ent­ spricht der der Pumpe (52) und dem Tank (58) nach Fig. 1.

Der wesentliche Unterschied zwischen der Pumpe (100) nach Fig. 2 und der Pumpe (10) nach Fig. 1 liegt in der Ventilanordnung. Bei der Pumpe (100) sind nämlich die beiden Zylinder (102 und 104) an den Auslaß (124) während des gesamten Pump- bzw. Druckhubes angeschlossen. Im Gegensatz dazu öffnen bei der Pumpe (10) die Auslaßventile (30 und 32), sobald das Material im Zylinder bis zu einer Druckhöhe komprimiert ist, bei der der Auslaßdruck und der Druck des Materials im Förderzylinder gleich sind. Wie später erläutert wird, kann das System gemäß der Erfindung sowohl für die Pumpe (10) wie auch für die Pumpe (100) verwendet werden, wobei einige Unterschiede in den Parametern, die gemessen werden müssen, die Unterschiede in der Wirkungsweise der beiden Ventilanordnungen berück­ sichtigen.

Fig. 3 stellt grafisch den Förderdruck als Funktion der Zeit in einer Zweizylinderdickstoffpumpe der in Fig. 1 dargestellten Art dar. Ein Arbeitsspiel beginnt an dem Punkt A, an dem einer der Kolben in seiner vorwärtigen Endstellung und der andere Kol­ ben in seiner rückwärtigen Endstellung steht. Am Punkt B beginnt sich das Druckventil in der Ven­ tilanordnung (56) (Fig. 1), die Hochdruckmedium zu einem der hydraulischen Antriebszylinder fließen läßt, zu öffnen. Im Punkt C sind alle vier Teller­ ventile (26, 28, 30 und 32) (Fig. 1) geschlossen.

Das Druckventil ist offen und der Kolben beginnt seine Vorwärtsbewegung, mit der der Förderhub beginnt. Am Punkt D hat der Druck des Dickstoffes den Druck am Auslaß (16) erreicht, so daß das Aus­ laßtellerventil dieses Zylinders öffnet. Vom Punkt C bis zum Punkt A erfolgt während des folgenden Arbeitsspieles ein kontinuierlicher Materialfluß aus dem Zylinder in den Auslaß (16). Die Wirkungs­ weise der Pumpe des in Fig. 2 dargestellten Typs produziert einen ähnlichen Verlauf des Material­ druckes über die Zeit.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, enthält die Zeit T eines Arbeitsspieles drei Zeitkomponenten. Die Zeit T1 ist die Zeit vom Ende der Bewegung des Kolbens bis zum Wiederbeginn der Kolbenbewegung. Die Zeit T2 ist der Zeitraum vom Beginn der Kolbenbewegung, bis der Druck so weit aufgebaut ist, daß der Druck des Dickstoffes den Auslaßdruck überwindet, so daß sich ein Materialfluß aus dem Zylinder in den Aus­ laß einstellt. Die Zeit T3 ist der Zeitraum, wäh­ renddessen .das Material aus dem Förderzylinder in den Auslaß gefördert wird.

Eine Einzylinderpumpe würde eine ähnliche Kurve ergeben mit Ausnahme eines Zeitraumes, währenddes­ sen der Kolben nach rückwärts im Ansaugtakt läuft und kein Förderhub erfolgt. In einer Zweizylinder­ pumpe der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Art wechseln sich die Förderzylinder und Kolben beim Ansaugen und Fördern ab, so daß jeweils ein Zylin­ der und Kolben einen Förderhub ausführt, während der andere einen Ansaughub durchläuft.

Vergleicht man die Zeiträume T2 und T3 miteinander, so ergibt sich hieraus die Möglichkeit, einen in Prozent ausgedrückten Materialinhalt in einem Zylinder während eines diskreten Förderhubes zu bestimmen. Dieser Füllungsgrad ist

Dabei geht man selbstverständlich davon aus, daß der Kolben sich mit annähernd gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt. Wenn man die in Prozent ausgedrückte Menge eines Arbeitsspieles und das Gesamtvolumen dieses Zylinders kennt, läßt sich das in einem bestimmten Arbeitsspiel geförderte Volumen bestimmen. Addiert man die Fördervolumina mehrerer Arbeitsspiele, so ergibt sich daraus ein Gesamt­ volumen.

Wenn man andererseits das Gesamtvolumen eines Zeit­ raumes kennt, über den die Volumina bestimmt worden ist, läßt sich eine mittlere Fördermenge errechnen. Außerdem kann man eine diskrete Fördermenge für jedes Arbeitsspiel bestimmen. Kennt man die gesamte Zeit T eines Arbeitsspieles, den in Prozent ausge­ drückten Füllungsgrad und das Gesamtvolumen bei Füllung des Zylinders mit 100%, so läßt sich die jeweilige gepumpte Menge für jedes diskrete Arbeitsspiel feststellen.

Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfin­ dung, bei der der Betrieb der Pumpe (10) durch das System (150) überwacht wird, um derart eine genaue Messung der gepumpten Menge auf der Grundlage wie­ derholter Arbeitsspiele und einer Addition der Ein­ zelmengen vorzunehmen. Das Überwachungssystem (150) hat einen digitalen Rechner (152), der in einer bevorzugten Ausführungsform als Mikroprozessor aus­ gebildet ist und schließt einen zugeordneten Spei­ cher, Eingabe und Ausgabekreisen, eine Uhr (154) eine Ausgabevorrichtung (156), eine Eingabevorrich­ tung (157), Tellerventilsensoren (158), Schief­ scheibensensoren (160), sowie Sensoren (162) zur Überwachung des hydraulischen Systems ein.

