Verfahren zur Kompensierung von Pumpenverschleiß

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensierung von Pumpenverschleiß.

Für die Lackiererei wird in der Industrie häufig die Pumpe als Mengendosierungssystem verwendet. Die Genauigkeit der Dosierpumpen hat einen sehr großen Einfluss auf die Lackierqualität, da mit dem Lackaustrag die aufgebrachte Schichtdicke direkt beein- flusst wird. Bisher wird bei den Anwendern der Pumpenverschleiß vorzugsweise über die Betriebsstunden der Pumpe nach Herstellerangaben, durch den Einsatz zusätzlicher Messeinrichtungen, wie z.B. einer Durchflussmesszelle oder beim Auftreten von Unge- nauigkeiten im Zuge des Ausliterns ermittelt. Wird festgestellt, dass der Pumpenverschleiß zu hoch ist, so dass keine zufrieden stellende Lackierqualität mehr gewährleistet werden kann, kann die Austragsmenge durch einen Pumpenfaktor manuell korrigiert werden. Ist über den Pumpenfaktor keine ausreichende Korrektur mehr möglich, muss die Pumpe gewartet oder ersetzt werden. Eine derartige Vorgehensweise ist mit hohen Kosten verbunden.

In der Industrie ist es wünschenswert, eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke auf einem Werkstück zu erreichen und die Betriebskosten möglichst gering zu halten.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kompensierung von Pumpenverschleiß anzugeben, mit dem eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke auf einem Werkstück gewährleistet werden kann, und mit dem die Betriebskosten gesenkt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Kompensierung von Pumpenverschleiß, bei dem auf Basis eines Kennlinienfeldes, das über Versuche ermittelt wird, möglichen Druckverläufen über Schwellenwerte ein Pumpenfaktor zugeordnet wird. Der Pumpenfaktor korrigiert die gegenüber der Nennleistung der Pumpe auftretende Abweichung über die Anzahl der Umdrehungen je Fördereinheit, wobei bei Unterschreiten eines Soll-Fluidmengenaustrags durch Erhöhen des Pumpenfaktors die aktuelle Pumpendrehzahl erhöht wird, so dass der aktuelle Fluidmengenaustrag, vorzugsweise identisch zum Soll-Fluidmengenaustrag, angehoben wird.

Diese Lösung hat den Vorteil, dass der Verschleiß einer Pumpe in gewisse Grenzen kompensiert wird. Somit kann eine gleichmäßige Schichtdicke auf einem Werkstück über eine längere Betriebszeit der Pumpe gewährleistet werden. Eine teure Wartung der Pumpe oder gar ein Ersatz der Pumpe kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verzögert werden. Es hat sich herausgestellt, dass bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Wartung der Pumpe oder ein Ersatz der Pumpe um ca. 10 % verzögert werden kann. Dies wirkt sich positiv auf die Betriebskosten aus.

Vorteilhaft kann es sein, wenn der aktuelle Fluidmengenaustrag durch Auslitern bestimmt wird. Auf diese Weise kann der Pumpenverschleiß noch genauer bestimmt werden und somit mit der Kompensierung des Pumpenverschleißes noch eher begonnen werden.

Wenn das Fluid ein Lack ist, ist eine noch genauere Beschichtung eines Werkstückes möglich.

Günstig kann es zudem sein, wenn der Lack ein Hydrolack ist, da sich auf Grund der starken Abnutzung der Pumpe durch diesen Lack eine Kompensierung des Pumpenverschleißes durch das erfindungsgemäße Verfahren noch günstiger auf die Kosten auswirkt.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung können der oder die Druckverläufe in regelmäßigen Intervallen bestimmt werden. Dadurch kann der Pumpenverschleiß noch genauer bestimmt und noch besser kompensiert werden.

Alternativ können der oder die Druckverläufe auch kontinuierlich - insbesondere in Lackierpausen, bei Produktionsunterbrechungen, bei Farbwechseln, bei Spül- und Reinigungsprozessen - bestimmt werden. Somit ist eine noch genauere Kompensierung des Pumpenverschleißes möglich.

