WO2022106369A1

WO2022106369A1 - Prüfvorrichtung

Info

Publication number: WO2022106369A1
Application number: PCT/EP2021/081734
Authority: WO
Inventors: Joachim Morsch; Wolfgang Hahmann; Gerd Schneider
Original assignee: Hydac Fluidtechnik GmbH
Current assignee: Hydac Fluidtechnik GmbH
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: DE102020007053A1; JP2023549948A; CN220470179U; US20240011478A1; US12540613B2; EP4185772A1

Abstract

Prüfvorrichtung für eine fluidische Pumpeneinrichtung (10), die von einer Antriebseinrichtung antreibbar ist und deren Pumpendrehzahl bekannt ist, die zu einem definierten Fluid-Volumenstrom auf der Abgabeseite (12) der Pumpeneinrichtung (10) führt, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Volumenstrom zumindest zeitweise über eine Druckbeeinflussungseinrichtung (22) geführt ist, die im Betrieb der Pumpeneinrichtung (10) einen Druckabfall bewirkt, mit dessen Abnahme eine Auswerteeinrichtung (32) eine Aussage über eine verminderte Funktionsfähigkeit der Pumpeneinrichtung (10) ermöglicht.

Description

Prüfvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für eine fluidische Pumpeneinrichtung, die von einer Antriebseinrichtung antreibbar ist und deren Pumpendrehzahl bekannt ist, die zu einem definierten Fluid-Volumenstrom auf der Abgabeseite der Pumpeneinrichtung führt. Eine fluidische Pumpeneinrichtung, die fachsprachlich auch als Hydropumpe bezeichnet ist, ist ein Gerät zur Umformung von mechanischer Energie in hydraulische Energie. Hierfür werden in der Hydrostatik regelmäßig Verdrängerpumpen eingesetzt mit unterschiedlichen Verdrängungsprinzipien, wie Zahnpumpen, Flügelzellenpumpen oder Kolbenpumpen. Ferner ermöglichen solche Pumpeneinrichtungen konstante oder veränderliche Fördervolumina respektive Volumenströme.

Fluidische Pumpeneinrichtungen finden in nahezu allen Hydrauliksystemen Verwendung, bei denen ein Fluid-Volumenstrom von einer Niederdruck- Vorratsquelle, wie einem Tank, zu einem hydraulischen Verbraucher, wie einem Arbeitszylinder, mit vorgebbarem Druck zu transportieren ist. So zeigt beispielsweise DE 10 2019 000 212 A1 eine Schaltungsanordnung zum lastdruckoptimierten Absenken von Fasten mittels einer fluidisch antreibbaren Arbeitseinrichtung, insbesondere in Form mindestens eines hydraulischen Arbeitszylinders, die von einer Motor-Pumpeneinheit mit einem Fluid vorgebbaren Drucks im Zulauf zum Heben der jeweiligen Last versorgbar ist, und mit einem Rücklauf zur Abfuhr von Fluid aus der Arbeitseinrichtung beim Senken dieser Last, in den ein Proportionalventil geschaltet ist, das eine Doppelfunktion wahrnimmt, indem es beim Heben und Senken der Last mittels der hydraulischen Arbeitseinrichtung als Druckbegrenzungsventil bzw. als Proportionalventil dient.

Es ist verständlich, dass bei solchen und vergleichbaren Anwendungen erhöhte Sicherheitsanforderungen an den Betrieb von hydraulischen Anlagen gestellt werden, wobei regelmäßig in den hydraulischen Kreislauf geschaltete Ventile, die jeweilige Sicherheitsfunktion überwiegend gewährleisten. Darüber hinaus will man natürlich sicherstellen, dass auch die sonstigen Teile des hydraulischen Kreislaufes, die der Abnutzung unterliegen, wie beispielsweise eine fluidische Pumpeneinrichtung respektive Hydropumpe, vor einem etwaigen Versagen gegen ein entsprechendes Neuelement getauscht oder repariert werden können, um in jedem Fall die Funktionssicherheit der Gesamtanlage zu gewährleisten. Dabei sollte ein Austausch oder eine Reparatur rechtzeitig erfolgen, um zu vermeiden, dass im Betrieb die hydraulische Anlage plötzlich ausfällt.

