EP2433010B1

EP2433010B1 - Method and device for determining an operating point of a work machine

Info

Publication number: EP2433010B1
Application number: EP10717116.7A
Authority: EP
Inventors: Christoph Emde; Stefan Laue; Marjan Silovic
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: RU2011151763A; RU2536656C2; WO2010133425A1; DE102009022107A1; DK2433010T3; CN102439318B; JP2012527563A; US8763464B2; HRP20151394T1; US20120111114A1; BRPI1007672A2; SI2433010T1; JP5868846B2; CN102439318A; ES2556236T3; EP2433010A1; PT2433010E; PL2433010T3; BRPI1007672B1; HUE028262T2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Betriebspunktes einer Arbeitsmaschine und/oder eines diese antreibenden Asynchronmotors, wobei eine von der Arbeitsmaschine aufgenommene Leistung und/oder deren Fördermenge einen Betriebspunkt charakterisiert, ein oder mehrere betriebspunktabhängige Messgrößen der Arbeitsmaschine durch ein oder mehrere Sensoren erfasst werden und die Messwerte während eines Betriebs der Arbeitsmaschine ausgewertet und/oder gespeichert werden. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Überwachung eines Betriebspunkts. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining an operating point of a working machine and / or an asynchronous motor driving the same, wherein a power recorded by the working machine and / or its delivery rate characterizes an operating point, one or more operating point-dependent measured variables of the working machine are detected by one or more sensors, and the measured values are evaluated and / or stored during operation of the working machine. The invention further relates to a method for monitoring an operating point. The invention further relates to a device for carrying out the method.

Um einen sicheren und effizienten Betrieb einer Arbeitsmaschine zu gewährleisten, muss deren Betriebspunkt bekannt sein.To ensure safe and efficient operation of a work machine, its operating point must be known.

Beim Betrieb einer Pumpenanordnung, insbesondere einer Kreiselpumpenanordnung, bestehend aus Pumpe und diese antreibende Asynchronmaschine, ist häufig eine Aussage über deren Betriebspunkt erforderlich. Der Betriebspunkt einer Strömungsarbeitsmaschine, insbesondere einer Kreiselpumpe, auf deren Förderstrom-Förderhöhen-Kennlinie oder Q-H-Kennlinie, ist insbesondere durch deren Förderstrom, nachfolgend auch Fördermenge genannt, charakterisiert. Zu dessen Ermittlung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Er kann über die Messung des Förderstroms oder durch eine Druckmessung bestimmt werden. Bei Letzterer wird üblicherweise die Differenz des Druckes zwischen Druck- und Saugseite der Pumpe gemessen. Die Förderhöhe wird als Quotient aus Druckdifferenz, Dichte und Erdbeschleunigung abgeschätzt. Bei Wasser als Förderfluid entspricht eine Druckdifferenz von 1 bar einer Förderhöhe von ca. 10 Metern. Weiterhin wird ein Betriebspunkt einer Kreiselpumpe durch eine elektrische Messung bestimmt, wobei aus einer Strom- und Spannungsmessung die abgegebene Motorleistung unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades des Motors berechnet wird.When operating a pump arrangement, in particular a centrifugal pump arrangement consisting of pump and this driving asynchronous machine, a statement about the operating point is often required. The operating point of a fluid flow machine, in particular a centrifugal pump, on the flow rate-delivery height characteristic or QH characteristic is, in particular by their flow, below also called delivery rate, characterized. There are various possibilities for its determination. It can be determined by measuring the flow or by measuring the pressure. In the latter, the difference in pressure between the pressure and suction sides of the pump is usually measured. The head is estimated as the quotient of pressure difference, density and gravitational acceleration. In the case of water as conveying fluid, a pressure difference of 1 bar corresponds to a delivery height of approx. 10 meters. Furthermore, an operating point of a centrifugal pump is determined by an electrical measurement, wherein from a current and voltage measurement, the output motor power is calculated taking into account the efficiency of the engine.

Eine direkte Messung der Fördermenge erfordert gewöhnlich magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte. Eine indirekte Bestimmung der Fördermenge auf rechnerischem Wege ist mit zusätzlichen Schwierigkeiten verbunden. Wird eine Fördermenge beispielsweise aus den Werten einer Förderstrom-Förderhöhen-Kennlinie, einer Q-H-Kennlinie, bei dem die Förderhöhe H über den Förderstrom aufgetragen ist oder einer Förderstrom-Leistungs-Kennlinie, einer Q-P-Kennlinie, bei dem die Leistung P über den Förderstrom Q aufgetragen ist, abgeleitet, so ist dies schwierig oder gar unmöglich in denjenigen Fällen, in denen eine flache oder eine nicht stetig steigende Q-H-Kennlinie oder Q-P-Kennlinie vorliegt. Soll die Fördermenge mit gemessenen Drücken aus der Q-H-Kennlinie einer Kreiselpumpe bestimmt werden, so muss die Q-H-Kennlinie eindeutig sein, also jedem H-Wert genau ein Q-Wert zuordenbar sein. In der Praxis ist diese Bedingung oft nicht erfüllt. Q-H-Kennlinien sind entweder zu flach oder gar uneindeutig. Selbiges Problem besteht auch, wenn der Förderstrom Q mittels einer gemessenen Leistungsaufnahme aus der Förderstrom-Leistungs-Kennlinie, der Q-P-Kennlinie, bestimmt werden soll. Auch der Verlauf der Q-P-Kennlinie ist oft flach oder gar uneindeutig.A direct measurement of the flow rate usually requires magnetic-inductive flowmeters. An indirect determination of the flow rate by computational means is associated with additional difficulties. For example, a delivery rate is calculated from the values of a delivery flow-rate characteristic, a QH characteristic in which the delivery height H is plotted against the delivery flow, or a delivery flow-rate characteristic, a QP characteristic in which the output P is above the delivery flow Q is derived, this is difficult or even impossible in those cases where there is a flat or not steadily increasing QH characteristic or QP characteristic. If the delivery rate is to be determined with measured pressures from the Q-H characteristic curve of a centrifugal pump, then the Q-H characteristic curve must be unique, ie exactly one Q value can be assigned to each H value. In practice, this condition is often not met. Q-H characteristics are either too shallow or even ambiguous. The same problem also exists if the flow Q is to be determined by means of a measured power consumption from the flow characteristic curve, the Q-P characteristic curve. The course of the Q-P characteristic is often shallow or even ambiguous.

Durch die WO 2005/064167 A1 ist eine Kombination vorstehender Verfahren bekannt. Diese bedingt einen erheblichen messtechnischen Aufwand, da sowohl der Differenzdruck der Pumpe als auch eine elektrische Leistung gemessen werden muss.By the WO 2005/064167 A1 a combination of the above methods is known. This requires a considerable metrological effort, since both the differential pressure of the pump and an electrical power must be measured.

Die Messung der elektrischen Leistungsaufnahme eines Motor-Pumpenaggregats ist in der Praxis mit einigem Aufwand verbunden. Die Wirkleistungsmessung erfolgt in einem Schaltschrank, beansprucht dort Platz, insbesondere für die Messung des Motorstroms durch Stromwandler, und bedingt einen Montageaufwand, der durch eine Elektrofachkraft zu leisten ist.The measurement of the electrical power consumption of a motor-pump unit is associated in practice with some effort. The active power measurement takes place in a control cabinet, takes up space there, in particular for the measurement of the motor current through current transformers, and requires an assembly effort, which must be provided by a qualified electrician.

Eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Leistung und/oder des Moments von Induktionsmotoren ist in der DD 258 467 A1 beschrieben. Ein berührungsloser Schalter ist am Rotor eines Induktionsmotors zur Erfassung eines oder mehrerer Impulse pro Umdrehung der Motorwelle angeordnet und eine Impulsformerstufe zur Erfassung der Synchrondrehzahl aus der Netzfrequenz ist zwischen Netz und einem Mikrorechner geschaltet. Zusätzlich weist die Anordnung eine Einrichtung zur Erfassung der Temperatur des Motors und einen Mikrorechner auf, in dem alle Messdaten erfasst und zur Regelung des weiteren Prozessablaufes ausgewertet werden. Die Leistung und/oder das Moment des Induktionsmotors wird aus der Zeit einer oder mehrerer Perioden der Motordrehzahl und einer oder mehrerer Perioden der Synchrondrehzahl ermittelt. Die Leistung und/oder das Moment des Induktionsmotors wird ermittelt durch das Zählen der Impulse der Motorwelle innerhalb einer sogenannten Torzeit, die durch eine oder mehrere Perioden der Synchrondrehzahl festgelegt ist. Zur Ermittlung der Leistung und/oder des Moments findet die "Kloss'sche Gleichung" Anwendung. Das Verfahren erfordert mehrere Eingangsgrößen, darunter auch die Synchrondrehzahl, die aus elektrischen Messgrößen bestimmt wird. Zusätzlich müssen die Ergebnisse in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur des Motors korrigiert werden, was eine vorherige messtechnische Ermittlung und Speicherung von benötigten Korrekturfaktoren pro Motortyp bedingt. Diese Anordnung ist aufwändig gestaltet. In der industriellen Praxis hat sich diese Methode als nicht geeignet erwiesen. Besonders nachteilig, wie auch bei einer konventionellen Messung der Wirkleistungsaufnahme eines Asynchronmotors durch Wirkleistungsmessgeräte und Stromwandler, ist die Installation einer solchen Anordnung durch eine Elektrofachkraft unbedingt erforderlich.An arrangement and a method for determining the power and / or torque of induction motors is disclosed in U.S. Patent No. 5,836,074 DD 258 467 A1 described. A non-contact switch is arranged on the rotor of an induction motor for detecting one or more pulses per revolution of the motor shaft and a pulse shaper for detecting the synchronous speed from the mains frequency is connected between the network and a microcomputer. In addition, the arrangement has a device for detecting the temperature of the motor and a microcomputer, in which all measured data are recorded and evaluated for controlling the further process sequence. The power and / or torque of the induction motor is determined from the time of one or more periods of engine speed and one or more periods of synchronous speed. The power and / or torque of the induction motor is determined by counting the pulses of the motor shaft within a so-called gate time determined by one or more periods of the synchronous speed. The "Kloss equation" is used to determine the power and / or torque. The method requires several input variables, including the synchronous speed, which is determined from electrical measurements. In addition, the results must be corrected as a function of the operating temperature of the engine, which requires a prior metrological determination and storage of required correction factors per engine type. This arrangement is elaborately designed. In industrial practice, this method has proved to be unsuitable. Particularly disadvantageous, as in a conventional measurement of the active power consumption of an asynchronous motor by active power meters and current transformers, the installation of such an arrangement by an electrician is absolutely necessary.

Durch die DE 10 2006 049 440 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung eines Betriebszustandes einer Pumpe, insbesondere einer Fliehkraft- oder Verdrängungspumpe, in einer Pumpenanlage bekannt. Das Verfahren und dessen Vorrichtung dienen, im Vergleich zu einem gespeicherten Normalzustand, einer Erkennung eines fehlerhaften Betriebszustandes einer Pumpe, Pumpenanlage und hydraulischen Anlage. Ein Drucksensor erfasst den zeitlichen Druckverlauf im Fördermedium. Ein berechneter Kennwert charakterisiert die Pulsation des Druck- und/oder Strömungsverlaufs in einem Berechnungs-Zeitintervall. Durch Vergleich des berechneten Kennwertes mit mindestens einem vorgegebenen Kennwert oder mit einem von diesem begrenzten Kennwertbereich, wobei der vorgegebene Kennwert oder der durch diesen begrenzte Kennwertbereich einem interessierenden Betriebszustand der Pumpe entspricht, wird der Betriebszustand ermittelt und ausgegeben. Bei einem Diagnosegerät mit angeschlossenem Drucksensor und einem zusätzlichen Schwingungssensor wird aus dem Drucksensorsignal die Drehzahl der Pumpe ermittelt und dem Schwingungssensor bereitgestellt. Die Gründe dafür werden nicht offenbart. Weder die Drehzahlinformation noch irgendwelche anderen Größen liefern eine Aussage darüber, in welchem Betriebspunkt auf einer Q-H- bzw. Q-P-Kennlinie und/oder bei welcher aufgenommenen Leistung die Pumpe betrieben wird. Mit diesem Verfahren werden nur Abweichungen von vorher ermittelten und gespeicherten Referenzwerten angezeigt.By the DE 10 2006 049 440 A1 is a method for detecting an operating condition of a pump, in particular a centrifugal or positive displacement pump, known in a pump system. The method and its device serve, in comparison to a stored normal state, a detection of a faulty operating state of a pump, pump system and hydraulic system. A pressure sensor records the temporal pressure profile in the pumped medium. A calculated parameter characterizes the pulsation of the pressure and / or flow profile in a calculation time interval. By comparing the calculated characteristic value with at least one predetermined characteristic value or with one of these limited characteristic value range, the predetermined characteristic value or the limited characteristic value range corresponding to an operating state of interest of the pump, the operating state is determined and output. In a diagnostic device with a connected pressure sensor and an additional vibration sensor, the speed of the pump is determined from the pressure sensor signal and provided to the vibration sensor. The reasons are not revealed. Neither the speed information nor any other quantities provide a statement about in which operating point on a QH or QP characteristic and / or at which recorded power the pump is operated. With this method, only deviations from previously determined and stored reference values are displayed.