Die Uhr (154) gibt dem Rechner (152) die Zeit vor. Obwohl die Uhr (154) in Fig. 4 getrennt dargestellt ist, ist sie in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Teil des digitalen Rechners (152).

Die Ausgabevorrichtung (156) wird z. B. mit einer Kathodenstrahlröhre oder einer Flüssigkristallan­ zeige, einem Drucker oder in Form von Kommunikati­ onseinrichtungen verwirklicht, die Ergebnisse des Rechners (152) einem anderen computergestützten System aufgeben (das beispielsweise den Gesamtbe­ trieb einer Anlage überwacht, in der eine Schlamm­ gruppe (110) benutzt wird).

Die Sensoren (158, 160 und 162) überwachen den Betrieb der Pumpe (10) und produzieren Signale für den Computer (152). Die von den Sensoren (158, 160 und 162) aufgenommenen Parameter ergeben den Fül­ lungsgrad des Zylinders während des Förderhubes der Pumpe (10) und ermöglichen dem Computer (152) die Bestimmung des Zeitraumes dieses Arbeitsspieles. Aus dieser Information bestimmt der Computer (152) das Volumen des gepumpten Materials während des betreffenden Arbeitsspieles, aus der das additions­ bestimmte Volumen der Pumpmenge während des Arbeits­ spieles und eine mittlere Pumpmenge während eines vorgegebenen Zeitraumes. Der Computer (152) spei­ chert diese Daten ab und gibt ein Signal an die Ausgabevorrichtung (156), welche von einer Infor­ mation abhängt, die an der Eingabevorrichtung (157) gewählt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bestimmung des geförderten Volumens während eines Arbeitsspieles wie folgt: Die hydraulischen Systemsensoren (162) dienen dazu, dem Computer (152) den Beginn jedes Pumpenhubes in der Pumpe (10) anzuzeigen. Diese Sensoren (162) liefern außerdem ein Signal, sobald der Förderhub beendet ist. Diese Signale werden dem Computer (152) und den Sensoren (162) vorzugsweise in Form von Einzel­ signalen übermittelt.

Die Tellerventilsensoren (158) stellen fest, wann das Auslaßventil während eines Pumpenhubes geöffnet ist. Das Signal der Tellerventilsensoren (158) besteht vorzugsweise ebenfalls aus Einzelsignale für den Computer (152).

Die Schiefscheiben-Positionssensoren (160) messen die Durchflußmenge des hydraulischen Mediums der Pumpe (152). Die Schiefscheibenstellung bestimmt nämlich die Durchflußmenge, und das Ausgangssignal des Stellungssensors (162) ist vorzugsweise ein digitales Signal an den Computer (152), das in eine Durchflußmenge umgerechnet werden kann Aus den Signalen der Sensoren (158, 160 und 162) bestimmt der Computer (150) den Beginn des Förder­ hubes, den Zeitpunkt, an dem das Auslaßtellerven­ til öffnet und das Ende des Förderhubes. Unter Ein­ beziehung des Zeitsignals aus der Uhr (154) kann der Computer (152) die Zeiträume T2 und T3 errech­ nen. Solange die Fördermenge von der Bedienung innerhalb eines Arbeitsspieles nicht geändert wird, ergibt das Verhältnis von T3 zu (T2 + T3) ein genaues Maß des Füllungsgrades während des betref­ fenden Arbeitsspieles. Die Schiefscheibensensoren (160) sollen dem Computer (152) signalisieren, ob die Kolbengeschwindigkeit im wesentlichen während des Arbeitsspieles konstant geblieben ist. Im gegenteiligen Fall muß die Einstellung geändert werden, da zur Bestimmung des Füllungsgrades jeweils das Verhältnis der Länge des Pumpenhubes mit vollständig komprimiertem Material zur Länge des Kolbenhubes dient. Der Ansatz der Zeiträume T2 und T3 anstelle der Kolbenendstellungen beruht daher auf der Annahme, daß der Kolben sich im wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung errechnet der Computer (152) für jeden Hub den Fül­ lungsgrad. Nimmt man das Gesamtfördervolumen des Zylinders, so errechnet der Computer (152) das jeweils während-eines Arbeitsspieles gepumpte Volu­ men. Dieses Volumen wird in ein Register in Spei­ cher des Computers (152) eingelesen. Dabei versieht der Computer (152) das Register mit der Zeit, wo­ raus sich durch Addition ein Gesamtvolumen ergibt.

Da der Computer (152) außerdem den Zeitraum eines Arbeitsspieles und den Gesamtzeitraum bestimmt, währenddessen das Gesamtvolumen gefördert worden ist, kann er eine jeweilige Fördermenge für jeden Zylinder, sowie eine mittlere Fördermenge während des durch Addition der Zeiträume bestimmten Gesamt­ zeitraumes errechnen.

Alle vier Größen (Fördermenge während eines vorge­ gebenen Einzelzeitraumes, Gesamtvolumen, gegenwär­ tige Fördermenge und durchschnittliche Fördermenge) können von der Ausgabevorrichtung (156) angezeigt werden. Normalerweise wählt der jeweilige Operator diejenige Information, die angezeigt werden soll, mit einem Kommando an der Eingabevorrichtung (157) des Computers (152).

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfin­ dung, bei der das Anzeigesystem (200) die Wir­ kungsweise der Pumpe (10) wiedergibt. In dieser Ausführungsform hat das Anzeigesystem (200) einen Computer (202), eine Uhr (204), eine Eingabevor­ richtung (206), eine Ausgabevorrichtung (208), Tel­ lerventilsensoren (210) und Kolbenstellungssensoren (212).