Um dies zu gewährleisten, sind im Stand der Technik bereits Prüfvorrichtungen vorgeschlagen worden, beispielsweise eine Vorrichtung zur Partikelmessung nach DE 103 43 457 C5 mit einem Partikelzähler in Form eines auf optischen Messverfahren arbeitenden Sensors, der auf die Anwesenheit von Partikeln in einer von einem Fluidstrom eines viskosen Mediums respektive Hydraulikmediums durchströmten Meßzone anspricht und dabei auswertbare Sensorsignale erzeugt. Bei dieser bekannten Lösung wird auf der Einströmseite des Sensors ein Leitungsstück vorgebbarer Länge als Beruhigungsstrecke derart angeordnet, dass sich im Fluid mitgeführte Gase wieder im Fluid lösen können, um zu vermeiden, dass der Sensor den Gasoder Lufteintrag als schädliche Partikelverschmutzung für das Fluid detek- tiert. In jedem Fall stellt eine solche Prüfvorrichtung fest, wenn die Partikelanzahl im Fluid gegenüber einem Normalbetrieb deutlich ansteigt, was beispielsweise indirekt ein Hinweis dafür sein kann, dass die fluidische Pumpeneinrichtung versagt und bedingt durch Abrieb verstärkt metallische Partikel der Pumpeneinrichtung in den Fluidkreislauf gelangen. Ein entsprechendes Signal kann dann zum Stilllegen der Anlage und gegebenenfalls nach entsprechender Prüfung zum Austausch von verschlissenen Komponenten, wie beispielsweise der Hydropumpe, führen. Der prinzipielle Aufbau eines solchen Partikelzählers besteht aus einer Lichtquelle, einer Messzelle durch die sich die zu messenden Partikel hindurchbewegen und einer sogenannten Detektionseinheit. Je nach Größe der Partikel kann dabei ein unterschiedlich starkes Signal gemessen werden, wobei wie bereits dargelegt eventuell im Fluid eingeschlossene Gas- oder Luftblasen als Partikel und somit als mögliche Fehlerquelle fälschlich detektiert werden können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zu optischen Verfahren alternative Prüfvorrichtung zu schaffen, die kostengünstig und funktionssicher im Gebrauch ist. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Fluid-Volumenstrom zumindest zweitweise über eine Druckbeeinflussungseinrichtung geführt ist, die im Betrieb der Pumpeneinrichtung einen Druckabfall bewirkt, mit dessen Abnahme eine Auswerteeinrichtung eine Aussage über eine verminderte Funktionsfähigkeit der Pumpeneinrichtung ermöglicht, lässt sich ohne Einsatz optisch aufwändiger Prüf- und Messverfahren feststellen, ob eine Druckversorgungseinrichtung regelmäßig in Form der Pumpeneinrichtung respektive Hydropumpe noch funktionstüchtig ist, sprich die von ihr erwartete und vorgegebene Pumpenleistung auch erbringt, insbesondere ob bei einem entsprechend lang andauernden Betrieb die Pumpeneinrichtung noch die benötigte Leistung erbringt, oder schon derart verschlissen ist, dass eine Reparatur oder gegebenenfalls ein Austausch der Pumpeneinrichtung notwendig wird.

Jedenfalls ist es mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung möglich, einem etwaigen Versagen eines hydraulischen Kreislaufes durch Austausch der Pumpeneinrichtung zu begegnen, ohne dass Folgeschäden an dem hydraulischen Kreislauf nebst angeschlossener Verbraucher entstehen. Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung kommt ohne optische Bauteilkomponenten aus und lässt sich in konstruktiv einfacher Weise mit mechanischen und elektronischen Standardbauteilen realisieren. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik. Insgesamt ist dergestalt ein Smart-Condition- Monitoring-Sensor-System für Hydraulikpumpen realisiert, wobei auch bereits ausgelieferte Pumpeneinrichtungen mit der Prüfvorrichtung nachgerüstet werden können.

Da die Drehzahl der Pumpeneinrichtung herstellerseitig bekannt ist, die zu einem definierten Volumenstrom führt, ist es möglich, dass im Betrieb bei einem ungewollt niedrigeren Druckabfall gegenüber einem früheren, höheren Druckabfall an der genannten Druckbeeinflussungseinrichtung, die Auswerteeinheit dies als Förderverlust der Pumpeneinrichtung und damit als Beeinträchtigung ihrer Funktionsfähigkeit erkennt. Die volumetrischen Wirkungsgrade der hier in Rede stehenden Pumpen haben im Neuzustand eine Streuung von mehreren Prozent. Daher wird man in der Regel den Neuzustand der Pumpe jeweils anlernen müssen, d.h. bei der Inbetriebnahme der Pumpe wird die Druckdifferenz bzw. das Druckdifferenzkennfeld über die Messblende, also die Druckbeeinflussungseinrichtung, ermittelt. Fällt diese Druckdifferenz im Betrieb über einen vorgebbaren Wert ab, beispielsweise um mehr als 10% vom angelernten Wert, dann wird dies signalisiert. Insoweit kann also bevorzugt vorgesehen werden, dass die Auswerteeinheit die Beurteilung der Funktionsfähigkeit nicht anhand von vorgegebenen Druckdifferenzwerten vornimmt, sondern im Neuzustand, z. B. bei der Inbetriebnahme gemessene Druckdifferenzwerte als gut erkennt und abspeichert und bei einer Unterschreitung der im Betrieb gemessenen Druckdifferenzwerte von diesen angelernten Werten über einem vorgebbaren Druck-Schwellwert die Pumpeneinrichtung als schlecht respektive funktionseingeschränkt oder -unfähig erkennt, was den Austausch oder die Reparatur der Pumpeneinrichtung notwendig macht. Da die Pumpeneinrichtung mit einem vorgebbaren Leistungsvolumen immer für definierte hydraulische Kreislaufsysteme nebst deren Verbraucher eingesetzt wird, liegen Erfahrungswerte für zulässige Unterschreitungen vor oder lassen sich im Testbetrieb in Verbindung mit solchen hydraulischen Systemen gewinnen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung ist vorgesehen, dass die Druckbeeinflussungseinrichtung eine Messblende und die Auswerteeinrichtung einen Drucksensor aufweist. Neben einer Messblende als Druckbeeinflussungseinrichtung besteht auch die Möglichkeit zwischen die Pumpeneinrichtung im Nebenzweig zu einer Niederdruck- oder Tankseite des hydraulischen Kreislaufes eine Ventileinrichtung zu schalten, bei deren Betätigung zwangsläufig ein, wenn auch geringer, Druckabfall entsteht, der für die Druckmesswerterfassung verwendbar ist, wobei der Drucksensor zur Erfassung von Druckwerten in die Fluidverbindung zwischen der Pumpen- und dieser Ventileinrichtung geschaltet ist.