Zudem kann es sich als günstig erweisen, wenn zur Bestimmung des Pumpenverschleißes ein zeitabhängiger Druckverlauf in Förderrichtung vor und/oder nach der Pumpe ermittelt wird. Dies führt zu einer noch besseren Kompensierung des Pumpenverschleißes.

Günstig kann es zudem sein, wenn der zeitabhängige Duckverlauf am Pumpenausgang gemessen wird. Somit ist eine noch genauere Ermittlung des Fluidmengenaustrags möglich.

Vorteilhafterweise kann der zeitabhängige Druckverlauf am Pumpenausgang ein Maß für Leckageströme in der Pumpe und den Verschleiß der Pumpe sein. Auf diese Weise ist eine noch genauere Ermittlung des Pumpenverschleißes möglich.

Es kann sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn durch Vergleich des zeitlichen Druckverlaufs in Förderrichtung vor und/oder nach der Pumpe mit vordefinierten Soll-Kennlinien und/oder vorgegebenen Toleranzgrenzen der maximal zulässige Verschleiß überwacht wird, da somit die Kompensierung des Verschleißes noch genauer erfolgen kann.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann beim Abweichen des gemessenen zeitlichen Druckverlaufs von der Soll-Kennlinie des Pumpenausgangsdrucks über die vorgegebenen Toleranzgrenzen der maximal zulässige Verschleiß der Pumpe überschritten sein.

Wenn die Soll-Kennlinien und/oder die Toleranzgrenzen vom eingestellten Pumpenfaktor abhängen, ist eine noch bessere Pumpenverschleißkompensierung möglich.

Wenn der zeitabhängige Druckverlauf mehrfach mit verschiedenen Pumpeneingangsdrücken gemessen wird, kann der Pumpenverschleiß noch genauer ermittelt werden.

Zudem kann es sich als günstig erweisen, wenn das Abweichen des gemessenen zeitabhängigen Druckverlaufs von der Soll-Kennlinie und/oder den Toleranzgrenzen visuell und/oder akustisch angezeigt wird. Dadurch kann der Pumpenverschleiß noch leichter erkannt werden.

Wenn die überwachungsergebnisse mit Hilfe eines Rechners und eines Programms erfasst, gespeichert, visualisiert, ausgewertet und/oder überwacht werden, ist eine noch genauere Erfassung des Pumpenverschleißes möglich.

Vorteilhafterweise kann der Rechner die zur Kompensierung des Pumpenverschleißes notwendige Pumpendrehzahl ermitteln. Auf diese Weise kann der Pumpenverschleiß noch besser kompensiert werden.

Günstig kann es zudem sein, wenn die zur Kompensierung des Pumpenverschleißes notwendige Pumpendrehzahl auf einem Bildschirm angezeigt wird, da dadurch das Verfahren noch leichter durchgeführt werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann die Pumpendrehzahl automatisch korrigiert werden, wodurch der Pumpenverschleiß noch besser kompensiert werden kann.

Von Vorteil kann es zudem sein, wenn die Korrektur der Pumpendrehzahl während des Betriebs der Pumpe durchgeführt wird. Auf diese Weise ist eine noch größere Zeitersparnis und eine damit verbundene Kostensenkung möglich.

Alternativ kann das Verfahren auch in Lackierpausen angewendet werden, was ebenfalls zu einer Kostensenkung führt, da keine unnötigen Standzeiten der Pumpe benötigt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Verfahren beim Farbwechsel und/oder während der Spülprozesse durchgeführt werden. Dies wirkt sich ebenfalls positiv auf die Kosten aus, da auch hier unnötige Standzeiten der Pumpe vermieden werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zur Verschleißüberwachung einer Pumpe,

Fig. 2 eine Graphik, in der der Druck p in Abhängigkeit von der Zeit t für verschiedene Verschleißzustände einer Pumpe, eine Soll-Kennlinie, Toleranzgrenzen und ein Pumpeneingangsdruck dargestellt sind, und

Fig. 3 eine Graphik, in der die Toleranzgrenzen für zwei verschiedene Pumpenfaktoren dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine Pumpe 1 , einen Drucksensor 2, der in Förderrichtung F vor der Pumpe 1 angeordnet ist, einen Drucksensor 3, der in Förderrichtung F nach der Pumpe 1 angeordnet ist, einen Druckregler 4, ein Lackapplikationsgerät 5 mit einer Hauptnadel 5A, einen Rechner 6 und einen Bildschirm 7.