Die DE 196 18 462 A1 offenbart ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines extrinsischen Leistungsparameters einer energieumwandelnden Vorrichtung wie den Volumen- oder Massendurchfluß durch eine motorangetriebene Kreiselpumpe, bei dem fortlaufend eine betriebszustandsabhängige intrinsische Größe ermittelt wird.The DE 196 18 462 A1 discloses another method and apparatus for determining an extrinsic performance parameter of an energy converting device, such as volume or mass flow through a motor driven centrifugal pump, which continuously determines an operating state dependent intrinsic quantity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch die eine wenig aufwändige und zuverlässige Bestimmung und gegebenenfalls Überwachung des aktuellen Betriebspunktes einer Arbeitsmaschine und/oder eines diese antreibenden Asynchronmotors möglich ist.The invention has for its object to provide a method and an apparatus available through which a little expensive and reliable determination and if necessary, monitoring of the current operating point of a working machine and / or of an asynchronous motor driving it is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Betriebspunkt ohne die Verwendung von elektrischen Messgrößen des antreibenden Asynchronmotors bestimmt wird, dass aus einer mechanischen Messgröße Druck, Differenzdruck, Kraft, Vibration, Körperschall oder Luftschall, mittels einer Signalanalyse, insbesondere einer Frequenzanalyse, eine zum Drehklang der Arbeitsmaschine linear proportionale Frequenz ermittelt wird, wobei daraus die Drehzahl der Antriebsmaschine ermittelt wird und aus der schlupfbedingten Drehzahl-Drehmoment-Abhängigkeit des Asynchronmotors der Betriebspunkt bestimmt wird.This object is achieved in that the operating point is determined without the use of electrical measurements of the driving induction motor, that from a mechanical measurement pressure, differential pressure, force, vibration, structure-borne noise or airborne sound, by means of a signal analysis, in particular a frequency analysis, one to the rotary sound the machine linearly proportional frequency is determined, from which the rotational speed of the drive machine is determined and from the slip-dependent speed-torque dependence of the asynchronous motor, the operating point is determined.

Der Betriebspunkt wird erfindungsgemäß ohne eine Verwendung von elektrischen Messgrößen bestimmt. Stattdessen wird aus dem Signalverlauf einer gemessenen mechanischen Messgröße eine zum Drehklang der Arbeitsmaschine linear proportionale Frequenz ermittelt, insbesondere die Drehklangfrequenz der Arbeitsmaschine. Nachfolgend wird vereinfachend von Drehklangfrequenz gesprochen. Diese ergibt sich aus dem Produkt von Drehzahl und einer Anzahl von schwingungsanregenden Strukturen eines oszillierenden oder rotierenden Bauteils, insbesondere die Schaufelanzahl eines Pumpenlaufrades. Daraus wird die Drehzahl der Antriebsmaschine ermittelt und unter Zuhilfenahme von gespeicherten Daten die von der Arbeitsmaschine aufgenommene Leistung, nachfolgend auch Wellenleistung genannt, und/oder deren Fördermenge bestimmt. Als mechanische Messgrößen sind Druck, insbesondere der Druck auf der Druckseite einer Kreiselpumpe, Differenzdruck, insbesondere der Differenzdruck zwischen Saug- und Druckseite einer Kreiselpumpe, Kraft, Vibration, Körperschall oder Luftschall, insbesondere einer oder verursacht durch eine Kreiselpumpe, oder dergleichen geeignet. Der Betriebspunkt der Arbeitsmaschine kann aus einer einzigen, nicht elektrischen Messgröße ermittelt werden. Durch den Verzicht auf elektrische Messgrößen ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebspunktbestimmung vergleichsweise kostengünstig und mit einfachstem Installationsaufwand durchführbar.The operating point is determined according to the invention without the use of electrical measured variables. Instead, a frequency which is linearly proportional to the rotary sound of the working machine is determined from the signal curve of a measured mechanical measured variable, in particular the rotary sound frequency of the working machine. In the following, we will talk about the rotary sound frequency for simplicity. This results from the product of rotational speed and a number of vibration-inducing structures of an oscillating or rotating component, in particular the number of blades of a pump impeller. From this, the rotational speed of the drive machine is determined and, with the aid of stored data, the power consumed by the working machine, hereinafter also referred to as shaft power, and / or its delivery rate are determined. As mechanical parameters are pressure, in particular the pressure on the pressure side of a centrifugal pump, differential pressure, in particular the differential pressure between the suction and pressure side of a centrifugal pump, force, vibration, structure-borne noise or airborne sound, in particular one or caused by a centrifugal pump, or the like suitable. The operating point of the working machine can be determined from a single, non-electrical measured variable. By dispensing with electrical parameters, the method according to the invention for determining the operating point is comparatively inexpensive and can be carried out with the simplest installation effort.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die aufgenommene Leistung der Arbeitsmaschine durch folgende Schritte bestimmt wird:

Bestimmung der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors, insbesondere durch vorgegebene Motorparameter Bemessungsleistung und Bemessungsdrehzahl, gegebenenfalls synchrone Drehzahl, Kippmoment, Kippdrehzahl oder Kippschlupf.
Bestimmung der aufgenommenen Leistung oder des Drehmomentes des Motors aus ermittelter Antriebsdrehzahl und Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors.

An embodiment of the invention provides that the recorded power of the working machine is determined by the following steps:

Determination of the speed-torque characteristic curve of the motor, in particular by predetermined motor parameters rated power and rated speed, optionally synchronous speed, overturning moment, overturning speed or tilting slip.
Determining the power consumed or the torque of the motor from the determined input speed and speed-torque characteristic of the motor.

Notwendige Parameter zur Bestimmung der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors werden aus den Typenschilddaten eines Asynchronmotors abgeleitet, beispielsweise ergibt sich das Bemessungs- oder Nenndrehmoment M_N aus dem Quotienten von Bemessungsleistung des Asynchronmotors P_2N und Nenndrehzahl n_N zu: $M_{N} = \frac{P_{2 N}}{ω_{N}} = \frac{P_{2 N}}{2 \cdot π \cdot n_{N}}$

Necessary parameters for determining the speed-torque characteristic curve of the motor are derived from the nameplate data of an asynchronous motor. For example, the rated torque M _N results from the quotient of the rated power of the asynchronous motor P _2N and the rated speed n _N :

M_{N} = \frac{P_{2 N}}{ω_{N}} = \frac{P_{2 N}}{2 \cdot π \cdot n_{N}}

Bei bekanntem Kippmoment M_K und/oder Kippschlupf s_K des Asynchronmotors wird mit der Kloss'schen Gleichung $\frac{M}{M_{k}} = \frac{2}{\frac{s}{s_{k}} + \frac{s_{k}}{s}}$

With known tilting moment M _K and / or tilting slip s _{K of} the asynchronous motor is with the Kloss'schen equation

\frac{M}{M_{k}} = \frac{2}{\frac{s}{s_{k}} + \frac{s_{k}}{s}}

die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, n-M-Kennlinie des Asynchronmotors abgebildet. Mit dem Schlupf s des Asynchronmotors $s = \frac{n_{0} - n}{n_{0}}$

ergibt sich der Verlauf der n-M-Kennlinie zu

M (n) = \frac{2 \cdot M_{k}}{\frac{n_{0} - n}{n_{0} - n_{k}} + \frac{n_{0} - n_{k}}{n_{0} - n}}

mit der Kippdrehzahl n_k

n_{k} = n_{0} \cdot (1 - (\sqrt{{(\frac{M_{k}}{M_{N}} \cdot \frac{n_{0} - n_{N}}{n_{0}})}^{2} - {(\frac{n_{0} - n_{N}}{n_{0}})}^{2}} + \frac{M_{k}}{M_{N}} \cdot \frac{n_{0} - n_{N}}{n_{0}}))

the speed-torque characteristic, nM characteristic of the asynchronous motor shown. With the slip s of the asynchronous motor

s = \frac{n_{0} - n}{n}

results in the course of the nM characteristic

M (n) = \frac{2 \cdot M_{k}}{\frac{n_{0} - n}{n_{0} - n_{k}} + \frac{n_{0} - n_{k}}{n_{0} - n}}

with the tilting speed n _k

n_{k} = n_{0} \cdot (1 - (\sqrt{{(\frac{M_{k}}{M_{N}} \cdot \frac{n_{0} - n_{N}}{n})}^{2} - {(\frac{n_{0} - n_{N}}{n})}^{2}} + \frac{M_{k}}{M_{N}} \cdot \frac{n_{0} - n_{N}}{n}))

Alternativ kann im Betriebsbereich der Arbeitsmaschine die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Asynchronmotors als Gerade durch die Punkte (M_N; n_N), gegeben durch Nennmoment M_N bei Nenndrehzahl n_N, und (M = 0; n₀), gegeben durch Drehmoment M gleich Null bei synchroner Drehzahl n₀, angenähert werden. Es ergibt sich dann folgende, angenäherte oder vereinfachte Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, n-M-Kennlinie, des Asynchronmotors, deren Verlauf durch folgende Formel beschrieben ist: $M (n) = M_{N} \cdot \frac{n - n_{0}}{n_{N} - n_{0}}$

Alternatively, in the operating range of the work machine, the speed-torque characteristic of the asynchronous motor may be given as a straight line through the points (M _N ; n _N ) given by rated torque M _N at rated speed n _N and (M = 0; n ₀ ) given by torque M is equal to zero at synchronous speed n ₀ , approximated. This results in the following, approximated or simplified speed-torque characteristic curve, nM characteristic curve, of the asynchronous motor, the course of which is described by the following formula:

M (n) = M_{N} \cdot \frac{n - n_{0}}{n_{N} - n_{0}}

Die Bestimmung der von der Arbeitsmaschine aufgenommenen Leistung erfolgt aus der zuvor ermittelten Antriebsdrehzahl, nachfolgend auch Wellendrehzahl genannt, und der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, der n-M-Kennlinie des Motors. Dieser Zusammenhang Wellenleistung P₂ zu Drehmoment M und Drehzahl n ist durch die Gleichung $P_{2} = ω \cdot M = 2 \cdot π \cdot n \cdot M$

gegeben. Erfindungsgemäß wird der Betriebspunkt einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Pumpe, charakterisiert durch deren aufgenommene Leistung, ermittelt. Dies erfolgt mit vorhandenen, an einer Pumpe angeordneten Sensoren.The determination of the power absorbed by the work machine is made from the previously determined input speed, hereinafter also called shaft speed, and the speed-torque curve, the nM characteristic of the motor. This correlation shaft power P ₂ to torque M and speed n is determined by the equation

P

_{2} = ω \cdot M = 2 \cdot π \cdot n \cdot M

given. According to the invention, the operating point of a work machine, in particular a pump, characterized by the power absorbed, determined. This is done with existing, arranged on a pump sensors.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht bei einer Pumpe, insbesondere einer Kreiselpumpe, als Arbeitsmaschine die Ermittlung von deren Fördermenge aus deren Antriebsdrehzahl vor. Aus dem Signalverlauf einer nicht elektrischen Messgröße wird die Drehklangfrequenz mittels Signalanalyse, insbesondere Frequenzanalyse, beispielsweise durch eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) oder eine Autokorrelation ermittelt. Daraus wird die Antriebsdrehzahl ermittelt. Im Beispiel einer Kreiselpumpe als Arbeitsmaschine ergibt sich die Drehzahl als dem Quotient aus Drehklangfrequenz f_D und Schaufelzahl z des Laufrades: $n = \frac{f_{D}}{z}$

An advantageous embodiment provides for a pump, in particular a centrifugal pump, as a working machine, the determination of the flow rate from the drive speed before. From the signal curve of a non-electrical measured variable, the rotary sound frequency is determined by means of signal analysis, in particular frequency analysis, for example by means of a fast Fourier transformation (FFT) or an autocorrelation. From this, the drive speed is determined. In the example of a centrifugal pump as a working machine, the rotational speed results as the quotient of the rotational frequency f _D and the number of blades z of the impeller:

n = \frac{f_{D}}{z}

Mittels der Drehzahl-Drehmoment-Abhängkeit können Wellenleistung und/oder Fördermenge aus der Drehzahl bestimmt werden. Auf eine Messung elektrischer Größen wird verzichtet, wodurch sich der Aufwand für die Durchführung der Betriebspunktbestimmung gegenüber einer herkömmlichen Betriebspunktbestimmung auf Basis einer elektrischen Wirkleistungsmessung erheblich reduziert. Ebenso besteht gegenüber einer direkten Messung der Fördermenge, beispielsweise mittels Ultraschall-Durchflussmesstechnik oder magnetisch-induktiver Durchflussmesstechnik, ein erheblicher Kostenvorteil, da die verwendeten mechanischen Messgrößen Druck, Differenzdruck, Kraft, Vibration, Körperschall oder Luftschall günstiger erfasst und verarbeitet werden.By means of the speed-torque-dependence shaft power and / or flow rate can be determined from the speed. A measurement of electrical variables is dispensed with, as a result of which the outlay for carrying out the operating point determination as compared with a conventional operating point determination based on an effective electric power measurement is considerably reduced. Likewise, there is a direct measurement of the flow rate, for example by means of ultrasonic flow measurement or magnetic-inductive flow measurement technology, a considerable cost advantage, since the mechanical measured variables used pressure, differential pressure, force, vibration, structure-borne noise or airborne sound are collected and processed cheaper.