Die mittels des Drucksensors erfassten Druckwerte werden bevorzugt an einen Mikrocontroller als Teil der Auswerteeinrichtung weitergeleitet, wobei mittels einer Kommunikationseinrichtung, vorzugsweise in Form einer IO- Link-Schnittstel le, eine Schnittstelle zu einer fluidisch antreibbaren Arbeitsmaschine, wie einer Werkzeugmaschine geschaffen ist, die bei Abnahme der Funktionsfähigkeit der Pumpeneinrichtung über den Mikrocontroller ein Signal erhält. Das dahingehende Signal lässt sich im Rahmen der Maschinensteuerung entsprechend weiterverarbeiten, wobei eine Zustandsmeldung in Form einer Art Ampeldarstellung ermöglicht ist, bei der die Farbe Grün für eine voll funktionsfähige Pumpe steht und Rot einen Austausch oder Reparatur der Pumpeneinrichtung nahelegt. Eine Gelbdarstellung im Rahmen der Ampel kann im Sinne einer Warnfunktion einen Maschinenbediener darauf hinweisen, dass er in Kürze mit einem maßgebenden Verschleiß der Pumpeneinrichtung zu rechnen hat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung, ist dabei vorgesehen, dass diese nur im Nebenschluss betrieben wird, d.h. dass mit dem Abschalten der Hauptfunktion für die hydraulischen Verbraucher im Nebenzweig eine Testmessung respektive Prüfung der Pumpeneinrichtung durchgeführt wird. Dabei ist die bevorzugte Ausführungsform, dass diese Abschaltung der Hauptfunktion der Prüfvorrichtung über die Schnittstelle signalisiert wird und somit eine Freigabe für die Prüfung erfolgt. Dem Grunde nach besteht aber auch die Möglichkeit, zeitgleich zum einen mit der Pumpeneinrichtung den hydraulischen Kreis zu versorgen und dabei die Prüfmessung auf Tauglichkeit der Pumpeneinrichtung vorzunehmen.

Wenn die Messung durchgeführt wird, steht kein Volumenstrom für die Funktion der Anlage zur Verfügung. Daher wird ein Freigabesignal der Anlage zum Durchführen der Messung benötigt. Dieses Signal kann über eine geeignete Schnittstelle übertragen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das System versucht, geeignete Zeiten für die Messung autonom zu bestimmen. Dies kann beispielsweise auf der Analyse von Arbeitszyklen beruhen.

Die Prüfvorrichtung lässt sich mit einfach gehaltenen Ventilkomponenten realisieren, wobei für sehr hohe Betriebsdrücke und Volumenströme es vorgesehen sein kann, mehrere Steuerventile zum Einsatz zu bringen, von denen ein Steuerventil ein sogenanntes Eogikventil ist. Die Prüfvorrichtung kann kontinuierlich während oder nach Abschalten der Hydraulikfunktion Anwendung finden; es besteht aber auch die Möglichkeit, in größeren diskreten Zeitabständen, beispielsweise alle 14 Tage oder einmal im Monat, mindestens einen Prüfschritt im skizzierten Rahmen zu veranlassen.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung anhand zweier Ausführungsbeispiele nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung in der Art von hydraulischen Schaltplänen die