In der Ausführungsform nach Fig. 5 stellen die Kol­ benstellungssensoren (212) die Stellung jedes der beiden Kolben der Pumpe (10) während des Förderhu­ bes fest. Aus den von den Kolbenstellungssensoren produzierten Signalen sind dann die Start- und Stellungspunkte jedes Pumpenhubes bekannt. Die Si­ gnale aus den Kolbenstellungssensoren sind in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung digitale Signale. Beispielsweise sind die Kolben­ stellungssensoren (212) vorzugsweise lineare Stel­ lungssensoren (die Analogsensoren sein können und mit einem Analog/Digitalwandler zusammenwirken), so daß das dem Computer (202) aufgegebene Signal digi­ tal ist.

Sobald das Tellerventil öffnet, was der Tellerven­ tilsensor (212) anzeigt, wird der von dem Kolben­ stellungssensor (212) aufgenommene Wert an den Com­ puter (202) weitergegeben. Der Abstand vom Start des Förderhubes bis zum Öffnen des Ventiles ist der Abstand L1, während der Abstand vom Öffnen des Tel­ lerventiles bis zum Ende des Förderhubes L2 ist. In diesem Fall ist der Füllungsgrad

Die Uhr (204) gibt an den Computer (202) die Zeit vor, so daß die augenblickliche und die durch­ schnittliche Fördermenge berechnet werden können. Wie in dem System (150) nach Fig. 4 werden auch in dem System (200) das gepumpte Volumen während eines bestimmten Arbeitsspieles, das addierte Gesamtvolu­ men, die augenblickliche Fördermenge und die durch­ schnittliche Fördermenge vom Computer (202) berech­ net und in bestimmte Register seines Speichers ein­ gelesen. Mit Befehlen, die von der Eingabevorrich­ tung (206) an den Computer (202) weitergegeben wer­ den, können einzelne oder alle der so berechneten Größen auf der Ausgabevorrichtung (208) angezeigt werden. Andererseits kann als Ausgabevorrichtung (202) ein Transmitter verwendet werden, der die In­ formationen an einen weiteren Computer eines ande­ ren Systems weitergibt, das in dem Betrieb eine An­ lage überwacht, in der die Pumpe (10) verwendet wird.

Fig. 6 zeigt ein Überwachungssystem (250) für die schiebergesteuerte Pumpe (100) (nach Fig. 2). Da hierbei keine Tellerventilsitze vorhanden sind, in denen sich feststellen läßt, wann der Druck im För­ derzylinder gleich dem Auslaßdruck der Pumpe (100) ist, muß diese Information mit Hilfe anderer Para­ meter gefunden werden.

Das Überwachungssystem (250) hat einen Computer (252), eine Uhr (254), eine Eingabevorrichtung (256), eine Ausgabevorrichtung (258), einen hydrau­ lischen Systemdrucksensor (260) und einen Auslaß­ drucksensor (262). Bei dieser Ausführungsform er­ hält der Computer (252) Digitalsignale von den Drucksensoren (260 und 262). Wenn der hydraulische Pumpendruck auf der Hochdruckseite den Auslaßdruck übersteigt, der von dem Auslaßsensor (124) oder an einer bestimmten Stelle stromabwärts vom Auslaß (124) festgestellt wird, merkt sich der Computer (252) die Zeit während des Arbeitsspieles. Er be­ stimmt am Ende des Arbeitsspieles das Verhältnis oder den Füllungsgrad, in dem er den Zeitraum T3 durch die Summe T2 + T3 dividiert.

Wie in der Ausführungsform nach Fig. 4 setzt das System (250) ebenfalls voraus, daß sich der Kolben mit konstanter Geschwindigkeit während des Pumpen­ hubes bewegt. Zur Steigerung der Genauigkeit läßt sich ein Schiefscheiben-Stellungssensor entspre­ chend dem Sensor (160) nach Fig. 4 in das System (250) einführen.

Wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 berechnet und speichert das System (250) das Volu­ men während eines Arbeitsspieles, das addierte Ge­ samtvolumen, die augenblickliche Fördermenge und eine mittlere Fördermenge. Diese Information wird von der Ausgabevorrichtung (258) auf Befehl von der Eingabevorrichtung (256) ausgegeben.

Fig. 7 zeigt ein Überwachungssystem (300) für den Betrieb der Pumpe (100). Das System (300) hat einen Computer (302), eine Uhr (304), eine Eingabevor­ richtung (306), eine Ausgabevorrichtung (308), hydraulische Drucksensoren (310), einen Auslaß­ drucksensor (312) und einen Kolbenstellungssensor (314). Bei dieser Ausführungsform liest der Compu­ ter (302) die Stellung des Kolbens am Beginn jedes Pumpenzyklusses und am Ende jedes Pumpenzyklusses und während der Stellung und Zeit, in der der hydraulische Pumpendruck vom Sensor (310) größer oder gleich dem Auslaßdruck ist, der vom Auslaß­ drucksensor (312) festgestellt wird. Das System (300) berechnet und speichert die gleiche Informa­ tion, wie sie im Zusammenhang mit den Systemen (150, 200 und 250) in den Fig. 4 bis 6 beschrieben ist.