Es hat sich als zweckmäßig eniviesen, dass die Fördermenge der Pumpe aus der aus der Antriebsdrehzahl ermittelten aufgenommenen Leistung oder Wellenleistung bestimmt wird. Aus der Antriebsdrehzahl oder Wellendrehzahl wird zunächst wie zuvor beschrieben unter Zuhilfenahme der bekannten n-M-Kennlinie oder einer daraus ableitbaren n-P-Kennlinie gemäß Formel (7) die Wellenleistung der Pumpe ermittelt. In einem nachfolgenden Schritt wird aus der Wellenleistung mittels einer abgespeicherten Q-P-Kennlinie die Fördermenge Q der Pumpe ermittelt.It has been expedient eniviesen that the flow rate of the pump from the determined from the drive speed recorded power or shaft power is determined. From the input speed or shaft speed, the shaft power of the pump is first determined as described above with the aid of the known n-M characteristic curve or an n-P characteristic curve derived therefrom according to formula (7). In a subsequent step, the flow rate Q of the pump is determined from the shaft power by means of a stored Q-P characteristic curve.

Die Fördermenge der Pumpe kann aus Parametern des Motors, die eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors beschreiben, sowie aus Parametern der Pumpe, die eine Förderstrom-Leistungs-Kennlinie beschreiben, und der Antriebsdrehzahl bestimmt werden. Eine Q-P-Kennlinie ist beispielsweise in Form einer Parametertabelle mit mehreren Stützpunkten (Index _{_1} bis _{_i}) beschreibbar. Während der Betriebspunktbestimmung nutzt das Verfahren eine solche vorab gespeicherte Tabelle, um die Fördermenge aus der Wellenleistung zu bestimmen: Fördermenge Q Q_{_1} Q_{_2} Q_{_3} ... Q_{_i} Wellenleistung P₂ P_{2_1} P_{2_2} P_{2_3} ... P_{2_i} The delivery rate of the pump may be determined from parameters of the engine describing a speed-torque characteristic of the engine, as well as from parameters of the pump describing a capacity-power characteristic and the input speed. A QP characteristic curve can be described, for example, in the form of a parameter table with a plurality of interpolation points ( _{indexes _1} to _{_i} ). During operating point determination, the method uses such a pre-stored table to determine the flow rate from the shaft power: Flow rate Q Q _{_1} Q _{_2} Q _{_3} ... Q _{_i} Shaft power P ₂ P _{2_1} P _{2_2} P _{2_3} ... P _{2_i}

Die Tabelle kann zusätzlich Stützpunkte für die jeweilige Drehzahl beinhalten, womit eine direkte Förderstrombestimmung aus der ermittelten Drehzahl möglich wird.In addition, the table can contain interpolation points for the respective speed, so that a direct flow rate determination from the determined speed is possible.

Insbesondere bei uneindeutigen Bereichen der Q-P-Kennlinie kann zur weiteren Verbesserung des Verfahrens zusätzlich die Förderhöhe oder der Differenzdruck zur Bestimmung der Fördermenge der Pumpe herangezogen werden. Weiterhin kann bei der Bestimmung des Betriebspunktes sowohl eine Berücksichtigung der Q-P-Kennlinie als auch der Q-H-Kennlinie stattfinden. Dazu können beispielsweise Quotientenwerte P₂/H abgespeichert werden: Fördermenge Q Q_{_1} Q_{_2} Q_{_3} ... Q_{_i} Wellenleistung P₂ P_{2_1} P_{2_2} P_{2_3} ... P_{2_i} Förderhöhe H H_{_1} H_{_2} H_{_3} ... H_{_i} Quotient P₂/H P_{2_1}/ H_{_1} P_{2_2}/ H_{_2} P_{2_2}/ H_{_2} ... P_{2_i}/ H_{_i} In particular, in ambiguous areas of the QP characteristic can be used to further improve the process in addition the head or the differential pressure to determine the flow rate of the pump. Furthermore, in the determination of the operating point both a consideration of the QP characteristic as also the QH characteristic take place. For this purpose, for example, quotient values P ₂ / H can be stored: Flow rate Q Q _{_1} Q _{_2} Q _{_3} ... Q _{_i} Shaft power P ₂ P _{2_1} P _{2_2} P _{2_3} ... P _{2_i} Delivery height H H _{_1} H _{_2} H _{_3} ... H _{_i} Quotient P ₂ / H P _{2_1} / H _{_1} P _{2_2} / H _{_2} P _{2_2} / H _{_2} ... P _{2_i} / H _{_i}

Ebenfalls ist vorgesehen, die Fördermenge der Kreiselpumpe aus einer Kennlinie, die die lastabhängige Drehzahländerung über der Fördermenge der Pumpe darstellt, zu bestimmen. Eine solche Drehzahl-Förderstrom-Kennlinie kann aus einer Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors in Verbindung mit einer Förderstrom-Leistungs-Kennlinie berechnet werden. Fördermenge Q Q_{_1} Q_{_2} Q_{_3} ... Q_{_i} Wellenleistung P₂ P_{2_1} P_{2_2} P_{2_3} ... P_{2_i} Drehzahl n n_{_1} n_{_2} n_{_3} ... n_{_i} It is also provided to determine the delivery rate of the centrifugal pump from a characteristic curve which represents the load-dependent speed change over the delivery rate of the pump. Such a speed-flow characteristic can be calculated from a speed-torque characteristic of the engine in conjunction with a flow rate-power characteristic. Flow rate Q Q _{_1} Q _{_2} Q _{_3} ... Q _{_i} Shaft power P ₂ P _{2_1} P _{2_2} P _{2_3} ... P _{2_i} Speed n n _{_1} n _{_2} n _{_3} ... n _{_i}

Alternativ kann auch ohne Kenntnis von Q-P- und Q-H-Kennlinie eine Kennlinie zur Bestimmung der Fördermenge aus der lastabhängigen Drehzahländerung bestimmt werden. Dazu können in einem Testlauf der Pumpe, der beispielsweise bei einer Inbetriebnahme erfolgt, in mehreren Betriebspunkten mit bekannter Fördermenge, darunter beispielsweise Q₀, d.h. Förderstrom gleich Null, und Q_max, d. h. maximal zulässigem Förderstrom, die jeweilige Betriebsdrehzahl ermittelt und gespeichert werden. Daraus ergibt sich nachfolgend allgemein dargestellte Parametertabelle: Fördermenge Q Q_{_1} Q_{_2} Q_{_3} ... Q_{_i} Drehzahl n n_{_1} n_{_2} n_{_3} ... n_{_i} Alternatively, a characteristic curve for determining the flow rate from the load-dependent speed change can be determined even without knowledge of QP and QH characteristic. For this purpose, in a test run of the pump, which takes place, for example, during startup, in several operating points with known flow rate, including for example Q ₀ , ie flow equal to zero, and Q _max , ie maximum allowable flow, the respective operating speed can be determined and stored. This results in the following generally represented parameter table: Flow rate Q Q _{_1} Q _{_2} Q _{_3} ... Q _{_i} Speed n n _{_1} n _{_2} n _{_3} ... n _{_i}

Alternativ ist es möglich, dass während des regulären Betriebs der Pumpe "lernend" Drehzahlen ermittelt und gespeichert werden. So wird bei einer Kreiselpumpe mit einer Q-P-Kennlinie, bei der P proportional mit Q streng monoton ansteigt, wie beispielsweise bei den meisten Pumpen mit Radialrad, die größte auftretende Drehzahl der kleinsten auftretenden Leistungsaufnahme und dem kleinsten Förderstrom zugeordnet, gegebenenfalls bei geschlossenem Ventil also Nullförderstrom. Verringert sich die Drehzahl im Betrieb wieder, so wird auf einen gestiegenen Förderstrom geschlossen. Somit wird über die Betriebsdauer einer Kreiselpumpe ein Betriebsbereich in den Grenzen von (Q_min'; n_max') und (Q_max'; n_min'), die im untersuchten Betriebszeitraum auftreten, erlernt, ohne dass dazu konkrete Werte für Q gemessen oder ermittelt werden. Die erlernten Grenzwerte werden zur Einordnung des jeweils gegenwärtigen Förderstroms der Kreiselpumpe zwischen minimalem und maximalem im untersuchten Betriebszeitraum aufgetretenen Förderstrom Q_min' und Q_max' verwandt.Alternatively, it is possible that during normal operation of the pump "learning" speeds are determined and stored. Thus, in a centrifugal pump with a QP characteristic, in which P increases proportionally with Q strictly monotonically, as for example with most pumps with radial wheel, the largest occurring speed of the smallest occurring power consumption and the smallest flow associated with, optionally with the valve closed so zero flow , Reduces the speed during operation again, it is concluded on an increased flow rate. Thus, over the operating life of a centrifugal pump, an operating range within the limits of (Q _min ', n _max ') and (Q _max ', n _min ') occurring during the investigated operating period is learned, without specific values for Q being measured or be determined. The learned limit values are used to classify the respective current flow rate of the centrifugal pump between minimum and maximum flow rates Q _min 'and Q _max ' which have occurred in the investigated operating period.

Nach dieser Ausgestaltung wird ebenfalls die Drehzahl-Drehmoment-Abhängigkeit des Asynchronmotors verwendet. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass diese eine auswertbare Drehzahländerung über den Förderstrombereich bewirkt. Mit einer solchen Kennlinie, die üblicherweise für eine Pumpe nicht dokumentiert ist, kann die Fördermenge der Kreiselpumpe direkt aus der Drehzahl ermittelt werden.According to this embodiment, the speed-torque dependence of the asynchronous motor is also used. The invention uses the knowledge that this causes an evaluable speed change over the flow rate range. With such a characteristic, which is usually not documented for a pump, the delivery rate of the centrifugal pump can be determined directly from the speed.

Besonders zuverlässig ist ein Verfahren, wonach die Antriebsdrehzahl oder Wellendrehzahl zur Bestimmung des Betriebspunktes der Pumpe, insbesondere der Kreiselpumpe, aus Messwerten von ein oder mehreren Drucksensoren ermittelt wird. Zweckmäßig ist dabei, dass die Drucksensoren zur dynamischen Messung von Drücken, insbesondere von pulsierenden Drücken, geeignet sind. Der durch die Wellenleistung und/oder Fördermenge charakterisierte Betriebspunkt der Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe, wird also alleine aus Messwerten von ein oder mehreren Drucksensoren ermittelt. An einer Kreiselpumpe kommen ein oder mehrere Drucksensoren zum Einsatz, um den Saug- und/oder Enddruck einer Kreiselpumpe zu erfassen. Drucksensoren, wenngleich zur Messung statischer Drücke vorgesehen, sind ebenfalls meist geeignet zur dynamischen Messung von Drücken. Tests haben gezeigt, dass Standard-Drucksensoren Drücke dynamisch und unbedämpft bis zu einem Frequenzbereich von ca. 1 kHz erfassen. Solche Drucksensoren sind in der Lage, innerhalb einer Kreiselpumpe auftretende pulsierende Drücke zu erfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren erzielt für viele Anwendungen bei Verwendung von nur einem Drucksensor auf der Druckseite der Pumpe eine ausreichende Genauigkeit. Zusätzlich kann ein Drucksensor auf der Saugseite der Pumpe vorgesehen werden. Ebenfalls ist vorgesehen einen Pumpendifferenzdruck zwischen Druck- und Saugseite der Pumpe, erhältlich durch einen Differenzdrucksensor, auszuwerten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Betriebspunkt kostengünstig ohne die Verwendung von zusätzlichen Sensoren alleine aus einem oder mehreren Drucksensorsignalen bestimmt werden.Particularly reliable is a method according to which the drive speed or shaft speed for determining the operating point of the pump, in particular the centrifugal pump, from measured values of one or more pressure sensors is determined. It is expedient that the pressure sensors for the dynamic measurement of pressures, in particular of pulsating pressures, are suitable. The operating point of the pump, in particular centrifugal pump, characterized by the shaft power and / or delivery rate is thus determined solely from measured values of one or more pressure sensors. One or more pressure sensors are used on a centrifugal pump to detect the suction and / or discharge pressure of a centrifugal pump. Pressure sensors, although designed to measure static pressures, are also usually suitable for the dynamic measurement of pressures. Tests have shown that standard pressure sensors detect dynamic and unattenuated pressures up to a frequency range of about 1 kHz. Such pressure sensors are able to detect occurring within a centrifugal pump pulsating pressures. The inventive method achieves sufficient accuracy for many applications when using only one pressure sensor on the pressure side of the pump. In addition, a pressure sensor can be provided on the suction side of the pump. It is also provided a pump differential pressure between the pressure and suction side of the pump, available through a differential pressure sensor to evaluate. By the method according to the invention, the operating point can be determined cost-effectively without the use of additional sensors alone from one or more pressure sensor signals.

Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Antriebsdrehzahl zur Bestimmung des Betriebspunktes der Arbeitsmaschine und/oder des diese antreibenden Asynchronmotors aus Messwerten von ein oder mehreren Körperschall- und/oder Luftschallsensoren ermittelt wird. Dabei können die Körperschall- und/oder Luftschallsensoren an der Arbeitsmaschine und/oder am diese antreibenden Asynchronmotor angeordnet sein. Die Sensoren können auch im Umfeld der Arbeitsmaschine angeordnet sein. In jedem Fall wird aus Signalen der Sensoren, die mechanische Messgrößen erfassen, eine zum Drehklang der Arbeitsmaschine linear proportionale Frequenz erfasst, woraus die Drehzahl der Arbeitsmaschine ermittelt wird. Und daraus wird unter Verwendung der Drehzahl-Drehmoment-Abhängigkeit des Asynchronmotors der Betriebspunkt ermittelt.Another embodiment provides that the input speed for determining the operating point of the driven machine and / or the asynchronous motor driving the same is determined from measured values of one or more structure-borne sound and / or airborne sound sensors. In this case, the structure-borne noise and / or airborne sound sensors can be arranged on the working machine and / or on the asynchronous motor driving the same. The sensors can also be arranged in the environment of the working machine. In any case, from signals of the sensors which detect mechanical measured variables, a frequency which is linearly proportional to the rotary sound of the working machine is detected, from which the rotational speed of the working machine is determined. And from this, the operating point is determined using the speed-torque dependence of the asynchronous motor.

Ein ermittelter Betriebspunkt kann nach der Erfindung daraufhin überwacht werden, ob sich dieser innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen, zulässigen Bereichs befindet. Anhand eines außerhalb eines vorgegebenen Bereichs befindlichen Betriebspunkts wird ein fehlerhafter Betriebszustand, insbesondere Über- oder Unterlast, der Arbeitsmaschine und/oder des Asynchronmotors erkannt. Durch eine Überwachung oder Auswertung der Leistungsaufnahme einer Kreiselpumpe kann beispielsweise auf einen Betrieb bei Teillast oder einen Betrieb im Optimum geschlossen werden. Bei Verwendung von Körperschall oder Luftschall als Messgröße kann auch ein Trockenlauf der Kreiselpumpe detektiert werden. Versuche haben gezeigt, dass die erfindungsgemäße Detektion einer Überlast eines Asynchronmotors zuverlässig und robust funktioniert. Bei einer im Vergleich zu einer dokumentierten und parametrierten Leistungsaufnahme erhöhten Leistungsaufnahme kann auf Überlast der Pumpe oder des Motors geschlossen werden. Zwar kann Ursache für eine vermeintlich erhöhte Leistungsaufnahme auch eine versorgungsseitige Unterspannung sein, was zu einem erhöhten Schlupf führt. In einem solchen Fall ist die Diagnose Überlast für das Aggregat, bestehend aus Pumpe und Motor dennoch zutreffend, da bei Unterspannung und somit erhöhtem Schlupf die Stromaufnahme des Motors erhöht ist. Dieser Einfluss ist dann signifikant, wenn die Netzspannung außerhalb der Toleranzen liegt, und beispielsweise um mehr als 10 % unterhalb der Nennspannung liegt. In einem solchen Fall würde bei Nenndrehzahl n = n_N auf Nennleistung P₂ = P_2N geschlossen, obwohl die tatsächlich aufgenommene Leistung unterhalb der Nennleistung liegt. Sinkt die Drehzahl weiter ab, d.h. n < n_N, so wird auf Überlastung der Pumpe oder des Motors geschlossen, was korrekt ist, da die stromproportionalen Verluste, insbesondere die Rotorverluste des Asynchronmotors ansteigen, was zur übermäßigen Erwärmung des Motors beiträgt.A determined operating point can be monitored according to the invention as to whether it is within or outside a predetermined permissible range. On the basis of an operating point which is outside a predetermined range, a faulty operating state, in particular over or underload, of the working machine and / or of the asynchronous motor is detected. By monitoring or evaluating the power consumption of a centrifugal pump, it is possible, for example, to conclude operation at partial load or optimum operation. Using of structure-borne noise or airborne sound as a measured variable, a dry run of the centrifugal pump can be detected. Experiments have shown that the detection according to the invention of an overload of an asynchronous motor works reliably and robustly. Increased power consumption compared to a documented and parameterized power consumption may indicate overload of the pump or motor. Although the cause of a supposedly increased power consumption can also be a supply-side undervoltage, which leads to increased slip. In such a case, the diagnosis of overload for the unit, consisting of pump and motor nevertheless true, since under low voltage and thus increased slip, the power consumption of the motor is increased. This influence is significant when the mains voltage is outside the tolerances and, for example, is more than 10% below the rated voltage. In such a case, n = n would be closed at the rated speed _N to nominal power P ₂ = P _2N, although the actually consumed power is below the rated power. If the speed continues to decrease, ie n <n _N , overloading of the pump or motor is inferred, which is correct because the losses proportional to the current, in particular the rotor losses of the asynchronous motor, increase, which contributes to overheating of the motor.

Bei einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Betriebspunktes einer Arbeitsmaschine und/oder eines diese antreibenden Asynchronmotors, die mit ein oder mehreren Eingängen zur Erfassung von betriebspunktabhängigen Messgrößen versehen ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Datenspeicher für technologische Daten der Arbeitsmaschine und/oder des diese antreibenden Asynchronmotors aufweist und aus einer mechanischen Messgröße Druck, Differenzdruck, Kraft, Vibration, Körperschall oder Luftschall mittels einer Signalanalyse, insbesondere einer Frequenzanalyse, eine zum Drehklang der Arbeitsmaschine linear proportionale Frequenz ermittelt, daraus die Drehzahl der Antriebsmaschine ermittelt und daraus unter Verwendung der schlupfbedingten Drehzahl-Drehmoment-Abhängigkeit des Asynchronmotors den Betriebspunkt aus nicht elektrischen Messgrößen, ohne die Verwendung von elektrischen Messgrößen des antreibenden Asynchronmotors, bestimmt und gegebenenfalls überwacht.In a device for determining an operating point of a working machine and / or an asynchronous motor driving it, which is provided with one or more inputs for detecting operating point-dependent measured variables, it is provided according to the invention that the device is a data memory for technological data of the working machine and / or has this driving asynchronous motor and determined from a mechanical measurement pressure, differential pressure, force, vibration, structure-borne noise or airborne sound by means of a signal analysis, in particular a frequency analysis, a linearly proportional to the rotational sound of the working machine frequency, therefrom determines the rotational speed of the drive machine and from there using the slip Speed-torque dependence of the asynchronous motor the operating point of non-electrical quantities, without the use of electrical Measured variables of the driving asynchronous motor, determined and possibly monitored.

In dem Datenspeicher können Motorparameter, die die Drehzahl-Drehmoment-Abhängigkeit des Asynchronmotors beschreiben, und/oder andere technologische Daten der Arbeitsmaschinenanordnung abgespeichert sein. Auf diese kann während des Betriebs der Arbeitsmaschine zwecks Bestimmung des Betriebspunkts zugegriffen werden. Eine Erfassung von elektrischen Messgrößen durch die Vorrichtung ist nicht notwendig. Die Vorrichtung kann aus einem einzigen Messsignal, beispielsweise einem Drucksensorsignal, den Betriebspunkt der Arbeitsmaschine bestimmen.In the data memory engine parameters that describe the speed-torque dependence of the asynchronous motor, and / or other technological data of the working machine arrangement may be stored. These may be accessed during operation of the work machine to determine the operating point. A detection of electrical measurements by the device is not necessary. The device can determine the operating point of the working machine from a single measuring signal, for example a pressure sensor signal.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung bestimmt die Vorrichtung die aufgenommene Leistung der Arbeitsmaschine durch folgende Schritte:

Bestimmung der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors, insbesondere durch vorgegebene Motorparameter Bemessungsleistung und Bemessungsdrehzahl, gegebenenfalls synchrone Drehzahl, Kippmoment, Kippdrehzahl oder Kippschlupf
Bestimmung der aufgenommenen Leistung oder des Drehmomentes des Motors aus der Antriebsdrehzahl und der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors.

According to one embodiment of the invention, the device determines the recorded power of the working machine by the following steps:

Determination of the speed-torque characteristic curve of the motor, in particular by predetermined motor parameters rated power and rated speed, optionally synchronous speed, overturning moment, overturning speed or tilting slip
Determining the power consumed or the torque of the motor from the drive speed and the speed-torque curve of the motor.

Bei einer Pumpe, insbesondere einer Kreiselpumpe, als Arbeitsmaschine ist es vorgesehen, dass die Ermittlung einer Fördermenge der Pumpe aus der Antriebsdrehzahl erfolgt. An der Pumpe werden lediglich mechanische Messgrößen erfasst. Aus der ermittelten Drehklangfrequenz wird die Antriebs- oder Wellendrehzahl der Pumpe ermittelt.In a pump, in particular a centrifugal pump, as a working machine, it is provided that the determination of a flow rate of the pump from the drive speed. At the pump only mechanical parameters are recorded. From the determined rotary sound frequency, the drive or shaft speed of the pump is determined.

Gegenüber einer direkten Messung der Fördermenge beispielsweise mittels Ultraschall-Durchflussmesstechnik oder magnetisch-induktiver Durchflussmesstechnik besteht ein erheblicher Kostenvorteil. Auch gegenüber einer Ermittlung der Fördermenge auf Basis einer elektrischen Wirkleistungsmessung sind Aufwand und Kosten minimiert.Compared to a direct measurement of the flow rate, for example by means of ultrasonic flow measurement or magnetic-inductive flow measurement consists considerable cost advantage. Also, compared to a determination of the flow rate based on an effective electrical power measurement effort and costs are minimized.

Die Vorrichtung kann an der Pumpe, an deren Antriebsmotor oder in deren Umfeld angeordnet sein und/oder mit der Pumpe oder deren Antriebsmotor integriert ausgeführt sein.The device may be arranged on the pump, on the drive motor or in its environment and / or be designed integrated with the pump or its drive motor.

Die Vorrichtung kann die Fördermenge der Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe, aus der aus der Antriebsdrehzahl oder Wellendrehzahl ermittelten aufgenommen Leistung oder Wellenleistung bestimmen.The device can determine the delivery rate of the pump, in particular centrifugal pump, from the power or shaft power determined from the drive speed or shaft speed.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, dass die Vorrichtung die Fördermenge der Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe, aus Parametern des Motors, die eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors beschreiben, sowie aus Parametern der Pumpe, die eine Förderstrom-Leistungs-Kennlinie beschreiben, und der Antriebsdrehzahl oder Wellendrehzahl bestimmt.It has proven to be expedient that the device, the flow rate of the pump, in particular centrifugal pump, from parameters of the engine, which describe a speed-torque curve of the engine, as well as parameters of the pump, which describe a flow rate-power characteristic, and the drive speed or shaft speed determined.

Ebenso gut ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung die Fördermenge der Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe, direkt aus einer Kennlinie, die die lastabhängige Drehzahländerung über der Fördermenge der Pumpe darstellt, bestimmt. Eine solche Kennlinie kann durch Testläufe ermittelt und in dem Datenspeicher gespeichert sein, so dass sie während des Betriebs der Kreiselpumpe abrufbar ist. Hier wird gleichwohl die Drehzahl-Drehmoment-Abhängigkeit des Asynchronmotors verwendet, die zu einer Drehzahlveränderung über den Förderstrombereich führt. Daraus kann der durch die von der Arbeitsmaschine aufgenommene Leistung und/oder deren Fördermenge charakterisierte Betriebspunkt besonders einfach bestimmt werden.It is equally well provided that the device determines the delivery rate of the pump, in particular centrifugal pump, directly from a characteristic curve which represents the load-dependent speed change over the delivery rate of the pump. Such a characteristic can be determined by test runs and stored in the data memory so that it can be called up during the operation of the centrifugal pump. Here, however, the speed-torque dependence of the asynchronous motor is used, which leads to a speed change over the flow range. From this, the operating point characterized by the power absorbed by the working machine and / or its delivery rate can be determined particularly easily.

Ideal ist es, wenn die Vorrichtung mindestens einen Anschluss für einen Drucksensor aufweist und aus Messwerten eines angeschlossenen Drucksensors die Antriebsdrehzahl oder Wellendrehzahl zur Bestimmung des Betriebspunktes der Arbeitsmaschine ermittelt. Drucksensoren zur Erfassung statischer Drücke sind ebenfalls im Stande, dynamische Druckschwankungen zu erfassen. Solche Drucksensoren sind ohnehin an vielen Pumpen angebracht, insbesondere um deren Enddruck zu erfassen. Übliche Einrichtungen zur Erfassung von Signalen von Drucksensoren mittels Analogeingängen beispielsweise an Speicherprogrammierbaren Steuerungen oder an Frequenzumrichtern ermöglichen in der Regel die Nutzung von gefilterten, d.h. in der Dynamik bedämpften Messwerten. Zur Erfassung des erfindungsgemäß interessierenden dynamischen Drucksignalanteils sind solche Eingänge zu langsam und unempfindlich. Hochdynamische Eingänge von Messeinrichtungen, die in der Lage sind Signalanteile in Frequenzbereichen von einigen Kilohertz zu erfassen, sind in der industriellen Praxis zumeist nicht robust genug und außerdem teuer.It is ideal if the device has at least one connection for a pressure sensor and from measured values of a connected pressure sensor the drive speed or shaft speed for determining the operating point of the working machine determined. Pressure sensors for detecting static pressures are also able to detect dynamic pressure fluctuations. Such pressure sensors are already attached to many pumps, in particular to detect their final pressure. Conventional devices for detecting signals from pressure sensors by means of analog inputs, for example to programmable logic controllers or to frequency converters usually allow the use of filtered, ie damped in the dynamics measured values. To detect the dynamic pressure signal component of interest according to the invention, such inputs are too slow and insensitive. Highly dynamic inputs of measuring devices capable of detecting signal components in frequency ranges of a few kilohertz are usually not robust enough in industrial practice and are also expensive.