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung; und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 1 gezeigte Prüfvorrichtung ist an eine fluidische Pumpeneinrichtung 10 angeschlossen. Bei der Pumpeneinrichtung 10 handelt es sich um eine übliche Hydropumpe nach dem Verdrängerprinzip, deren mögliches Fördervolumen vorgebbar ist. Insoweit kann es sich also um eine Konstantpumpe oder um eine Pumpe mit einstellbarem Fördervolumen handeln. Insoweit ist die Pumpendrehzahl der Pumpeneinrichtung 10 bekannt, die zu einem definierten Fluid-Volumenstrom auf der Abgabeseite 12 der Pumpeneinrichtung 10 führt. Die von einer Antriebseinrichtung, wie einem Motor (nicht dargestellt), antreibbare Pumpeneinrichtung 10 entnimmt das Fluid regelmäßig in Form eines Hydraulikmediums von der Niederdruckseite eines hydraulischen Kreislaufsystems 14, das in der Fig. 1 nur teilweise dargestellt ist, wobei im vorliegenden Fall das Fluid aus einem Tank 16 in üblicher weise entnommen wird. An das hydraulische Kreislaufsystem 14 sind auf dessen Verbraucherseite 18 in üblicher und daher nicht mehr näher beschriebener Art und Weise hydraulische Verbraucher angeschlossen, wie beispielsweise hydraulische Arbeitszylinder. Zwischen der Pumpeneinrichtung 10 und der Verbraucherseite 18 ist als Ganzes die Prüfvorrichtung geschaltet, die in Blockdarstellung 20 prinzipiell wiedergegeben ist. So weist die Prüfvorrichtung eine Druckbeeinflussungseinrichtung 22 in Form einer konstanten Blende 24 auf. Die Auswahl der Blende hängt vom Volumenstrom ab und die Blende wird so gewählt, dass man mit dem Druck bevorzugt in den Bereich von über 50Prozent des maximalen Pumpendrucks kommt. Neben der Verwendung einer konstanten Blende 24 kann man auch eine einstellbare Blende verwenden; diese muss jedoch in der Messstellung blockierbar sein. Die Druckbeeinflussungseinrichtung 22 respektive die Blende 24 ist ausgangsseitig auf die Niederdruckseite des hydraulischen Kreislaufsystems 14 geschaltet und mündet insoweit wiederum in den Tank 16 aus oder in einen weiteren Tank. Die Eingangsseite der Druckbeeinflussungseinrichtung 22 ist auf den Ausgang einer Ventileinrichtung 26 geführt, die im vorliegenden Fall als elektromagnetisch schaltbares 3/2-Wegeventil 28 ausgebildet ist. In der in Fig. 1 gezeigten Schaltstellung der Ventileinrichtung 26 sind die an die Verbraucherseite 18 angeschlossenen hydraulischen Verbraucher des Kreislaufsystems 14 in fluid- oder medienführender Weise mit dem druckversorgenden Ausgang der Pumpeneinrichtung 10 verbunden. Wird die Ventileinrichtung 26 geschaltet, wird die Fluidversorgung zur Verbraucherseite 18 unterbunden und im Nebenzweig wird die Druckbeeinflussungseinrichtung 22 in Form der Messblende 24 mit Druckmedium der Pumpeneinrichtung 10 versorgt.

Zwischen der Pumpeneinrichtung 10 und der Ventileinrichtung 26 ist in die dahingehende Zulaufleitung 30 als Teil des Kreislaufsystems 14 eine Auswerteeinrichtung 32 in Form eines Drucksensors 34 geschaltet. Die erfassten Messdaten des Drucksensors 34 gelangen an einen Mikrocontroller 36, der als Computer die dahingehenden Messdaten erfasst und gegebenenfalls weiter auswertet, wobei die dahingehenden Auswertedaten an eine Kommunikationseinrichtung 38 weitergeleitet werden, die, vorzugsweise in Form einer IO-Link-Schn ittstel le (IOE), eine Schnittstelle zu einer fluidisch antreibbaren Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) bildet, deren Komponenten zumindest teilweise und sofern fluidisch antreibbar an die Verbraucherseite 18 des Druck-Kreislaufsystems 14 angeschlossen sind.