Bei dem Lackapplikationsgerät 5 kann es sich z.B. um eine Spritzdüse, einen Airzerstäuber, einen Hochrotationszerstäuber, eine Glocke oder einen Teller einer elektrostatischen Lackauftragsvorrichtung handeln. Bei der Pumpe handelt es sich um eine Dosierpumpe bzw. eine Standarddosierpumpe, was allerdings nicht zwingend notwendig ist.

Fig. 2 zeigt einen Pumpeneingangsdruck 8, einen Pumpenausgangsdruck 9, bei dem der Pumpenverschleiß noch in Ordnung ist, einen Pumpenausgangsdruck 10, bei dem der Pumpenverschleiß nicht mehr in Ordnung ist, eine Soll-Kennlinie 11 , eine untere Toleranzgrenze 12 und eine obere Toleranzgrenze 13, die sich auf einen ersten Pumpenfaktor beziehen. Der Bereich zwischen den beiden Toleranzgrenzen 12 und 13 wird auch als Soll-Kennfeld bezeichnet. Weiterhin ist noch ein Pumpenausgangsdruck 16 dargestellt, dessen Druckverlauf sich zwischen der Soll-Kennlinie 11 und dem oberen Toleranzwert 13 befindet. Darauf wird später noch genauer eingegangen.

In Fig. 3 ist die untere Toleranzgrenze 12 und die obere Toleranzgrenze 13, die sich auf einen ersten Pumpenfaktor beziehen, dargestellt. Darüber hinaus ist noch eine weitere untere Toleranzgrenze 14 und eine weitere obere Toleranzgrenze 15 dargestellt. Die Toleranzgrenzen 14 und 15 beziehen sich auf einen zweiten Pumpenfaktor. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist der Bereich zwischen den Toleranzgrenzen 14 und 15 gegenüber dem Bereich zwischen den Toleranzgrenzen 12 und 13 zu einem größeren Druckbereich verschoben. Darauf wird später ebenfalls noch näher eingegangen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kompensierung von Pumpenverschleiß wird ein aktueller Pumpenfaktor und ein Druckverlauf ermittelt. Bei Unterschreiten einer Grenze des Druckverlaufs wird durch Anpassen des Pumpenfaktors die Pumpendrehzahl korrigiert. Auf diese Weise kann der aktuelle Fluidmengenaustrag im Idealfall identisch zum Soll-Fluidmengenaustrag angehoben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet zur Kompensierung von Pumpenverschleiß bei Pumpen, die Lack fördern. Das Verfahren ist allerdings auch für Pumpen geeignet, die andere Fluide, wie z.B. Lösungsmittel, fördern. Insbesondere bei Pumpen, die Hydrolack fördern, ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft. Durch die Verwendung von Hydrolack ist der Pumpenverschleiß besonders hoch. Dadurch kann durch das erfindungsgemäße Verfahren, mit dem der Pumpenverschleiß kompensiert werden kann, besonders günstig zur Kostensenkung beitragen.

Zur Bestimmung des Pumpenverschleißes wird der zeitabhängige Druckverlauf 9, 10, 16 am Pumpenausgang gemessen. Je nach den Erfordernissen kann der zeitabhängige Druckverlauf auch in Förderrichtung vor der Pumpe 1 oder vor und nach der Pumpe 1 ermittelt werden. Der zeitabhängige Druckverlauf 9, 10, 16 am Pumpenausgang ist hier ein Maß für Leckageströme in der Pumpe 1 und den Verschleiß der Pumpe 1.