Die Vorrichtung nach der Erfindung unterscheidet sich von den erwähnten industriell Üblichen, dadurch, dass sie eine Erfassung des pulsierenden Anteils eines Drucksignals bei gleichzeitig hoher Dynamik ermöglicht. Dadurch ist eine genaue Bestimmung der Frequenz des pulsierenden Druckanteils in einem interessierenden Frequenzbereich gewährleistet. Zweckmäßigerweise besitzt die Vorrichtung einen Eingang für Signalanteile bis zu ca. 500 Hz, wobei eine Grenzfrequenz für einen Eingangsfilter entsprechend höher liegt.The device according to the invention differs from the mentioned industrially common, in that it allows detection of the pulsating portion of a pressure signal with high dynamics. This ensures accurate determination of the frequency of the pulsating pressure component in a frequency range of interest. Conveniently, the device has an input for signal components up to about 500 Hz, with a cutoff frequency for an input filter is correspondingly higher.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass der für eine bestimmte Pumpe interessierende Frequenzbereich ein kleiner, durch untere und obere Drehklangfrequenz f_{D_min} beziehungsweise f_{D_max} begrenzter Ausschnitt des gesamten gemessenen Frequenzbereichs ist. Eine Auswertung kann damit entsprechend selektiv und genau erfolgen. In einem Beispiel einer Kreiselpumpe ist der interessierende Frequenzbereich vorgegeben durch die Grenzen von unterer und oberer Drehklangfrequenz f_{D_min} beziehungsweise f_{D_max} bei bekannter Schaufelzahl z: $f_{D_min} = n_{\min} \cdot z und f_{D_max} = n_{\max} \cdot z$

It has proven to be advantageous that the frequency range of interest for a particular pump is a small section of the entire measured frequency range limited by lower and upper rotary sound frequencies f _{D_min} and f _{D_max} . An evaluation can thus be carried out selectively and accurately. In an example of a centrifugal pump, the frequency range of interest is given by the limits of lower and upper rotary sound frequency f _{D_min} and f _{D_max} for known number of blades z:

f_{d_min} = n_{\min} \cdot z and f_{d_max} = n_{Max} \cdot z

Dabei sind minimale Drehzahl n_min und maximale Drehzahl n_max aus Parametern des die Kreiselpumpe antreibenden Asynchronmotors bekannt. Vereinfacht kann die minimale Drehzahl aus n_N berechnet werden, beispielsweise $n_{\min} = 0, 95 \cdot n_{N}$

In this case, minimum speed n _min and maximum speed n _{max are known} from parameters of the asynchronous motor driving the centrifugal pump. Simplified, the minimum speed can be calculated from n _N , for example

n_{\min} = 0.95 \cdot n_{N}

Und/oder die maximale Drehzahl kann als $n_{\max} = n_{0}$

angenommen werden.And / or the maximum speed can be as

n_{Max} = n_{0}

be accepted.

Mit der Wirkungsgradoptimierung von Asynchronmotoren geht die Minimierung des Schlupfes als Abweichung der Wellendrehzahl von der synchronen Drehzahl einher. IEC-Normmotoren mit einer Nennleistung von 22 kW und größer haben üblicherweise einen Nennschlupf von unter 2%, bei größeren Leistungen ist der Schlupf noch geringer und kann sogar unter 1 % liegen. Daraus folgt, dass minimale und maximale Drehzahl und minimale und maximale Drehklangfrequenz sehr dicht beieinander liegen können. Um aus der Drehklangfrequenz einen Betriebspunkt bestimmen zu können, muss diese sehr exakt bestimmt werden. Die Vorrichtung verfügt daher erfindungsgemäß über eine Signalverarbeitungseinheit, die eine genaue Bestimmung der Drehklangfrequenz, vorzugsweise mit einer Genauigkeit von 1/10 Hertz oder von wenigen 1/100 Hertz, durchführt. Dies wird mittels einer sehr hohen Abtastfrequenz und/oder durch ein entsprechend langes Abtastintervall erreicht.With the efficiency optimization of asynchronous motors, the minimization of the slip is accompanied by a deviation of the shaft speed from the synchronous speed. Normally IEC standard motors rated at 22kW and greater will have a rated slip of less than 2%, and at higher powers the slip will be even lower and may even be less than 1%. It follows that minimum and maximum speed and minimum and maximum rotational frequencies can be very close together. In order to be able to determine an operating point from the rotary sound frequency, this must be determined very precisely. The device according to the invention therefore has a signal processing unit which performs an accurate determination of the rotary sound frequency, preferably with an accuracy of 1/10 hertz or of a few 1/100 hertz. This is achieved by means of a very high sampling frequency and / or by a correspondingly long sampling interval.

Dabei ist die Amplitude des pulsierenden Druckanteils relativ gering. In einem konkreten Beispiel beträgt die Amplitude des pulsierenden Signalanteils weniger als 1% des Drucks. Die Vorrichtung löst den Messbereich des Drucksignals entsprechend hoch auf, so dass die Druckpulsation trotz der geringen Amplitude nach Analog-Digital-Wandlung einwandfrei auswertbar ist, d.h. die Drehklangfrequenz bestimmt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht so eine zuverlässige Betriebspunktbestimmung einer Pumpe.The amplitude of the pulsating pressure component is relatively low. In a specific example, the amplitude of the pulsating signal component is less than 1% of the pressure. The device triggers the measurement range of the pressure signal correspondingly high, so that the pressure pulsation despite the low amplitude after analog-to-digital conversion is perfectly evaluated, ie determines the rotational frequency can be. The inventive Device thus enables a reliable operating point determination of a pump.

Alternativ und/oder zusätzlich kann die Vorrichtung mindestens einen Anschluss für einen Körperschall- und/oder Luftschallsensor aufweisen und aus Messwerten eines angeschlossenen Körperschall- und/oder Luftschallsensors die Antriebsdrehzahl zur Bestimmung des Betriebspunktes der Arbeitsmaschine und/oder des diese antreibenden Asynchronmotors ermitteln.Alternatively and / or additionally, the device can have at least one connection for a structure-borne sound and / or airborne sound sensor and determine the drive speed for determining the operating point of the work machine and / or of the asynchronous motor driving it from measured values of a connected structure-borne sound and / or airborne sound sensor.

Zur Erfassung von betriebspunktabhängigen Schallmessgrößen ist die Vorrichtung zweckmäßigerweise mit einem Mikrofon verbindbar oder weist ein integriertes Mikrofon auf.For detecting operating point-dependent sound measurements, the device is expediently connectable to a microphone or has an integrated microphone.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung ein Telefon, insbesondere ein Mobiltelefon, zur Erfassung der Betriebsgeräusche der Arbeitsmaschine und zur Betriebspunktbestimmung und/oder -überwachung ist. Eine solche Vorrichtung nutzt das erfindungsgemäße Verfahren. Dazu kann in einem Datenspeicher der Vorrichtung ein Programmablauf gespeichert sein, der von einer in der Vorrichtung befindlichen Recheneinheit abgearbeitet werden kann.It is advantageous if the device is a telephone, in particular a mobile telephone, for detecting the operating noise of the working machine and for operating point determination and / or monitoring. Such a device uses the method according to the invention. For this purpose, a program sequence can be stored in a data memory of the device, which can be processed by a processing unit located in the device.

Die Vorrichtung kann auch räumlich getrennt von der Arbeitsmaschine deren Betriebspunkt bestimmen und gegebenenfalls überwachen. Dabei ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung Telekommunikationsmittel, insbesondere ein Telefon oder Mobiltelefon und ein Telekommunikationsnetz nutzt, um die Betriebspunktbestimmung und/oder-Überwachung an einem anderen Ort als dem Betriebsort der Arbeitsmaschine durchzuführen. Die Telekommunikationsmittel dienen dabei als Signalerfassungs- und/oder-übertragungsmittel. Beispielsweise kann ein Mobiltelefon mittels eines eingebauten Mikrofons Körperschall- und/oder Luftschallsignale einer Arbeitsmaschine erfassen und mittels Telekommunikationsnetz an eine von der Arbeitsmaschine räumlich getrennte Vorrichtung zur Betriebspunktbestimmung und/oder -überwachung übermitteln.The device can also spatially separate from the machine determine its operating point and monitor if necessary. It is provided that the device uses telecommunications means, in particular a telephone or mobile telephone and a telecommunications network, to perform the operating point determination and / or monitoring at a location other than the operating location of the working machine. The telecommunication means serve as signal acquisition and / or transmission means. By way of example, a mobile telephone can detect structure-borne noise and / or airborne sound signals of a work machine by means of a built-in microphone and transmit it via telecommunications network to a device for operating point determination and / or monitoring spatially separate from the work machine.

Die Erfindung ist mit Vorteil verwendbar bei einer Kreiselpumpenanordnung bestehend aus mindestens einer Kreiselpumpe mit einer Welle und einem die Welle antreibenden Asynchronmotor und mit ein oder mehreren Sensoren zur Erfassung von betriebspunktabhängigen Messgrößen. Die Vorrichtung kann an der Kreiselpumpe angeordnet sein und/oder in die Kreiselpumpe und/oder den Asynchronmotor integriert sein. Auch eine Anordnung im Umfeld der Kreiselpumpenanordnung oder eine räumlich getrennte Anordnung ist vorgesehen.The invention can be used with advantage in a centrifugal pump arrangement comprising at least one centrifugal pump with a shaft and an asynchronous motor driving the shaft and with one or more sensors for detecting operating point-dependent measured variables. The device may be arranged on the centrifugal pump and / or integrated into the centrifugal pump and / or the asynchronous motor. An arrangement in the vicinity of the centrifugal pump arrangement or a spatially separate arrangement is provided.

Ausführungsbeispiele der Erfindungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Figur 1a: eine Q-H-Kennlinie einer Kreiselpumpe, die
Figur 1b: eine Q-P-Kennlinie einer Kreiselpumpe, die
Figur 2: eine allgemeine, schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die
Figur 3: eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte eines ersten Verfahrens zur Bestimmung eines Betriebspunktes, die
Figur 4a: einen Druckverlauf am Austritt einer Kreiselpumpe, die
Figur 4b: den Druckverlauf in einer Detailansicht, die
Figur 5a: eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie eines Asynchronmotors, die
Figur 5b: eine vereinfachte Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie eines Asynchronmotors in dessen Betriebsbereich, die
Figuren 6a, 6b: daraus abgeleitete n-P-Kennlinien des Asynchronmotors, die
Figur 7: eine schematische Darstellung eines alternativen Verfahrens unter Verwendung einer lastabhängigen Drehzahl-Förderstrom-Kennlinie, die
Figur 8: eine lastabhängige Drehzahl-Förderstrom-Kennlinie, die
Figur 9: eine schematische Darstellung eines kombinierten Verfahrens zur Betriebspunktbestimmung, die
Figur 10: eine Kreiselpumpenanordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Betriebspunktbestimmung aus einer gemessenen Druckpulsation, die
Figur 11: eine Kreiselpumpenanordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Betriebspunktbestimmung in Form eines Mobiltelefons, und die
Figur 12: eine weitere Anordnung mit einer Vorrichtung, die ein Mobiltelefon und ein Telekommunikationsnetz nutzt, um die Betriebspunktbestimmung an einem anderen Ort als dem Betriebsort der Kreiselpumpe durchzuführen.

Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below. It show the

FIG. 1a: a QH characteristic of a centrifugal pump, the
FIG. 1b: a QP characteristic of a centrifugal pump, the
FIG. 2: a general, schematic representation of the method according to the invention, which
FIG. 3: a schematic representation of the method steps of a first method for determining an operating point, the
FIG. 4a: a pressure curve at the outlet of a centrifugal pump, the
FIG. 4b: the pressure curve in a detail view, the
FIG. 5a: a speed-torque characteristic of an induction motor, the
FIG. 5b: a simplified speed-torque curve of an induction motor in its operating range, the
FIGS. 6a, 6b: derived therefrom nP characteristics of the asynchronous motor, the
FIG. 7: a schematic representation of an alternative method using a load-dependent speed-flow characteristic, the
FIG. 8: a load-dependent speed-flow characteristic, the
FIG. 9: a schematic representation of a combined method for operating point determination, the
FIG. 10: a centrifugal pump assembly with an inventive device for operating point determination from a measured pressure pulsation, the
FIG. 11: a centrifugal pump assembly with an inventive device for determining operating point in the form of a mobile phone, and the
FIG. 12: another arrangement with a device that uses a mobile phone and a telecommunications network to perform the operating point determination at a location other than the operating location of the centrifugal pump.