In zeitlich diskreten Abständen wird nach Abschalten der hydraulischen Verbraucher mittels der Ventileinrichtung 26, der Druckabfall über die Messblende 24 mittels des Drucksensors 34 gemessen und die Daten vom Mikrocontroller 36 entsprechend ausgewertet und über die Schnittstelle 40 an eine weitere Auswerteeinheit, beispielsweise im Rahmen einer Maschinensteuerung weitergeleitet. Da die Drehzahl der Pumpeneinrichtung 10, die mittels der nicht näher dargestellten Antriebseinheit antreibbar ist, bekannt ist und damit auch deren Volumenstrom auf ihrer Abgabeseite 12, ist der Druckabfall im Betrieb der Pumpeneinrichtung 10 an der Druckbeeinflussungseinrichtung 22 bekannt, wobei ein entsprechender Norm-Druckabfall dem Neu-Betriebszustand der Pumpeneinrichtung 10 entspricht, der entweder bei der Inbetriebnahme ermittelt oder vorgegeben werden kann. Kommt es dann über die Einsatzdauer der Pumpeneinrichtung 10 im Betrieb der Prüfvorrichtung zu niedrigeren Druckabfall werten, erlaubt dies einen Rückschluss auf die nicht mehr vollständig vorhandene Funktionsfähigkeit der Pumpeneinrichtung 10. Da man aufgrund von Erfahrungswerten den Bereich des möglichen Druckabfalls bei Funktionsaufnahme einer Neu- Pumpe kennt, kann dergestalt auch von Anfang an eine nicht-funktionsfähige Pumpeneinrichtung 10 erkannt werden.

Demgemäß kann die Auswerteeinrichtung 32 auch Druckwerte abspeichern, die sich aus der Erfahrung mit solchen hydraulischen Kreil auf Systemen ergeben und derart gewonnene Systemwerte als „Gutwerte" erfassen. Kommt es zu einem Abfall über einem vorgebbaren Druck-Schwellenwert im Betrieb der Pumpeneinrichtung 10 kann die Auswerteeinrichtung 32 dies als „Schlechtwerte" erkennen und über die entsprechende Kommunikationseinrichtung 38 eine Fehlfunktion der Pumpeneinrichtung 10 dem Betreiber der Maschinenanlage angeben, auch im Rahmen der bereits beschriebenen Ampeldarstellung.

Im Folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels nach der Fig. 2 näher erläutert. Dabei werden die dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 entsprechenden Bauteile mit denselben Bezugszeichen wiedergegeben und die insoweit bisher getroffenen Ausführungen gelten auch für die Ausführung nach der Fig. 2.

Die Prüfvorrichtung nach der Fig. 2 weist wiederum eine Pumpeneinrichtung 10 auf, die Fluid aus einem Tank 16 entnimmt und die mit ihrer Abgabeseite 12 an einen Knotenpunkt A' angeschlossen ist. Der Knotenpunkt A' ist des Weiteren einmal fluidführend mit der Eingangsseite P eines 4/2- Wegeventiles 42 verbunden, das ein Steuerventil ausbildet. Ferner ist der Knotenpunkt A' mit der Eingangsseite eines in üblicher Weise aufgebauten Logikventiles 44 verbunden und ferner führt eine Fluidleitung zu der Druckbeeinflussungseinrichtung 22 wiederum in Form einer Messblende 24. Die Ausgangsseite B des Logikventiles 44 ist an das hydraulische Kreislaufsystem 14 angeschlossen, das mit der Verbraucherseite 18 abschließt. Ferner weist das Logikventil 44 einen Steueranschluss C auf, der mit seinem Steuerdruck in Verbindung mit einem Energiespeicher D in Form einer Druckfeder zusammenwirkend den gestuft ausgebildeten Steuerkolben 46 des Logikventils 44 ansteuert. Ausgehend vom Steueranschluss C, der wiederum eine Knotenstelle 47 ausbildet, führt eine Fluidleitung zur Ventilanschlussseite A und mithin auf einen Ausgang des Steuerventils 42. Dessen weitere Ausgangs- oder Anschlussseite B ist fluidführend zu einer Blindanschlussstelle Z1 geführt.

Weiter führt der Knotenpunkt 47 des Steueranschlusses C über eine Verbindungsstelle Z2 eines Ventilblockes 48 zu einem entsperrbaren Rückschlag- ventil 50 mit seiner Anschlussstelle 3 als Entsperreingang für das Rückschlagventil 50. Auf seiner Eingangsseite 1 ist das Rückschlagventil 50 fluidführend an die Messblende 24 angeschlossen und an seiner Ausgangsseite 2 führt über einen zugehörigen Knotenpunkt 52 eine Fluidleitung zur Tankseite T respektive zum Tank 16. Des Weiteren ist der Knotenpunkt 52 in Verlängerung auf die mit T bezeichnete Eingangsseite des Steuerventils 42 geführt.