Durch Vergleich des zeitlichen Druckverlaufs 9, 10, 16 mit vordefinierten Soll-Kennlinien (in Fig. 2 ist nur eine Soll-Kennlinie 11 dargestellt), die sich zwischen den Toleranzgrenzen 12 und 13 bzw. den Toleranzgrenzen 14 und 15 befinden, wird der maximal zulässige Verschleiß überwacht. Wie in Fig. 2 dargestellt, steigt die Kurve 10 sehr schnell an und nähert sich schnell dem Pumpeneingangsdruck 8 an.

Die Kurve 10 liegt wesentlich über der vordefinierten Soll-Kennlinie 11 , die den maximal zulässigen Verschleiß der Pumpe 1 darstellt. Darüber hinaus liegt die Kurve 10 auch wesentlich über der oberen Toleranzgrenze 13. Innerhalb der unteren Toleranzgrenze 12 und der oberen Toleranzgrenze 13 kann durch Anpassen des Pumpenfaktors der aktuelle Fluidmengenaustrag, d.h. die Fördermenge der Pumpe durch Veränderung des Pumpenfaktors nachjustiert werden. Entsprechendes gilt für den Bereich zwischen den Toleranzgrenzen 14 und 15. Je nach den Gegebenheiten kann es auch sinnvoll sein, dass die Toleranzgrenzen 12, 13, 14, 15 den maximal zulässigen Pumpenverschleiß definieren und die Toleranzgrenzen 12, 13, 14, 15 zur Verschleißüberwachung verwendet werden.

Da sich die Kurve 10 jedoch weit außerhalb des Bereiches zwischen den Toleranzgrenzen 12 und 13 befindet, in dem der Pumpenverschleiß kompensiert werden kann, ist in diesem Fall eine Wartung der Pumpe oder sogar ein Austauschen der Pumpe nötig.

Anders verhält es sich bei dem Kurvenverlauf 9, der ebenfalls in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Kurvenverlauf 9 liegt unterhalb der Soll-Kennlinie 11 , d.h. der Pumpenverschleiß ist noch in einem annehmbaren Rahmen. In diesem Fall muss noch nichts unternommen werden. Mit steigender Laufzeit der Pumpe wird auch der Pumpenausgangsdruck 9 ansteigen. Der Kurvenverlauf der Kurve 16 befindet sich zwischen der Soll-Kennlinie 11 und der oberen Toleranzgrenze 13. Obwohl in diesem Fall der maximale Pumpenverschleiß, der durch die Soll-Kennlinie 11 angezeigt wird, bereits überschritten ist, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dennoch möglich, durch Erhöhung der Pumpendrehzahl bzw. des Pumpenfaktors den Pumpenverschleiß zu kompensieren. Der Zeitpunkt für eine teure Wartung der Pumpe oder gar einen Austausch der Pumpe kann noch verzögert werden. Es hat sich gezeigt, dass die Pumpe ca. 10 % länger verwendet werden kann als ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die in Fig. 3 dargestellten Toleranzgrenzen 12, 13, 14, 15 bzw. die von ihnen eingeschlossenen Soll-Kennfelder hängen vom eingestellten Pumpenfaktor bzw. der Pumpendrehzahl ab. Je höher der Pumpenfaktor ist, umso weiter sind die Toleranzgrenzen 12, 13, 14, 15 zu einem größeren Druck hin verschoben. In der Fig. 3 beziehen sich die Kurven 12 und 13 auf einen ersten Pumpenfaktor, und die Kurven 14 und 15 auf einen zweiten Pumpenfaktor.

Dabei ist die Pumpendrehzahl, die zu dem zweiten Pumpenfaktor gehört, höher als die Pumpendrehzahl, die zum ersten Pumpenfaktor gehört. Auch die in Fig. 2 dargestellte Soll-Kennlinie 11 hängt vom eingestellten Pumpenfaktor ab.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, liegt der gemessene zeitliche Druckverlauf 10 über der Soll-Kennlinie 11 des Pumpenausgangsdrucks und der vorgegebenen oberen Toleranzgrenze 13, bis zu der der Pumpenverschleiß kompensiert werden kann. In diesem Fall muss dann die Pumpe gewartet oder ausgetauscht werden.

Um einen möglichst genauen zeitabhängigen Druckverlauf 9, 10, 16 zu erhalten, werden diese Druckverläufe 9, 10, 16 mehrfach mit verschiedenen Pumpeneingangsdrücken 8 gemessen.