Noch andere Ausführungsformen der Erfindung sind möglich. Beispielsweise läßt sich durch Feststel­ lung des Pumpendruckes und Bestimmung der Änderung des Verlaufes der Druckkurve nach Fig. 3 der Zeit­ punkt in einem Zyklus bestimmen, an dem der Druck im Zylinder gleich oder größer als der Auslaßdruck ist. Indem man kontinuierlich den hydraulischen Pumpendruck anzeigt und die Kurvenanalyse ausführt, braucht man keinen Auslaßdrucksensor (entsprechend dem Drucksensor (312) nach Fig. 7) bei diesen Ausführungsformen.

Im Ergebnis ermöglicht die Erfindung die Messung eines genauen Volumens und einer Fördermenge einer Dickstoffpumpe. Die Erfindung berücksichtigt, daß sich in einer Dickstoffverdrängerpumpe der Fül­ lungsgrad des Pumpzylinders von Zyklus zu Zyklus ändern kann. Indem man aber den Füllungsgrad auf der Basis des Arbeitsspieles bestimmt, ergeben sich die Fördermenge während des Arbeitsspieles, das ad­ dierte Gesamtfördervolumen die augenblickliche För­ dermenge und die durchschnittliche Fördermenge mit hoher Genauigkeit.

Die Fig. 8 zeigt in Draufsicht und Ansicht eine Dickstofförderanlage mit einer hydrostatisch ange­ triebenen Einzylinderdickstoffpumpe (312) und einem Stetigförderer (314). Stark feststoffhaltiger Schlamm wird mit Hilfe des Stetigförderers (314) in den Einlaß (316) der Pumpe (312) gefördert. Der Dickstoff wird von der Pumpe (312) durch einen Ein­ laß (316) während des Saughubes angesaugt und durch den Auslaß (318) in eine nicht dargestellte Rohr­ leitung im Förderhub gepumpt.

Wie in Fig. 8 dargestellt, weist der Stetigförderer (314) zwei Wellen (320 und 322) auf, welche mit Messern (324) bestückt sind, die den Dickstoff in Richtung des Einlasses (316) der Pumpe (312) för­ dern. Die Wellen (320 und 322) werden von einem hy­ drostatischen Stetigförderantrieb (326) angetrie­ ben.

Die Pumpe (312) weist einen Förderzylinder (330), einen hydraulischen Antriebszylinder (332), einen Förderkolben (334), einen Antriebskolben (336), einen Wasserbehälter (338), ein Ventilgehäuse (340), einen Einlaßtellerventilzylinder (342), einen Auslaßtellerventilzylinder (344), ein Auslaß­ rohr (346) und eine Steuerventileinheit (348) auf.

Der Förderzylinder (334) bewegt sich in dem Förder­ zylinder (330) hin und her. Er wird vom Antriebs­ kolben (336), der sich im Antriebszylinder (332) in beiden Richtungen bewegt, angetrieben. Die Bewegung des Antriebskolbens (336) wird von der Steuerventileinheit (348) gesteuert, die ein Hoch­ druckhydraulikmedium jeweils einer der beiden Sei­ ten des Kolbens (336) zuführt, was von der jeweils gewünschten Bewegung des Kolbens (336) und des Kol­ bens (334) abhängt. Die Steuerventileinheit (348) steuert außerdem den Stetigfördererantrieb (326). Die Verknüpfung zwischen der Steuerventileinheit (348) und dem Stetigförderantrieb (326) ist in ge­ strichelter Linienführung (350) der Fig. 8 wieder­ gegeben.

Wenn der Kolben (334) sich in Richtung der Ventil­ anordnung (340) bewegt, werden Einlaß- und Auslaß­ ventil zunächst geschlossen. Während des Förder­ hubes des Förderzyklus wird dadurch zunächst der Dickstoff im Zylinder (330) komprimiert und dann durch das Auslaßventil (340) zum Auslaßrohr (346) und zum Auslaß (318) gepumpt. Wenn der Kolben (334) das vordere Ende seines Förderhubes erreicht, steu­ ert die Ventilsteuereinheit (348) den Auslaßteller­ ventilzylinder (344), so daß dieser das Auslaßtel­ lerventil schließt und die Bewegungsrichtung des Kolbens (336) steuert. Dies führt dazu, daß der Kolben (336) und der Kolben (334) sich von dem Ven­ tilgehäuse (340) nach hinten bewegen. Der Druck­ unterschied des Mediums zwischen dem Förderer (314) und dem Fördererzylinder (330) dient dazu, das Einlaßventil zu öffnen, so daß Dickstoff vom Stetigförderer (314) in den Zylinder (330) während des Saughubes zugeführt wird.

Wenn die Kolben (336 und 334) das Ende ihrer Rück­ wärtsbewegung (und deshalb das Ende des Saughubes) erreichen, veranlaßt die Ventilsteuereinheit (348), daß der Einlaßtellerventilzylinder (342) das Ein­ laßtellerventil schließt und außerdem den Förderer­ antrieb stillsetzt. Die Bewegungsrichtung des Kol­ bens (336) wird dann reversiert und Hoch­ druckhydraulikmedium der Rückseite des Kolbens (336) aufgegeben. Dadurch beginnt wieder der För­ derhub. Wenn der Druck im Zylinder (330) entspre­ chend der Vorwärtsbewegung des Kolbens (334) den Druck im Auslaßrohr (346) übersteigt, wird das Aus­ laßtellerventil geöffnet und Dickstoff aus dem Zy­ linder (330) durch die Öffnung (340) zum Auslaßrohr (346) und zum Auslaß (318) gepumpt.