In der Fig. 2 ist das Steuerventil 42 in seiner federbelasteten Ausgangsstellung gezeigt und nimmt in Blickrichtung auf die Fig. 2 gesehen seine rechte Schaltstellung ein, sofern die elektromagnetische Betätigungseinheit b bestromt wird. Des Weiteren ist vor und hinter der Messblende 24 in die dahingehende Kreislaufführung 14 ein Drucksensor 54, 56 geschaltet. Auf den Ventilblock 48, in Form der Blockdarstellung 20, kann ein Deckel 58 aufgesetzt sein mit Anschlussstellen X, Y. Dergestalt ist mit der Eösung nach der Fig. 2 eine Prüfvorrichtung realisiert für Volumenströme durchaus in der Größenordnung bis 1000 l/min. und Drücken bis 500 bar. Höhere Anwendungswerte sind hier möglich. Durch den blockartigen Aufbau von Ventilblock 48 mit Deckel 58 sowie anschließbarem Steuerventil 42 und anschließbaren Drucksensoren 54, 56 ist ein modulartiger Aufbau realisiert, der sich leicht an die Gegebenheiten bei Maschinen jeder Art anpassen lässt. Neben dem Eogikventil 44 und dem Steuerventil 42 bildet das Rückschlagventil 50 ein weiteres Steuerventil aus, das für einen sinnfälligen Betrieb der Prüfvorrichtung notwendig ist.

Im Normalbetrieb ist das Eogikventil 44 rückseitig druckentlastet gegenüber dem Tankanschluss T respektive dem Tank 16, sofern das Steuerventil 42 seine in der Fig. 2 dargestellte Schaltstellung einnimmt. Ist die Pumpeneinrichtung 10 dann in Betrieb, fließt deren gesamter Volumenstrom bei geöffnetem Steuerkolben 46 von dem Knotenpunkt A' über die Ausgangsseite B zu den hydraulischen Verbrauchern auf der Verbraucherseite 18 hin ab. Insoweit wird also der komplette Volumenstrom über das vorzugsweise als Cartridge-Lösung ausgebildete Logikventil 44 zur Arbeitshydraulik geleitet.

Für einen Messbetrieb hingegen wird das Steuer- oder Pilotventil 42 in seine rechte Position geschaltet und der Pumpendruck der Pumpeneinrichtung 10 gelangt über die Ausgangsseite A des Ventiles 42 und über den Steueranschluss C auf die Rückseite des Steuerkolbens 46 des Ventiles 44 mit der Folge, dass unter Mitwirkung des Druckfeder-Energiespeichers D das Logikventil 44 schließt respektive die Verbindung zwischen Knotenpunkt A' und Ausgangsseite B unterbunden ist. Mithin steht der im Steueranschluss C herrschende Steuerdruck über die Verbindungsstelle Z2 auch auf der Steueranschlussstelle 3 des entsperrbaren Rückschlagventiles 50 an und öffnet dieses. Es fließt dann der komplette Volumenstrom von der Pumpeneinrichtung 10 stammend über die Messblende 24 sowie Eingangsseite 1 und Ausgangsseite 2 des Rückschlagventiles über den Knotenpunkt 52 zur Tankanschlussstelle T respektive zum Tank 16. Dabei wird wiederum der Druckabfall an der Messblende 24 über die beiden Sensoren 54, 56 de- tektiert und eine Prüfauswerteabfolge wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 beschrieben, durchgeführt.

Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung kann praktisch bei allen hydraulischen Antriebssystemen zur Anwendung kommen. Sie empfiehlt sich insbesondere bei solchen Antrieben, bei deren unvorhergesehenem Ausfall hohe Folgekosten durch den Stillstand entstehen, obwohl der hydraulische Antrieb eventuell nur Nebenfunktionen versorgt, wie beispielsweise in Werkzeugmaschinen, Windkraftanlagen oder der Schmierstoffversorgung großer Turbinen. Insbesondere die Lösung nach der Fig. 2 erlaubt eine Vielzahl von Anpassungsmöglichkeiten, da man dem Grunde nach die Ventile 42 und 50 sowie die Sensoren 54, 56 von ihrer Auslegung unverändert lassen kann und nur der Ventilblock 48 nebst dem zugehörigen Logikventil 44 sind von der Größe her, je nach Anwendungsfall, volumetrisch anzupassen. Insgesamt lässt sich mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung ein rasch ansprechendes Überwach ungssystem für die Funktionsfähigkeit hydraulischer Pumpeneinrichtungen schaffen. Demnach vergleicht die Auswerteeinrichtung den erfassten Druckabfall sinngemäß mit einem gespeicherten Norm-Druckabfall und schließt bei einem niedrigerem Druckabfall wert auf eine nicht mehr vollständig vorhandene Funktionsfähigkeit der jeweiligen Pumpeinrichtung.

Die in Fig. 1 insoweit gezeigte sogenannte Pumpen Condition Monitoring- Einheit (PCM) ist als Adapter zur Montage zwischen der Hydraulikpumpe 10 und einem hydraulischen Kreislaufsystem 14 vorgesehen. Die PCM-Ein- heit erlaubt es bei kurzzeitiger Entkopplung der Pumpe 10 vom System 14 nach Freigabe, durch Aufschalten der Pumpe 10 auf die Messblende 22, 24 die Leistungsfähigkeit der Pumpe 10 zu erfassen. Bei gleicher Pumpendrehzahl und Arbeitspunkt der Pumpe 10 kann durch Erfassen des Arbeitsdruckes der Pumpenzustand „gemessen" werden. Dazu wird der im Neuzustand der Pumpe 18 gemessene sogenannte Teachdruck mit dem aktuell erfassten Druck verglichen und die Veränderung bewertet. Unter Berücksichtigung einer Temperaturkorrektur kann so der aktuelle Wirkungsgrad bzw. der prozentuale Verschleiß der Pumpe 18 erfasst werden. Die Angabe „Teachen" steht dabei für den Vorgang des „Einlernens" mit der PCM-Ein- heit.