Zur Verschleißüberwachung wird der Pumpeneingangsdruck 8 mit Hilfe des in Förderrichtung F vor der Pumpe eingebauten Druckreglers 4 vorgegeben. Der Pumpeneingangsdruck 8 beträgt wenigstens 3 bar, vorzugsweise 6 bar. Ein derartiger Druck hat sich als besonders günstig für die Verschleißüberwachung erwiesen. Der Druckregler 4 wird über ein nicht dargestelltes Servoventil angesteuert. Der Auftrag des Lackes auf ein nicht dargestelltes Werkstück erfolgt über das Lackapplikationsgerät 5. Bei ruhender Pumpe 1 wird ein definierter Pumpeneingangsdruck 8 vorgegeben. Dabei ist die Hauptnadel 5A zu. Somit kann dann in Richtung auf das Lackapplikationsgerät 5, d.h. in Förderrichtung F, kein Lackmaterial mehr fließen. Mittels wenigstens einem Drucksensor 2, 3, der in Förderrichtung vor und/oder hinter der Pumpe angeordnet ist, wird der Pumpeneingangsdruck 8 und/oder der Pumpenausgangsdruck gemessen, und zeitabhängig der Druckverlauf 9, 10, 16 vor und/oder nach der Pumpe ermittelt. über diesen Druckverlauf 9, 10, 16 wird dann auf den Pumpenverschleiß rückgeschlossen.

Das Abweichen des gemessenen zeitabhängigen Druckverlaufs 9, 10, 16 von der Soll- Kennlinie 11 und/oder den Toleranzgrenzen 12, 13, 14, 15 wird visuell und/oder akustisch angezeigt, so dass für den Bediener eine evtl. Verschlechterung der Lackierqualität schnell ersichtlich ist.

Alternativ kann der Pumpenverschleiß auch durch Auslitern bestimmt werden. Dabei wird die theoretische Lackmenge, die bei einer bestimmten Pumpendrehzahl zum Lackapplikationsgerät 5 gelangen müsste, mit der tatsächlichen Lackmenge, die zum Lackapplikationsgerät 5 gelangt, verglichen. Die Abweichung der tatsächlichen Lackmenge von der theoretischen Lackmenge lässt auf Leckageströme in der Pumpe 1 schließen und ist somit ein Maß für den Verschleiß der Pumpe 1.

Die überwachungsergebnisse werden mit Hilfe des Rechners 6 und eines Programms erfasst, gespeichert, visualisiert, ausgewertet und überwacht. Der Rechner 6 ermittelt auch die zur Kompensierung des Pumpenverschleißes notwendige Pumpendrehzahl bzw. den notwendigen Pumpenfaktor. Die zur Kompensierung des Pumpenverschleißes notwendige Pumpendrehzahl bzw. der notwendige Pumpenfaktor werden auf dem Bildschirm 7 angezeigt. Dadurch wird die Arbeit des Bedienpersonals wesentlich vereinfacht.

Um den aktuellen Fluidmengenaustrag möglichst schnell an den Soll-Fluidmengenaus- trag anzupassen und somit eine möglichst gleichmäßige Lackierung zu erreichen, werden die Pumpendrehzahl bzw. der Pumpenfaktor automatisch korrigiert.

Um Produktionsunterbrechungen möglichst kurz zu halten oder diese zu vermeiden, kann die Korrektur der Pumpendrehzahl bzw. des Pumpenfaktors während des Betriebs der Pumpe 1 durchgeführt werden. Alternativ ist es auch möglich, die Korrektur der Pumpendrehzahl bzw. des Pumpenfaktors in Lackierpausen, beim Farbwechsel oder während der Spülprozesse durchzuführen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also möglich, den Pumpenverschleiß einer Pumpe zu kompensieren, d.h. eine Wartung der Pumpe oder gar ein Austauschen der Pumpe zu verzögern. Dies wirkt sich positiv auf die Kosten aus. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren auch geeignet, einen gleichmäßigen Lackauftrag auf einem Werkstück zu gewährleisten.