Die Figur 1 a zeigt eine Förderstrom-Förderhöhen-Kennlinie 2, eine sogenannte Q-H-Kennlinie, einer Kreiselpumpe. Aus einer zwischen Druck- und Saugseite der Kreiselpumpe gemessenen Druckdifferenz kann gemäß dem Stand der Technik eine Förderhöhe H der Pumpe ermittelt und der Betriebspunkt der Kreiselpumpe über die Förderstrom-Förderhöhen-Kennlinie 2 bestimmt werden. Eine solche Betriebspunktbestimmung ist aber unzureichend in einem Bereich kleinerer Förderströme, in dem die Förderstrom-Förderhöhen-Kennlinie 2 uneindeutig oder instabil ist. Eine solche instabile Kennlinie bewirkt, dass bei bestimmten gemessenen Druckdifferenzen zu einer bestimmten Förderhöhe H zwei Förderstromwerte 3, 4 existieren. Somit kann nicht eindeutig auf eine Fördermenge Q(H) der Kreiselpumpe geschlossen werden.The FIG. 1 a shows a delivery flow-rate characteristic 2, a so-called QH characteristic, a centrifugal pump. From a measured between the pressure and suction side of the centrifugal pump pressure difference can be determined according to the prior art, a delivery height H of the pump and the operating point of the centrifugal pump via the delivery flow-height characteristic curve 2 can be determined. However, such an operating point determination is insufficient in a range of smaller flow rates, in which the flow rate-conveying height characteristic curve 2 is ambiguous or unstable. Such an unstable characteristic has the effect that, given certain measured pressure differences to a specific delivery height H, two delivery flow rates 3, 4 exist. Thus, it can not be concluded clearly on a flow Q (H) of the centrifugal pump.

Fig. 1b zeigt eine Förderstrom-Leistungs-Kennlinie 10, eine sogenannte Q-P-Kennlinie, einer Kreiselpumpe. Die hier gezeigte Förderstrom-Leistungs-Kennlinie 10 ist eindeutig, so dass mit der Information über die Leistungsaufnahme der Pumpe eine Aussage bezüglich der Fördermenge Q(P) der Pumpe und damit über deren Betriebspunkt möglich ist. Die Messung der elektrischen Leistungsaufnahme eines Kreiselpumpenaggregats ist in der Praxis mit einigem Aufwand verbunden, denn diese erfolgt in einem Schaltschrank und bedingt einen Montageaufwand, der durch eine Elektrofachkraft zu leisten ist. Sowohl die Q-H-Kennlinie 2, als auch die Q-P-Kennlinie 10 sind typischerweise für eine bestimmte Kreiselpumpe dokumentiert. Fig. 1b shows a flow rate-power curve 10, a so-called QP characteristic, a centrifugal pump. The flow rate-power curve 10 shown here is unique, so that with the information about the power consumption of the pump a statement regarding the flow rate Q (P) of the pump and thus over the operating point is possible. The measurement of the electrical power consumption of a centrifugal pump assembly is associated in practice with some effort, because this takes place in a cabinet and requires an assembly effort, which is to be made by a skilled electrician. Both QH characteristic 2 and QP characteristic 10 are typically documented for a particular centrifugal pump.

Fig. 2 zeigt eine allgemeine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens 21, bei dem der Betriebspunkt einer Arbeitsmaschine und/oder eines diese antreibenden Asynchronmotors ohne die Verwendung von elektrischen Messgrößen des antreibenden Asynchronmotors bestimmt wird. Nach einer Erfassung 22 einer mechanischen Messgröße wird in einem Schritt 23 aus der Messgröße mittels einer Signalanalyse, insbesondere Frequenzanalyse, eine zum Drehklang der Arbeitsmaschine linear proportionale Frequenz, eine Drehklangfrequenz f_D ermittelt. Daraus wird in einem nächsten Schritt 24 die Drehzahl n der Antriebsmaschine ermittelt. Und in einem weiteren Schritt 25 wird der durch die von der Arbeitsmaschine aufgenommene Leistung, hier mit P₂ bezeichnet, und/oder deren Fördermenge Q charakterisierte Betriebspunkt bestimmt. Erfindungsgemäß wird dazu die schlupfbedingte Drehzahl-Drehmoment-Abhängigkeit des die Arbeitsmaschine antreibenden Asynchronmotors verwendet. Der so bestimmte Betriebspunkt steht in Schritt 29 zur weiteren Verarbeitung und/oder Anzeige zur Verfügung. Fig. 2 shows a general schematic representation of a method 21 according to the invention, in which the operating point of a work machine and / or driving this asynchronous motor is determined without the use of electrical measurements of the driving induction motor. After a detection 22 of a mechanical measured variable, a rotational frequency f _{D is} determined in a step 23 from the measured variable by means of a signal analysis, in particular frequency analysis, a frequency which is linearly proportional to the rotary sound of the working machine. From this, the speed n of the drive machine is determined in a next step 24. And in a further step 25, the power consumed by the work machine, here designated P ₂ , and / or its delivery Q is determined. According to the invention, the slip-related speed-torque dependency of the asynchronous motor driving the working machine is used for this purpose. The operating point determined in this way is available in step 29 for further processing and / or display.

Die Fig. 3 zeigt eine schematische, im Vergleich zu Fig. 2 detailliertere Darstellung der Verfahrensschritte eines Verfahrens 21 zur Bestimmung eines Betriebspunktes. Gezeigt ist ein Verfahren 21 zur Bestimmung eines Förderstroms oder einer Fördermenge Q aus einer gemessenen Druckpulsation oder einem gemessenen Körperschall oder Luftschall über ein gespeichertes Motormodell und eine Pumpenkennlinie. Die zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte notwendigen Parameter können in einem Datenspeicher 30 abgespeichert bzw. hinterlegt sein und stehen zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte zur Verfügung. Die erforderlichen Motorparameter abgegebene Bemessungs- oder Nennleistung P_2N und Nenndrehzahl n_N, sowie die optionalen Motorparameter Netzfrequenz f, Polpaarzahl p oder synchrone Drehzahl n₀ bilden dabei ein Motormodell, das zweckmäßigerweise in einem ersten Teil 31 des Datenspeichers 30 abgelegt ist. Die synchrone Drehzahl n₀ kann auch aus Netzfrequenz f und Polpaarzahl p bestimmt werden oder aus der Nenndrehzahl n_N als zu dieser nächst größeren theoretisch möglichen Synchrondrehzahl (beispielsweise 3600 min^-1, 3000 min^-1, 1800 min^-1, 1500 min^-1, 1200 min^-1, 1000 min^-1, 900 min^-1, 750 min^-1, 600 min^-1 oder 500 min^-1) abgeleitet werden. Sofern bekannt kann optional das Kippmoment M_k des Motors abgespeichert werden. Weiterhin kann eine minimale Drehzahl n_min und eine maximale Drehzahl n_max abgespeichert werden. In einem zweiten Teil 32 des Datenspeichers 30 ist eine Förderstrom-Leistungs-Kennlinie, eine Q-P-Kennlinie, einer Kreiselpumpe abgespeichert. Diese ist gegeben durch mehrere (i) Stützwerte (P_{2_1}; Q_{_1}), (P_{2_1}; Q_{_2}), ... (P_{2_i}; Q_{_i}). Ebenfalls ist die Schaufelzahl z des Laufrades der Kreiselpumpe verfügbar. Während des Betriebs einer Arbeitsmaschine werden in einem Schritt 22 Messwerte einer mechanischen Messgröße erfasst. In einem Verfahrensschritt 23 wird nun beispielsweise in den Grenzen von f_Dmin = n_min · z gemäß Formel (9) und f_Dmax = n_max · z gemäß Formel (10) mittels einer Signalanalyse aus den Signalpulsationen die Drehklangfrequenz f_D ermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt 24 wird aus der Drehklangfrequenz f_D und der Schaufelzahl z die momentane Antriebsdrehzahl der Pumpe ermittelt. Es gilt: $n = \frac{f_{D}}{z}$

The Fig. 3 shows a schematic, compared to Fig. 2 more detailed representation of the method steps of a method 21 for determining an operating point. Shown is a method 21 for determining a delivery flow or a flow rate Q from a measured pressure pulsation or a measured structure-borne noise or airborne sound via a stored engine model and a pump characteristic. The parameters necessary for carrying out the individual method steps can be stored or stored in a data memory 30 and are available for carrying out the individual method steps. The required motor parameters delivered rated or rated power P _2N and rated speed n _N , and the optional motor parameters line frequency f, pole pair p or synchronous speed n ₀ thereby form a motor model, which is suitably stored in a first part 31 of the data memory 30. The synchronous speed n is ₀ may also consist of mains frequency f and pole pair number p to be determined or of the nominal rotational speed n _{N and} to this next largest theoretically possible synchronous speed (for example, 3600 min ^-1 to 3000 min ^-1, 1800 min ^-1, 1500 min ^-1 , 1200 min ^-1 , 1000 min ^-1 , 900 min ^-1 , 750 min ^-1 , 600 min ^-1 or 500 min ^-1 ). If known, optionally the overturning moment M _{k of} the motor can be stored. Furthermore, a minimum speed n _min and a maximum speed n _{max can be} stored. In a second part 32 of the data memory 30, a flow rate-power characteristic, a QP characteristic, a centrifugal pump is stored. This is given by several (i) fundamental values (P _{2_1} , Q _{_1} ), (P _{2_1} , Q _{_2} ), ... (P _{2_i} ; Q _{_i} ). Also, the number of blades z of the impeller of the centrifugal pump is available. During operation of a work machine, measured values of a mechanical measured variable are acquired in a step 22. In a method step 23, the rotational sound frequency f _{D is then} determined from the signal pulsations by means of a signal analysis, for example, in the limits of f _Dmin = n _min * z according to formula (9) and f _Dmax = n _max * z. In a further method step 24, the momentary drive rotational speed of the pump is determined from the rotational sound frequency f _D and the number of blades z. The following applies:

n = \frac{f_{D}}{z}

Aus der so ermittelten Antriebsdrehzahl n wird in einem nächsten Verfahrensschritt 25 die vom Motor abgegebene Leistung P₂ ermittelt. Dabei gilt: $P_{2} = ω \cdot M = 2 \cdot π \cdot n \cdot M,$

wobei

M = \frac{2 \cdot M_{k}}{\frac{n_{0} - n}{n_{0} - n_{k}} + \frac{n_{0} - n_{k}}{n_{0} - n}}

From the drive rotational speed n determined in this way, the power P ₂ emitted by the engine is determined in a next method step 25. Where:

P_{2} = ω \cdot M = 2 \cdot π \cdot n \cdot M .

in which

M = \frac{2 \cdot M_{k}}{\frac{n_{0} - n}{n_{0} - n_{k}} + \frac{n_{0} - n_{k}}{n_{0} - n}}

Die vom Motor abgegebene Leistung P₂ entspricht der Wellenleistung der Pumpe. Somit kann in einem nächsten Verfahrensschritt 26 unter Zuhilfenahme der Q-P-Kennlinie der Pumpe deren Fördermenge Q bestimmt werden. Aus der Messgröße und deren Signalpulsation wird durch das Verfahren der Betriebspunkt der Arbeitsmaschine, hier eine Kreiselpumpe, ohne die Messung von elektrischen Messgrößen bestimmt.The power delivered by the motor P ₂ corresponds to the shaft power of the pump. Thus, in a next method step 26 with the aid of the QP characteristic of the pump, the delivery rate Q can be determined. From the measured variable and its signal pulsation, the operating point of the working machine, here a centrifugal pump, is determined by the method without the measurement of electrical measured variables.

In Fig. 4a ist in Abhängigkeit einer Zeit t ein Signalverlauf eines Druckes p(t) dargestellt, der am Austritt einer Kreiselpumpe während eines Betriebs der Kreiselpumpe gemessen wurde. Es ist zu erkennen, dass der Druck sich in etwa auf einem gleich bleibenden, konstanten Niveau bewegt.In Fig. 4a is shown in dependence of a time t, a signal curve of a pressure p (t), which was measured at the outlet of a centrifugal pump during operation of the centrifugal pump. It can be seen that the pressure moves at about the same, constant level.