Zum besseren Verständnis des nachfolgend beschrie­ benen, vollautomatischen integrierten Dickstoffpum­ pen-Kontrollsystems wird zunächst auf das Diagramm nach Fig. 8 Bezug genommen. Hierin bedeuten:
T₁₀ = Zyklusdauer Zylinder 1 (Pumphub) = AD
T₂₀ = Zyklusdauer Zylinder 2 (Pumphub) = DA
Punkt A: Förderkolben erreicht Endstellung
Punkt B: Alle Tellerventile geschlossen, kurz darauf:
Förderkolben starten in andere Richtung, Saugventil öffnet sich
Punkt C: Kompressionshub ist abgeschlossen,
Druckventil öffnet sich,
Beginn Materialfluß von Pumpe in die Förderleitung
Punkt D: wie A.

Funktionsablauf während der Zykluszeit

AB: Umschalten S3-Ventil und Schließen der offenen Ventile
BC: Umschalten S2-Ventil und Loslaufen der Förder­ kolben mit Komprimieren des Zylinderinhalts auf Druck am Auslaß der Pumpe
CD, EF und FA analog AB, BC und CD, jedoch beim anderen Förderzylinder.

Der dazugehörige Druckverlauf des hydraulischen Antriebsmediums ist in dem Diagramm nach Fig. 9 wiedergegeben. Wenn die Pumpe nicht mit Tellerven­ tilen, sondern mit einem Schwenkschieber oder -rohr gesteuert wird, ergibt sich ein entsprechender Druckverlauf, der im Diagramm der Fig. 10 darge­ stellt ist.

Im folgenden wird jedoch zum besseren Verständnis auf das Diagramm nach Fig. 13 Bezug genommen.

Damit werden die nachstehenden Kennwerte ermittelt:

3.1 Volumetrischer Wirkungsgrad ηvol ges [%]

Wertekorrektur möglichst alle 2 Hübe.

3.2 Theoretische Fördermenge Q_theor. [m³/h]

V_z = Hubvolumen von 1 Zylinder der Dickstoff­ pumpe in [dm³] (wird je nach Pumpentyp ein­ gegeben)
= Anzahl der Einzelhübe pro Minute min^-1
= wird ermittelt z. B. aus den Hubzählersignalen vom S2-Steuerblock (Steuerkolben)

Die Hubzahlen können etwa zwischen 0,5/min. und 35/min. liegen.

Das Hubvolumen kann etwa zwischen 3 und 1.000 l liegen. (Inhalt Förderzyl.),

η = Anzahl der Impulse I pro Minute

zu berechnen alle 2 Hübe.

3.3 Effektive Fördermenge

Q_eff = Q_theor · ηvol ges [m³/h] (aus 3.2 bzw. 3.1).

3.4 Ermittlung der Zeiten T₂₀, T₂₁, T₂₂ und T₂₃

Die Zeit T₂₃ ergibt sich aus:
T₂₀ = T₂₁ + T₂₂ + T₂₃ und T₁₃ = T₁₀ - (T₁₂ + T₁₁)
T₂₀ = Zeit zwischen Impulse I1 und I2 bzw. I2 und I1
T₂₂ = Zeit zwischen Impuls I3 und I2
T₁₂ = Zeit zwischen Impuls I3 und I1
T₁₁ errechnet sich aus dem Verhältnis der Differential-Zylinder- Ölmenge V_D[1] und der Schaltölmenge V_s[1] (Schaltölmenge = Steueröl + Schaltöl für Tellerventile) wie folgt bei Einkreishydraulik-Schaltung:

Ist T₁₀ oder T₂₀ die Zykluszeit in 100%, dann ist

oder T₂₀ · f · 100 (%)

Das Verhältnis

ist ein Pumpentypenspezifischer Faktor f.

Er beträgt für die KSP 50 HDV:

Damit ergibt sich für T11 oder T21
T₁₁ = T₂₁ = 4,7% von T₁₀ oder T₂₀
T₁₃ oder T₂₃ wird T₁₃ = T₁₀-T₁₂-0,047 · T₁₀ T₂₃= T₂₀-T₂₂-0,057 · T₂₀.

Der Faktor f muß für den verwendeten Pumpentyp jeweils eingegeben werden.

3.5 Hinweis

Der Vorgang h (Saugventil öffnet) und j (Druckventil öffnet)
verringert jeweils die Hubgeschwindigkeit der Förderkolben, dies wird jedoch bei der Berechnung von T₁₀; T₂₀ berücksichtigt, so daß die berechnete Zeit des Förderhubs etwas kürzer wird als sie tatsächlich ist und damit die kurzfristige Verlangsamung des Förder­ kolbens kompensiert.

Damit kann die Zeit T₁₃; T₂₃ zur Berechnung von ηvol1; ηvol2 herangezogen werden.

3.6 Einfluß von Spaltölverlusten

Spaltölverluste treten vor allem während der Zeit T₁₃; T₂₃ auf. Dadurch vergrößert sich der Anteil von T₁₃, T₂₃ . . . T₁₀; T₂₀. Bei 10% Spaltölverlust während T₁₃, T₂₃ bei­ spielsweise ändert sich ηvol gegenüber dem berechneten Wert nur um 1% bei 90% Füllung oder um 2% bei 70% Füllung und kann somit vernachlässigt werden.

Bei steigendem Spaltölverlust allerdings kann der Fehler ansteigen.

3.7 Einfluß der Drosselventilstellung

Die richtige Einstellung der Drosselventile ist für die korrekte Messung von entschei­ dender Bedeutung.