Der Testmodus wird über Anforderung per IOL oder SPS ausgelöst und startet den automatischen Ablauf. Per Statusausgang meldet die PCM-Einheit den Status „Test läuft". Nach erfolgtem Test kann das Ergebnis als Teach- wert (Referenz) per Befehlsgabe übernommen werden. Um die Temperaturabhängigkeit je nach Pumpentyp, Öltyp usw. zu erfassen, muss ein Teachen bei anderer Temperatur zeitnah zum ersten Teachen vorgenommen werden. Je nach Testergebnis und Schwellwertvorgabe ergibt sich der Status, der als Statusanzeige über eine LED-Ampel, binär codiert über die Status-Ausgänge ausgegeben wird und über IOL abrufbar bereitgestellt wird. Über 4...20 mA oder 0...10V Ausgang wird der Druckwert des internen Druckmessumformers (HPI-DMU) ausgegeben.

Die PCM-Einheit kann insoweit in zwei Modi betrieben werden:

- Ansteuerung über IO-Link, Smart Funktionen

- Ansteuerung über SPS-IO's, Smart-Funktionalitäten über IOL-A auslesbar und konfigurierbar.

Die Vorgabe über IOL oder SPS werden gleichwertig behandelt.

Um wie dargelegt eine Temperaturkompensation vornehmen zu können, werden zwei Teachwerte aufgenommen, die bei unterschiedlichen Temperaturen erfasst werden.

Das zweite Teachen muss bei anderer Temperatur im typischen Betriebstemperaturbereich durchgeführt werden, die bevorzugt nur wenige Betriebsstunden nach dem ersten Teachen vorgenommen werden soll. Über die Differenz bei etwa gleichem Zustand der Pumpe 10 wird das Temperaturverhalten im engen Temperaturbereich ermittelt und damit im Betrieb in entsprechenden Grenzen kompensiert.

Beispielsweise soll bei einem typischen Betriebstemperaturbereich zwischen 40 bis 60°C ein Teachen bei beispielsweise 45°C und 55°C vorgenommen werden, was einen Teachmittelwert von 50°C ergibt, der als Referenzwert gespeichert wird. Zum jeweiligen Teachen gehören demgemäß zwei Werte-Paare, die gespeichert werden. Die Testwerte in Folge, werden dann auf die mittlere Teachtemperatur bezogen kompensiert. Aus diesen beiden Messungen wird der typische Kompensationsfaktor ermittelt, um eine Kompensation im Temperaturbereich +/- 15°C um die ermittelten Teachtemperaturen zu ermöglichen.

Der prozentuale Verschleiß V bezogen auf den Ausgangszustand lässt sich dann wie folgt ermitteln:

Mit Hilfe der beiden Wertepaare aus dem Teachen

Teachpunkt l : Druck: PT 1 (bar) bei Temperatur: TT1 (K)

Teachpunkt 2: Druck: PT2 (bar) bei Temperatur: TT2 (K) erhält man den Kompensationsfaktor komp komp= (PT1-PT2) / (TT1-TT2) bar/K und die Teach-Mittel werte für Druck und Temperatur

PTM = (PT1 + PT2) / 2

TTM = (TT1 +TT2) / 2

Führt man nun einen Test durch, so ergibt sich daraus ein Wertepaar für Druck und Temperatur

Druck: PTest (bar) Temperatur: TTest (K)

Mit diesen beiden Werten kann man nun den prozentualen Verschleiß V der Pumpe wie folgt ermitteln: . Man berechnet den kompensierten Testdruck = Testdruck bei Temperatur TTM

PTest(komp)= PTest - komp* (TTest-TTM) . Daraus erhält man den prozentualen Verschleiß V (%) der Pumpe

V = (PTM-Ptest(komp) ) /PTM*100% Im Rahmen einer Plausibilitätsprüfung sollte, um eine gute Erfassungsgenauigkeit des Pumpenzustandes zu ermöglichen, der Testdruck im Neuzustand zwischen 70 und 85 Prozent Förderstrom des maximalen Pumpenarbeitsdruckes liegen. Die im Block nach der Fig. 1 gewählte Blende 22, 24 muss dies sicherstellen. In jedem Fall sollte der Blendendruck dabei mit sicherem Abstand unter dem Ansprechdruck der Druckbegrenzungsfunktion liegen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1 . Prüfvorrichtung für eine fluidische Pumpeneinrichtung (10), die von einer Antriebseinrichtung antreibbar ist und deren Pumpendrehzahl bekannt ist, die zu einem definierten Fluid-Volumenstrom auf der Abgabeseite (12) der Pumpeneinrichtung (10) führt, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Volumenstrom zumindest zeitweise über eine Druckbeeinflussungseinrichtung (22) geführt ist, die im Betrieb der Pumpeneinrichtung (10) einen Druckabfall bewirkt, mit dessen Abnahme eine Auswerteeinrichtung (32) eine Aussage über eine verminderte Funktionsfähigkeit der Pumpeneinrichtung (10) ermöglicht.