Fig. 4b zeigt diesen Druckverlauf p(t) in einer Detailansicht. Es ist erkennbar, dass im Signalverlauf von p(t) Druckpulsationen vorhanden sind. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass diese Druckpulsationen durch handelsübliche Drucksensoren zur Messung eines statischen Druckes erfasst werden können. Solche Drucksensoren sind ohnehin an vielen Pumpen angebracht, insbesondere um deren Enddruck zu erfassen. Ein solcher Drucksensor erfasst einen pulsierenden Anteil des Drucksignals. Die Frequenz des pulsierenden Druckanteils, die Drehklangfrequenz f_D, ergibt sich aus dem Kehrwert der Periodendauer T. Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt die Frequenz des pulsierenden Druckanteils in einem interessierenden Frequenzbereich. Der interessierende Frequenzbereich ist bei bekannter Schaufelzahl z vorgegeben durch die Grenzen von unterer und oberer Drehklangfrequenz f_{D_min} und f_{D_max}. Es gilt: $f_{D_min} = n_{\min} \cdot z und f_{D_max} = n_{\max} \cdot z$

Fig. 4b shows this pressure curve p (t) in a detailed view. It can be seen that pressure pulsations are present in the signal course of p (t). According to the invention, it has been recognized that these pressure pulsations can be detected by commercially available pressure sensors for measuring a static pressure. Such pressure sensors are already attached to many pumps, in particular to detect their final pressure. Such a pressure sensor detects a pulsating portion of the pressure signal. The frequency of the pulsating pressure component, the rotational sound frequency f _D , results from the reciprocal of the period T. The method according to the invention determines the frequency of the pulsating pressure component in a frequency range of interest. The interested one In the case of a known number of blades z, the frequency range is predetermined by the limits of lower and upper rotary sound frequency f _{D_min} and f _{D_max} . The following applies:

f_{d_min} = n_{\min} \cdot z and f_{d_max} = n_{Max} \cdot z

Darin sind n_min eine minimale Drehzahl und n_max eine maximale Drehzahl des die Kreiselpumpe antreibenden Asynchronmotors. Diese sind entweder bekannt oder können vereinfacht berechnet werden, beispielsweise durch $n_{\min} = 0, 95 \cdot n_{N} bzw .$

n_{\max} = n_{0}

wobei n₀ die synchrone Drehzahl darstellt. Zur genauen Bestimmung der Drehklangfrequenz innerhalb des interessierenden Frequenzbereichs wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine genaue Bestimmung der Drehklangfrequenz vorzugsweise mit einer Genauigkeit von einem Zehntel Hertz oder sogar von wenigen Hundertstel Hertz durchgeführt. Dies wird entweder mittels einer sehr hohen Abtastfrequenz und/oder durch ein entsprechend langes Abtastintervall erreicht. Die Drehklangfrequenz f_D wird mittels Signalanalyse, insbesondere Frequenzanalyse, beispielsweise durch eine Fast-FourierTransformation (FFT) oder eine Autokorrelationsanalyse ermittelt. Aus der Drehklangfrequenz f_D lässt sich, wie bereits dargelegt, die Antriebsdrehzahl n der Kreiselpumpe oder des diese antreibenden Antriebsmotors ermitteln.In this n _{min are} a minimum speed and n _{max is} a maximum speed of the asynchronous motor driving the centrifugal pump. These are either known or can be calculated in a simplified manner, for example by

n_{\min} = 0.95 \cdot n_{N} respectively,

n_{Max} = n_{0}

where n _{0 represents} the synchronous speed. In order to accurately determine the rotational frequency within the frequency range of interest, in the method according to the invention an accurate determination of the rotational frequency is preferably carried out with an accuracy of one tenth of a hertz or even a few hundredths of a hertz. This is achieved either by means of a very high sampling frequency and / or by a correspondingly long sampling interval. The rotary sound frequency f _D is determined by means of signal analysis, in particular frequency analysis, for example by a fast Fourier transformation (FFT) or an autocorrelation analysis. From the rotary sound frequency f _D , as already explained, the drive speed n of the centrifugal pump or of the drive motor driving it can be determined.

Die Figuren Fig. 5a und 5b dienen der Erläuterung des Verfahrensschrittes 25. Fig. 5a zeigt eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie M(n), nachfolgend auch n-M-Kennlinie genannt, eines Asynchronmotors. Bei einer solchen Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie M(n) wird das Drehmoment M über der Drehzahl n des Asynchronmotors aufgetragen. Diese an sich für einen Asynchronmotor bekannte und typische Kennlinie zeigt den Bemesungs- oder Nennbetriebspunkt eines Asynchronmotors bei einem Punkt (M_N; n_N) bei Nenndrehmoment M_N und Nenndrehzahl n_N, hier eingekreist. Bei der synchronen Drehzahl n₀ ist das Drehmoment des Asynchronmotors gleich 0. Formelmäßig ergibt sich das Drehmoment M(n) zu $M (n) = \frac{2 \cdot M_{k}}{\frac{n_{0} - n}{n_{0} - n_{k}} + \frac{n_{0} - n_{k}}{n_{0} - n}}$

The figures Fig. 5a and 5b serve to explain the method step 25. Fig. 5a shows a speed-torque characteristic M (n), hereinafter also called nM characteristic of an asynchronous motor. In such a speed-torque characteristic curve M (n), the torque M is plotted against the speed n of the asynchronous motor. This characteristic curve, which is known per se for an asynchronous motor, shows the rated or nominal operating point of an asynchronous motor at a point (M _N, n _N ) at nominal torque M _N and rated speed n _N , circled here. At the synchronous speed n ₀ , the torque of the asynchronous motor is equal to 0. In terms of the formula, the torque M (n) is equal to

M (n) = \frac{2 \cdot M_{k}}{\frac{n_{0} - n}{n_{0} - n_{k}} + \frac{n_{0} - n_{k}}{n_{0} - n}}

Fig. 6 a zeigt eine daraus abgeleitete Drehzahl-Leistungs-Kennlinie oder n-P-Kennlinie des Asynchronmotors mit $P_{2} (n) = \frac{4 \cdot π \cdot n \cdot M_{k}}{\frac{n_{0} - n}{n_{0} - n_{k}} + \frac{n_{0} - n_{k}}{n_{0} - n}}$

Fig. 6 a indicates a derived speed-power characteristic or nP characteristic of the asynchronous motor

P_{2} (n) = \frac{4 \cdot π \cdot n \cdot M_{k}}{\frac{n_{0} - n}{n_{0} - n_{k}} + \frac{n_{0} - n_{k}}{n_{0} - n}}

Die zur Berechnung der Kennlinie M(n) bzw. P₂(n) erforderlichen Motorparameter sind dabei aus Typenschilddaten eines Asynchronmotors ableitbar. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn alleine aus den Typenschilddaten Bemessungsleistung P_2N und Bemessungsdrehzahl n_N der Verlauf der n-P-Kennlinie bestimmt wird. Aus diesen beiden, üblicherweise auf jedem Asynchronmotor auf dessen Typenschild ersichtlichen Parametern lässt sich die synchrone Drehzahl n₀ ableiten. Das Kippmoment M_k ist üblicherweise aus Herstellerangaben bekannt oder kann überschlägig auf ein geeignetes Vielfaches, beispielsweise auf das Dreifache, des Nennmomentes gesetzt werden. Die Kippdrehzahl n_k kann gemäß Formel (5) berechnet werden.The motor parameters required for calculating the characteristic curve M (n) or P ₂ (n) can be derived from nameplate data of an asynchronous motor. It is of particular advantage, if solely from the nameplate data rated power P _2N and rated speed n _N, the course of the nP characteristic is determined. From these two parameters, usually on each asynchronous motor on its nameplate apparent parameters can be derived from the synchronous speed n ₀ . The tilting moment M _k is usually known from the manufacturer or can be roughly set to a suitable multiple, for example, three times the nominal torque. The tilting speed n _k can be calculated according to formula (5).

Im Betriebsbereich einer Arbeitsmaschine kann die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Asynchronmotors aus Fig. 5a als Gerade durch die Punkte (M_N ; n_N), gegeben durch Nenndrehmoment M_N bei Nenndrehzahl n_N, und (M = 0; n₀), gegeben durch Drehmoment M = 0 bei synchroner Drehzahl n₀, angenähert werden. Es ergibt sich folgende vereinfachte Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, n-M-Kennlinie des Asynchronmotors: $M (n) = M_{N} \cdot \frac{n - n_{0}}{n_{N} - n_{0}}$

In the operating range of a working machine, the speed-torque characteristic of the asynchronous motor can Fig. 5a as straight line through the points (M _N ; n _N ) given by rated torque M _N at rated speed n _N , and (M = 0; n ₀ ) given by torque M = 0 at synchronous speed n ₀ . The result is the following simplified speed-torque characteristic, nM characteristic of the asynchronous motor:

M (n) = M_{N} \cdot \frac{n - n_{0}}{n_{N} - n_{0}}

Diese angenäherte oder vereinfachte Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie ist in Fig. 5b und die daraus abgeleitete vereinfachte Drehzahl-Leistungs-Kennlinie in Fig. 6b dargestellt: $P_{2} (n) = P_{2 N} \cdot \frac{n - n_{0}}{n_{N} - n_{0}}$

This approximate or simplified speed-torque characteristic is in Fig. 5b and derived therefrom simplified speed-power curve in Fig. 6b shown:

P_{2} (n) = P_{2 N} \cdot \frac{n - n_{0}}{n_{N} - n_{0}}

In beiden Fällen, mit vereinfachter linearer n-P-Kennlinie gemäß Formel (15) oder unter Verwendung der Kloss'schen Formel abgeleiteter n-P-Kennlinie gemäß Formel (13), ist aus der Antriebsdrehzahl n in einem Verfahrensschritt 25 die von einer Arbeitsmaschine aufgenommene Leistung P₂(n) bestimmbar.In both cases, with simplified linear nP characteristic according to formula (15) or nP characteristic curve derived using Kloss's formula according to formula (13), from the drive rotational speed n in a method step 25 the power P ₂ picked up by a working machine is obtained (n) determinable.

Mit Kenntnis der aufgenommenen Leistung P₂ der Arbeitsmaschine und unter Verwendung der Q-P-Kennlinie kann die Fördermenge Q in einem Verfahrensschritt 26 bestimmt werden.With knowledge of the absorbed power P _{2 of} the working machine and using the QP characteristic, the flow rate Q can be determined in a method step 26.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen, erfindungsgemäßen Verfahrens 21 unter Verwendung einer lastabhängigen Drehzahl-Förderstrom-Kennlinie oder n-Q-Kennlinie. Bei diesem Verfahren ist in einem Datenspeicher 33 die Schaufelzahl z sowie eine lastabhängige Drehzahl-Förderstrom-Kennlinie n(Q), gegeben durch mehrere (i) Stützwerte (n_{_1}; Q_{_1}), (n_{_2}; Q_{_2}), ... (n_{_i}; Q_{_i}), gespeichert. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine auswertbare Drehzahländerung über den Förderstrombereich existiert. Eine solche lastabhängige Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie kann während eines regulären Betriebs der Pumpe lernend ermittelt und gespeichert werden. Alternativ kann in einem Testlauf der Pumpe, der beispielsweise bei einer Inbetriebnahme der Pumpe erfolgt, für mehrere Betriebspunkte mit bekannter Fördermenge, darunter beispielsweise Q₀, Q_max, die jeweilige Betriebsdrehzahl ermittelt und gespeichert werden. Wiederum erfolgt in dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren eine Erfassung 22 einer Messgröße und über die Verfahrensschritte 23 und 24 wird die Antriebsdrehzahl n der Arbeitsmaschine ermittelt. In dem in Fig. 7 gezeigten Verfahren wird nun in einem Verfahrensschritt 27 unter Zuhilfenahme der Stützwerte (n_{_1}; Q_{_1}), (n_{_2}; Q_{_2}), ... (n_{_i}, Q_{_i}) die momentane Fördermenge Q ermittelt. Somit kann die Fördermenge Q der Kreiselpumpe direkt aus der Drehzahl n ermittelt werden. Eine solche lastabhängige Drehzahl-Förderstrom-Kennlinie, die üblicherweise für eine Pumpe nicht dokumentiert ist, ist in Fig. 8 gezeigt. Fig. 7 shows a schematic representation of an alternative, inventive method 21 using a load-dependent speed-flow characteristic or nQ characteristic. In this method, in a data memory 33, the number of blades z and a load-dependent speed-flow characteristic n (Q), given by several (i) support values (n _{_1} ; Q _{_1} ), (n _{_2} ; Q _{_2} ), ... (n _{_i} ; Q _{_i} ) stored. According to the invention, it has been recognized that an evaluable speed change exists over the delivery flow range. Such a load-dependent speed-torque characteristic can be learned and stored during a regular operation of the pump learning. alternative In a test run of the pump, which takes place, for example, when the pump is started up, the respective operating speed can be determined and stored for a plurality of operating points with a known flow rate, including, for example, Q ₀ , Q _max . Again, in the in Fig. 7 The method illustrated a detection 22 of a measured variable and the process steps 23 and 24, the input speed n of the machine is determined. In the in Fig. 7 The method will now be shown in a step 27 with the aid of the supporting values (n _{_1;} Q _{_1);} determined, ... (n _{_i,} Q _{_i)} the instantaneous flow rate Q (Q n _{_2} _{_2),} Thus, the flow rate Q of the centrifugal pump can be determined directly from the speed n. Such a load-dependent speed-flow characteristic, which is usually not documented for a pump, is in Fig. 8 shown.