• - Bei richtiger Einstellung ist der Zeit­ ablauf wie im Balkenplan Zeitablauf dargestellt.
• - Drosselventile zu weit offen: S2 schaltet gleichzeitig mit oder sogar vor S3. Dadurch schließen die Teller­ ventile erst, wenn die Kolben bereits fahren, sdaß bereits gepumptes Förder­ medium in den ansaugenden Zylinder zurückströmt, solange bis das Druckventil geschlossen ist.

Der Meßfehler kann erkannt werden daran, daß der Impuls I1 oder I2 (Schließen Druckventil) zeitlich erst nach dem Impuls I3 (Umschalten Förderkolbenrichtung) auftritt. Hierbei muß eine Störmeldung erscheinen "Drosselventile zu weit geöffnet".

• - Drosselventile zu weit geschlossen: S2 schaltet erst wesentlich später als S3. Dabei strömt Öl über das Sicherheitsventil ab. Es wird der Zeitabstand zwischen Impuls I1 und Impuls I3 gemessen. Bei Überschrei­ ten eines Zeitanteils f* von wesentlich mehr als f/2 muß eine Störmeldung erscheinen "Drosselventil zu weit geschlossen". f* sollte über Potentiometer eingestellt werden können zwischen f/2 und 2 f; ggf. kann nach Vorlage von Versuchsergebnissen mit dem VIP-System ein fester Wert einge­ geben werden. Erste Einstellung, bei deren Erreichen die Störmeldung erfolgt: f* = f.

3.8 Meßwerte

- Als Indikation für die Gesamtdauer eines Arbeitszyklus wird ein Näherungsschalter im Steuerblock der Dickstoffpumpe verwen­ det.

Standardmäßig vorhanden ist ein Näherungs­ schalter im S2-Ventil (für die Hubzahl benutzt).

Das Signal I3 könnte als Timersignal für die Gesamtdauer T₁₀ bzw. T₂₀ benutzt werden.

Das Signal tritt auf, zeitmäßig, kurz nach Punkt B bzw. E.

• - Als Indikation für den Zeitpunkt C (Beginn der Förderung) wird ein Näherungsschalter­ signal von I1, I2 jeweils dem einen oder dem anderen Druckventil-Antriebskolben ver­ wendet, der das Öffnen des Ventils signali­ siert.
• - Als Indikation für die richtige Einstellung der Drosselventile wird das Schließen des Druckventils verwendet, Impuls I1 oder I2 im Vergleich zu Impuls I3.

4.1 Richtige Einstellung der Drosselventile bei Tellerventilsteuerung mit Signalen

• - Drosselventile zu weit geöffnet und
• - Drosselventile zu weit geschlossen Meßverfahren siehe Ziff. 3.7.

4.2 Vergleich der Zylinderfüllmengen (über Grenzfaktor XI in %)

Wenn ηvol¹ = ηvol² ist Signal zu geben, sobald der Unterschied zwischen den be­ rechneten Werten ηvol (Zylinder 1) und ηvol (Zylinder 2) mehr als x₁% beträgt.

x₁ muß eingestellt werden können zwischen 5 und 50%. Ersteinstellung x₁ = 10%.

Signale:

• - "Saugventil 1: Mediumzufuhr gestört" und
  - "Saugventil 2: Mediumzufuhr gestört".

Welcher der beiden Förderzylinder gestört ist, erkennt der Rechner aus der Stellung der jeweiligen Druckventile, z. B.
Saugventil 1 ist gestört, wenn Druckven­ til 1 länger ge­ schlossen bleibt als Druckventil 2
Saugventil 2 ist gestört, wenn Druckven­ til 2 länger ge­ schlossen bleibt als Druckventil 1.

4.3 Zylinderfüllung an beiden Zylindern gestört (über Grenzfaktor x₂ in %)

Wenn bei beiden Förderzylindern das gemes­ sene ηvol einen eingestellten Wert x unterschreitet, der sich an den jeweils vorliegenden Betriebsumständen orientieren wird, ist ein Signal zu geben für ηvol = x₂

• - "Mediumzulauf gestört".

x₂ ist einstellbar zwischen 90% und 30%.

Ersteinstellung: 70%

4.4 Hydraulikantrieb gestört (zu hoher Lecköl­ anteil bzw. Potilose)

Die Hubgeschwindigkeit der Pumpenförder­ kolben ist direkt proportional zur Förder­ menge der Hydraulikpumpe. Sie ergibt sich aus den Parametern der jeweils verwendeten Dickstoffpumpentype.

Dabei ist die theoretische Fördermenge der Dickstoffpumpe Q_theor = i · Q_{Hydraulikpumpe}, mit

• - bei der KSP 50 HDV ist i - 1,78.

Wenn die gemessene Hubzahl n wesentlich geringer ist, als die von der Hydraulikpumpe geförderte Ölmenge (siehe Ziffer 3.2), ist die Leckölmenge zu hoch.

Dies zeigt sich daran, daß Q_theor < Q_{Hydraulikpumpe} · i · (1-f) Die Hydraulikpumpen-Fördermenge wird über ein Potentiometer im Verstellantrieb gemessen.

Ein Abgleich während des Pumpen-Probe­ betriebes unter Druck eliminiert die nor­ malen Spaltverluste.

Wenn Q_theor ≦ x₃ · Q_{Hydraulikpumpe} · i · (1-f) ist, und x₃ den Wert von 0,85 unterschreitet (15% höhere Spalt­ bzw. Leckölverluste als im Probelauf), ist ein Signal zu geben.

• - "Hydraulik-Antriebssystem überprüfen"

Der Wert x₃ muß für Prüfzwecke als Signal in % abgefragt werden können.