2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeeinflussungseinrichtung (22) eine Messblende (24) und die Auswerteeinrichtung (32) mindestens einen Drucksensor (34; 54, 56) aufweist.

3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeeinflussungseinrichtung (22) mit ihrer Eingangsseite, zumindest zeitweise, an eine Hochdruckseite eines Versorgungskreislaufes (14), insbesondere an den Fluidausgang (12) der Pumpeneinrichtung (10) und mit ihrer Ausgangsseite an eine Niederdruckseite dieses Kreislaufes (14), insbesondere an einen Tank (16) angeschlossen ist.

4. Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckbeeinflussungseinrichtung (22) und der Niederdruckseite eine Ventileinrichtung (50) geschaltet ist und/oder, dass die Ventileinrichtung (50) selbst zumindest teilweise Bestandteil der Druckbeeinflussungseinrichtung (22) ist. Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckbeeinflussungseinrichtung (22) und der Hochdruckseite eine Ventileinrichtung (26) geschaltet ist und/oder dass die Ventileinrichtung (26) selbst zumindest teilweise Bestandteil der Druckbeeinflussungseinrichtung (22) ist. Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Drucksensors (34; 54, 56) erfassten Druckwerte an einen Mikrocontroller ( /C) als Teil der Auswerteeinrichtung (32) zur Verarbeitung weitergeleitet sind und dass mittels einer Kommunikationseinrichtung (38), vorzugsweise in Form einer IO-Link-Schnittstel le (IOL), eine Schnittstelle (40) zu einer fluidisch antreibbaren Arbeitsmaschine, wie einer Werkzeugmaschine geschaffen ist, die bei Abnahme der Funktionsfähigkeit der Pumpeneinrichtung (10) über den Mikrocontroller ( /C) ein Signal erhält. Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (26) ein Steuerventil, wie ein 3/2-Wege-Schaltventil (28) oder ein Logikventil (44) aufweist, das von einem weiteren Steuerventil (42), wie einem 4/2-Wege-Schalt- ventil angesteuert selbst ein drittes Steuerventil ansteuert, wie ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil (50). Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ventilstellung der Ventileinrichtung (26) der hydraulische Versorgungskreislauf (14), insbesondere die Arbeits- Maschine mit einem Fluid von der Pumpeneinrichtung (10) versorgt ist, und dass in einer weiteren Ventilstellung dieser Ventileinrichtung (26) die Versorgung des Versorgungskreislaufes (14) unterbrochen und demgegenüber eine Sensorstrecke versorgt ist, die die Druckbeeinflussungseinrichtung (22) aufweist und die zur Niederdruckseite, insbesondere zum Tank (16) hin, ausmündet. 19 Verfahren zum Betrieb einer Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Pumpeneinrichtung (10) bekannt ist, die zu einem definierten Volumenstrom führt, und dass bei einem niedrigeren Druckabfall gegenüber einem früheren, größeren Druckabfall an der Druckbeeinflussungseinrichtung (22) die Auswerteeinrichtung (32) als Förderverlust der Pumpeneinrichtung (10) und damit als Beeinträchtigung ihrer Funktionsfähigkeit erkennt. Verfahren zum Betrieb einer Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (32) zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit die gemessenen Druckdifferenzwerte mit einem Normalwert vergleicht, der entweder aus der Erfahrung als Werksvorgabe vorgegeben wird oder individuell bei der Inbetriebnahme ermittelt und abgespeichert wird und dass, sofern die ermittelte Abweichung einen vorgebbaren Schwellenwert übersteigt, die Pumpeneinrichtung (10) als schlecht respektive funktionseingeschränkt oder -unfähig erkannt wird. Verfahren zum Betrieb einer Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung ausschließlich im Nebenschluss betrieben wird, so dass mit dem Abschalten der Hauptfunktion für die hydraulischen Verbraucher im Nebenzweig eine Testmessung respektive Prüfung der Pumpeneinrichtung (10) durchgeführt wird, und dass die Abschaltung der Hauptfunktion der Prüfvorrichtung über eine Schnittstelle signalisiert wird und so eine Freigabe für die Prüfung erfolgt.