Bedingungen: 4.1 normal Drosselventile richtig eingestellt
4.2- 4.5 ohne Einfluß
4.6 normal.

4.5 Ventil defekt

Wenn eines der Tellerventile defekt ist, ist der Förderdruck bei einem Hub wesentlich niedriger als bei dem anderen, da ein Teil des gepumpten Mediums nicht in die Förder­ leitung, sondern in den saugenden Zylinder (Druckventil defekt) oder in den Ansaug­ bereich (Saugventil defekt) zurückströmt. Dabei reduziert sich die Strömungs­ geschwindigkeit in der Förderleitung und entsprechend reduziert sich der Arbeits­ druck bei diesem Arbeitshub.

Ist der Arbeits- oder Hydraulikdruck niedri­ ger bei Zylinder 1 (2), ist das Druckventil von Zylinder 2 (1) oder das Saugventil 1 (2) defekt.

Der Rechner vergleicht den Hydraulikdruck oder den Mediumdruck (entsprechende Sensoren vorausgesetzt) von 2 aufeinanderfolgenden Arbeitshüben und gibt die Signale.

• - "Druckventil 2 oder Saugventil 1 defekt", wenn P₁ x₄ · P₂
• - "Druckventil 2 oder Saugventil 2 defekt, wenn P₂ x₄, P₁ wobei x₄ eingestellt wird zwischen 0,95 und 0,75.

Ersteinstellung: 0,8
Hinweis: Wenn gleichzeitig der Störfall 4.4 (zu hoher Leckölverlust) auftritt, muß das Signal 4.5 unterdrückt werden, da dann wahrscheinlich der im Druckhub befindliche Diff.-Zylinder- Kolben höhere Leckölverluste aufweist als der im Saughub be­ findliche Kolben und nicht Ventilleckagen die Ursache der niedrigeren Hubgeschwindigkeit als Grund für den niedrigeren Druck sind.

4.6 Antrieb Dickstoffpumpe defekt (In der Abfrage übergeordnet zu 4.4)

Wenn T₁₀ und T₂₀ (Dauer der Arbeitszyklen) unterschiedliche Werte aufweisen, ist dies ein Hinweis auf

• - Leckagen bei einem Diff.-Zylinder oder
• - Leckagen in den Schaltelementen oder auch
• - Ventildefekt (niedrigerer Druck, dadurch bis 10% höhere Hubgeschwindigkeit), Ein­ fluß aber unerheblich.

Der Rechner gibt Signal
"Verschleiß Hydraulikkomponenten der Dickstoffpumpe",
wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

• - T₁₀ = T₂₀, x₅ Unterschied größer als 10% (einstellbar 5-20%)
• - 4.1 Drosselventilstellung normal
• - 4.2 Zylinderfüllungsunterschied <x₁% (normal)
• - 4.3 ohne Einfluß
• - 4.4 Störmeldung liegt an, muß unterdrückt werden
• - 4.5 wird unterdrückt.

Weiterhin gibt der Rechner an, ob T₁₀ oder T₂₀ größer ist.

Claims (22)

1. Dickstoffpumpe mit wenigstens einem Förderzy­ linder, einem Verdrängerkolben, einem hydrauli­ schen Verdrängerkolbenantrieb zur Zuführung von Bewegungsenergie während eines aus Förder- und Ansaughub bestehenden Arbeitsspiels und Ventilen, die den Förderzylinder beim Förderhub mit einem Auslaß und beim Ansaughub mit einem Einlaß ver­ binden, gekennzeichnet durch eine Überwachungs­ einrichtung, welche aus einem Zeitsignal, das den Zeitpunkt wiedergibt, an dem der Dickstoff aus dem Förderzylinder während des Förderhubes ausströmt, das Dickstoffvolumen bestimmt, wel­ ches während des Förderhubes gepumpt wird.

2. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überwachungseinrichtung die Zeiträume mißt, die vom Beginn des Förderhubes bis zum Einsetzen der Förderung und bis zum Aus­ strömsignal, sowie von diesem bis zum Ende des Förderhubes vergehen, wobei ein Rechner vorgese­ hen ist, der die Volumina aus diesen Zeit­ signalen errechnet.

3. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überwachungseinrichtung die Verdrängerkolbenstellung im Förderzylinder fest­ stellt und aus der Stellung des Verdrängerkol­ bens beim Auftreten des Ausströmsignals das Vo­ lumen bestimmt.

4. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1 mit einer Ven­ tilanordnung aus einem Auslaßtellerventil, das den Förderzylinder mit dem Auslaß verbindet, so­ bald der Druck im Förderzylinder den Einlaßdruck erreicht oder diesen übersteigt und mit einem Einlaßventil, das zu Beginn des Ansaughubes öff­ net, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwa­ chungseinrichtung das Ausströmsignal erzeugt, sobald das Auslaßventil öffnet und das Aus- und das Einlaßventil so steuert, daß beide Ventile an den Umkehrpunkten der Kolbenbewegung ge­ schlossen sind.

5. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zweizylin­ derdickstoffpumpe die Überwachungseinrichtung ein Ausströmsignal für jeden der beiden Förder­ zylinder erzeugt.

6. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Ausströmsignals eine Druckmessung der hydrauli­ schen Antriebsflüssigkeit und eine Druckmessung des Dickstoffes an den Auslässen erfolgt, und daß das Ausströmsignal erzeugt wird, wenn der hydraulische Druck und der Dickstoffdruck ein vorgegebenes Verhältnis zueinander aufweisen.

7. Dickstoffpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungsein­ richtung die Durchflußmenge der hydraulischen Antriebsflüssigkeit erfaßt und hierauf die Volu­ menmessung des Dickstoffes beruht.

8. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überwachungseinrichtung aus den während einer Mehrzahl von Förderhüben be­ rechneten Fördervolumina ein Gesamtvolumen be­ rechnet.

9. Dickstoffpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überwachungseinrichtung den Zeitraum mißt, währenddessen eine Mehrzahl von Förderhüben ausgeführt werden und hieraus eine durchschnittliche Fördermenge als Funktion der Einzelvolumina und der gemessenen Zeit bestimmt.

10. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überwachungseinrichung die Zeit bestimmt, während der ein Förderhub aus­ geführt wird und aus diesem und der gemessenen Zeit eine Fördermenge bestimmt.

11. Dickstoffpumpe, insbesondere nach einem der An­ sprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein fortlaufendes, Indikatoren des hydrostatischen Pumpenantriebes verwendendes Fehlerüber­ wachungs- und -anzeigesystem der Pumpenfunk­ tion, das die Schaltfunktionen des hydrostati­ schen Antriebes mit der Funktion der Kolbenspiele in den Förderzylindern über die Zeit vergleicht und aus Abweichungen Fehler bestimmt und anzeigt.

12. Dickstoffpumpe nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Indikatoren des hydro­ statischen Pumpenantriebes die beiden Schalt­ zustände der Drosselventile (S1, S2) der hydrostatischen Pumpenventil- bzw. -schieber­ antriebe, sowie des zum Umschalten des hydro­ statischen Pumpenantriebes dienenden Drossel­ ventiles (S3) als Funktion der Zeit dienen und ihr Vergleich mit den Förderkolbenspielen der Pumpe die Abweichungen für die Fehleranzeige bestimmt und anzeigt.

13. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Indikator der hydraulische Arbeitsdruck im hydrostatischen Pumpenantrieb dient, mit dem zeitgleich der Dickstofförderdruck gemessen wird und zur Fehlerbestimmung der Pumpenven­ tile dient.

14. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Indikatoren des hydrostatischen Pumpenantriebes zu dessen Selbstüberwachung und zur Fehleranzeige dienen.

15. Dickstoffpumpe nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichne;t, daß die richtige Öffnungsweite der Drosselventile aus einem Zeitvergleich der Öffnungs- und Schließstellung der Pumpenven­ tile über die Zeit in der Weise erfolgt, daß das Zeitintervall zwischen Öffnen und Schließen des oder der Pumpenventile einen Grenzwert (f) über- oder unterschreitet.

16. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwa­ chung der richtigen Förderzylinderfüllungen bei Zweizylinderdickstoffpumpen die volumetri­ schen Wirkungsgrade der beiden Förderzylinder, die jeweils aus dem Quotienten des Zeit­ intervalls (T13) zwischen dem Öffnen des Druckventils des betreffenden Förderzylinders (C) bis zum Erreichen der Endstellung (A, D) des Förderkolbens und der Summe aus diesem Zeitintervall und dem Zeitintervall (T12) zwischen der Förderkolbenumkehr bzw. dem Öff­ nen des Saugventils (B, E) und dem Öffnen des Druckventils gegebenenfalls nach einem Kom­ pressionshub des Förderkolbens (C, F) bestimmt sind, in der Weise dienen, daß Differenzen der beiden Wirkungsgrade unterschiedliche Förder­ zylinderfüllungen anzeigen, während die Abwei­ chung der Hälfte der Summe beider Wirkungs­ grade von einem vorgegebenen Grenzwert eine Störung im Zulauf des Dickstoffes anzeigt.

17. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwa­ chung des hydrostatischen Antriebes dessen Leckölmengen dienen, die in der Weise bestimmt sind, daß größere Abweichung der theoretischen Fördermenge-, die aus der Anzahl der mit Hilfe der Stellung (S2) eines für die Steuerung des Pumpenventils dienenden Druckventils gemesse­ nen Förderkolbenhübe und des Zylinderhubvolu­ mens bestimmt ist, von der tatsächlichen För­ dermenge des hydraulischen Antriebsmediums, die sich aus der Stellung des Verstellantrie­ bes der hydraulischen Pumpe des hydrostati­ schen Antriebes ergibt, bestimmt und angezeigt werden.

18. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Förder- und Druckventile mit Hilfe von Druckmessungen in der Weise überwacht und angezeigt wird, daß der mit einem Grenzfaktor multiplizierte tatsächliche Förderdruck des Dickstoffes kleiner als der vorgegebene För­ derdruck der Dickstoffpumpe ist.

19. Dickstoffpumpe nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige der Förder- und Druckventilüberwachung unterdrückt wird, sobald eine Abweichung der Leckölmenge angezeigt wird.

20. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine unzurei­ chende Funktion des hydrostatischen Antriebes bei Zweizylinderkolbenpumpen durch Vergleich der Zeiträume der beiden Kolbenbewegungen bestimmt und angezeigt wird, die jeder Kolben vom Öffnen des Druckventils bis zum Erreichen seiner Endstellung im Förderzylinder benötigt.

21. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Endstellungen der Drosselventile (J1, J2, J3) mit Hilfe eines der Geschlossenstellung zugeordneten Näherungsschalters (Dv1, Dv2, Z1) und eines weiteren der Offenstellung zugeord­ neten Näherungsschalters (Dv1, Dv2, Z2) erfolgt.

22. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte veränderlich und einstellbar sind.