Fig. 9 zeigt ein kombiniertes Verfahren zur Bestimmung von Q, das eine Betriebspunktbestimmung, sowohl aus der Förderhöhe H und aus der Leistung P₂ durchführt. Auch bei diesem Verfahren wird die Druckpulsation des druckseitigen Druckes p₂ zur Bestimmung der Wellenleistung P₂ und der Fördermenge Q benutzt. Das Verfahren enthält wiederum die bereits in Fig. 3 beschriebenen Verfahrensschritte 23, 24 und 25. In einem Datenspeicher 30 sind wiederum die bereits in Fig. 3 beschriebenen Parameter sowie die Q-P-Kennlinie abgespeichert. Zusätzlich ist die Förderstrom-Förderhöhen-Kennlinie, die Q-H-Kennlinie, der Kreiselpumpe, abgelegt. Dazu wird die Stütztabelle für die Q-P-Kennlinie um entsprechende Förderhöhenwerte H_{_1}, H_{_2} ... H_{_i} ergänzt. Fig. 9 shows a combined method for the determination of Q, which performs an operating point determination, both from the head H and from the power P ₂ . Also in this method, the pressure pulsation of the pressure-side pressure p _{2 is used} to determine the shaft power P ₂ and the flow rate Q. The procedure again contains those already in Fig. 3 described process steps 23, 24 and 25. In a data memory 30 are in turn the already in Fig. 3 stored parameters and the QP characteristic. In addition, the delivery flow / delivery head characteristic, the QH characteristic, the centrifugal pump, is stored. For this purpose, the support table for the QP characteristic is supplemented by corresponding head heights H _{_1} , H _{_2} ... H _{_i} .

Zur Bestimmung der Fördermenge Q wird in einem Verfahrensschritt 28 die Fördermenge nach einem kombinierten Verfahren aus Förderstrom-Förderhöhen-Kennlinie und Förderstrom-Leistungs-Kennlinie der Kreiselpumpe bestimmt. Somit ist die Betriebspunktbestimmung genauer und zuverlässiger durchführbar. Die benötigte Förderhöhe H wird in einem Verfahrensschritt 15 aus Endruck p₂ und Saugdruck p₁ berechnet.In order to determine the flow rate Q, in a process step 28 the flow rate is determined by a combined process from the flow rate-delivery height characteristic curve and the delivery flow rate performance curve of the centrifugal pump. Thus, the operating point determination is more accurate and reliable feasible. The required delivery height H is calculated in a method step 15 from end pressure p ₂ and suction pressure p ₁ .

Fig. 10 zeigt eine Kreiselpumpenanordnung 50, bei der eine Kreiselpumpe 51 über eine Welle 53 mit einem Asynchronmotor 52 verbunden ist, der die Kreiselpumpe 51 antreibt. Dazu wird der Asynchronmotor 52 von einer Netzzuleitung 54 gespeist. Der Asynchronmotor 52 weist ein Typenschild 55 mit charakteristischen Kenngrößen des Asynchronmotors 52 auf. An einem Druckstutzen 56 der Kreiselpumpe 51 ist ein Drucksensor 57 zur Messung des druckseitigen Druckes oder Enddruckes der Kreiselpumpe 51 angeordnet. Der Drucksensor 57 ist über eine Leitung 58 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 61 verbunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 61 wertet die Messsignale des Drucksensors 57 aus und bestimmt den Betriebspunkt der Arbeitsmaschine 51. Sie nutzt dazu das erfindungsgemäße Verfahren. Zur Durchführung des Verfahrens genügen als charakteristische Kenngrößen des Asynchronmotors die Typenschilddaten Nennleistung P_2N und die Nenndrehzahl n_N. Alle anderen Motorparameter sind daraus ableitbar oder berechenbar. Die Vorrichtung 61 hat einen zur Erfassung der Drucksignale geeigneten Anschluss oder Signaleingang 62. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Signaleingang 62 für Signalanteile bis zu 500 Hz auszulegen. Ein solcher Eingang ist kostengünstiger als ein hochdynamischer Eingang, der Signale im Frequenzbereich von einigen Kilohertz erfassen kann, und bietet die Möglichkeit einer ausreichend schnellen und empfindlichen Signalerfassung. Weiterhin besitzt die Vorrichtung 61 eine Signalverarbeitungseinheit 64, die die Drehklangfrequenz f_D in einer ausreichenden Genauigkeit ermittelt. Die Signalverarbeitungseinheit 64 ist in der Lage, die Drehklangfrequenz mit einer Genauigkeit von einem Zehntel Hertz oder von wenigen Hundertstel Hertz zu bestimmen. Sie verfügt über eine hohe Abtastfrequenz und/oder über entsprechend lange Abtastintervalle. Das in der Vorrichtung 61 ablaufende Verfahren wird von einer Recheneinheit 65 gesteuert und koordiniert. Weiterhin weist die Vorrichtung 61 eine Anzeige- und/oder Bedieneinheit 66 auf. An der Vorrichtung kann ein, hier nicht dargestellter, weiterer Drucksensoranschluss vorgesehen sein, der beispielsweise zur Erfassung eines Pumpensaugdruckes dient. Darüber hinaus kann die Vorrichtung weitere, hier nicht dargestellte Signaleingänge und/oder eine serielle Busschnittstelle, beispielsweise zum Ein- oder Auslesen von Parametern, aufweisen. Fig. 10 shows a centrifugal pump assembly 50, in which a centrifugal pump 51 is connected via a shaft 53 with an asynchronous motor 52 which drives the centrifugal pump 51. For this purpose, the asynchronous motor 52 is fed by a mains supply line 54. The asynchronous motor 52 has a nameplate 55 with characteristic characteristics of the asynchronous motor 52. At a discharge port 56 of the centrifugal pump 51, a pressure sensor 57 for measuring the pressure-side pressure or discharge pressure of the centrifugal pump 51 is arranged. The pressure sensor 57 is connected via a line 58 to a device 61 according to the invention. The device 61 according to the invention evaluates the measuring signals of the pressure sensor 57 and determines the operating point of the working machine 51. It uses the method according to the invention for this purpose. For carrying out the method, the characteristic plate data nominal power P _2N and the nominal rotational speed n _N are sufficient as characteristic parameters of the asynchronous motor. All other motor parameters can be derived or calculated from this. The device 61 has a suitable for detecting the pressure signals terminal or signal input 62. It has proved to be expedient to interpret the signal input 62 for signal components up to 500 Hz. Such an input is less expensive than a high dynamic input capable of detecting signals in the frequency range of several kilohertz, and offers the possibility of sufficiently fast and sensitive signal detection. Furthermore, the device 61 has a signal processing unit 64 which determines the rotational sound frequency f _D with sufficient accuracy. The signal processing unit 64 is capable of determining the rotational sound frequency with an accuracy of one tenth of a hertz or a few hundredths of a hertz. It has a high sampling frequency and / or correspondingly long sampling intervals. The running in the device 61 process is controlled and coordinated by a computing unit 65. Furthermore, the device 61 has a display and / or operating unit 66. At the device, a further pressure sensor connection, not shown here, may be provided, which serves for example for detecting a pump suction pressure. In addition, the device further, not shown signal inputs and / or a serial bus interface, for example, for reading or reading parameters, have.

Fig. 11 zeigt eine Kreiselpumpenanordnung, bestehend aus Kreiselpumpe 51 und Asynchronmotor 52, und eine Vorrichtung zur Betriebspunktbestimmung in Form eines Mobiltelefons 71. Diese bestimmt den Betriebspunkt der Kreiselpumpe 51 aus dem von der Kreiselpumpe 51 übertragenen Luftschall. Dazu weist das Mobiltelefon 71 ein integriertes Mikrofon 72 auf. Das Mobiltelefon 71 nutzt in diesem Ausführungsbeispiel das erfindungsgemäße Verfahren. Dazu kann in einem - hier nicht dargestellten - Datenspeicher des Mobiltelefons 71 ein entsprechender Programmablauf gespeichert sein, der von einer in dem Mobiltelefon befindlichen - hier nicht dargestellten Recheneinheit - abgearbeitet wird. Fig. 11 shows a centrifugal pump assembly consisting of centrifugal pump 51 and asynchronous motor 52, and an apparatus for operating point determination in the form of a Mobile phones 71. This determines the operating point of the centrifugal pump 51 from the transmitted from the centrifugal pump 51 airborne sound. For this purpose, the mobile telephone 71 has an integrated microphone 72. The mobile phone 71 uses the inventive method in this embodiment. For this purpose, a corresponding program sequence can be stored in a data memory of the mobile telephone 71, not shown here, which is processed by a computer unit (not shown here) located in the mobile telephone.

Die Vorrichtung kann auch, wie in Fig. 12 dargestellt, räumlich getrennt von einer Arbeitsmaschine deren Betriebspunkt bestimmen. In Fig. 12 ist die gleiche Kreiselpumpenanordnung wie in Fig. 11, bestehend aus Kreiselpumpe 51 und Asynchronmotor 52, gezeigt. Ein Mobiltelefon 71 mit integriertem Mikrofon 72 erfasst an einem durch gestrichelte Linie kenntlich gemachten Betriebsort 78 der Kreiselpumpe 51 und des Asynchronmotors 52 die Betriebsgeräusche der Arbeitsmaschine 51. Das Mobiltelefon 71 erfasst dazu die Luftschallsignale der Arbeitsmaschine 51. Eine Vorrichtung 61 zur Betriebspunktbestimmung ist räumlich getrennt von der Arbeitsmaschine 51 angeordnet, an einem Ort 79, an dem die Betriebspunktbestimmung durchgeführt wird. Die Vorrichtung 61 nutzt Telekommunikationsmittel, die als Signalübertragungsmittel dienen, um die Betriebspunktbestimmung räumlich getrennt von der Arbeitsmaschine 51 durchzuführen. Die vom Mobiltelefon 71 erfassten Luftschallsignale der Kreiselpumpe 51 werden mittels Telekommunikationsnetz 77 an die Vorrichtung 61 übertragen oder übermittelt. The device can also, as in Fig. 12 represented spatially separated from a work machine determine its operating point. In Fig. 12 is the same centrifugal pump arrangement as in Fig. 11 consisting of centrifugal pump 51 and asynchronous motor 52, shown. A mobile phone 71 with integrated microphone 72 detects at a marked by dashed line location 78 of the centrifugal pump 51 and the induction motor 52, the operating noise of the work machine 51. The mobile phone 71 detects the airborne sound signals of the working machine 51. A device 61 for operating point determination is spatially separated from the working machine 51, at a location 79 where the operating point determination is performed. The device 61 uses telecommunications means, which serve as signal transmission means to perform the operating point determination spatially separated from the working machine 51. The airborne sound signals of the centrifugal pump 51 detected by the mobile telephone 71 are transmitted or transmitted by means of telecommunication network 77 to the device 61.

Claims

Method for determining an operating point of a work machine and/or of an asynchronous motor driving the latter, a power input of the work machine and/or its delivery rate characterizing an operating point, one or more operating point-dependent measurement variables of the work machine being detected by one or more sensors, and the measurement values being evaluated and/or stored while the work machine is in operation, characterized in that the operating point is determined without the use of electrical measurement variables of the driving asynchronous motor, and in that a frequency linearly proportional to the rotational sound of the work machine is determined from a mechanical measurement variable, namely pressure, differential pressure, force, vibration, solid-borne noise or airborne noise, by means of signal analysis, in particular frequency analysis, the rotational speed (n) of the drive machine being determined from this, and the operating point being determined from the slip-induced rotational speed/torque dependence of the asynchronous motor (52).
Method according to Claim 1, characterized in that the power input (P₂) of the work machine is determined by means of the following steps:
- determination of the rotational speed/torque characteristic curve (M(n)) of the motor (52), in particular by means of stipulated motor parameters, namely design power (P_2N) and design rotational speed (n_N), if appropriate synchronous rotational speed (n₀), pull-out torque (M_k), pull-out rotational speed (n_k) or pull-out slip (s_k).

- determination of the power input (P₂) or torque (M) of the motor (52) from the determined drive rotational speed (n) and rotational speed/torque characteristic curve (M(n)) of the motor (52).
Method according to Claim 1 or 2, characterized in that, in the case of a pump, in particular a centrifugal pump (51), as a work machine, a delivery rate (Q) of the pump is determined from its drive rotational speed (n).
Method according to Claim 3, characterized in that the delivery rate (Q) of the pump is determined from the power input (P₂) determined from the drive rotational speed (n).
Method according to Claim 3 or 4, characterized in that the delivery rate (Q) of the pump is determined from parameters of the motor (52), which describe a rotational speed/torque characteristic curve (M(n)) of the motor (52), and also from parameters of the pump, which describe a delivery flow/power characteristic curve (10), and from the drive rotational speed (n).
Method according to Claim 3, characterized in that the delivery rate (Q) of the centrifugal pump (51) is determined from a characteristic curve which represents the load-dependent rotational speed change against the delivery rate (Q) of the pump.
Method according to one of Claims 3 to 6, characterized in that the drive rotational speed (n) is determined from measurement values of one or more pressure sensors (57) for the purpose of determining the operating point of the pump, in particular the centrifugal pump (51).
Method according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the drive rotational speed (n) is determined from measurement values of one or more solid-borne noise and/or airborne noise sensors for the purpose of determining the operating point of the work machine and/or of the asynchronous motor (52) driving the latter.
Method for monitoring the operating point, determined according to one of Claims 1 to 8, of a work machine and/or of an asynchronous motor driving the latter, characterized in that a faulty operating state, in particular overload or underload, of the work machine and/or of the asynchronous motor (52) is detected on the basis of an operating point which is located outside a stipulated range.
Device for determining and/or monitoring an operating point of a work machine and/or of an asynchronous motor driving the latter, the power input of the work machine and/or its delivery rate characterizing an operating point, with one or more inputs for the detection of operating point-dependent measurement variables, characterized in that the device (61) has a data store (30, 33) for technological data of the work machine and/or of the asynchronous motor driving the latter, and determines a frequency linearly proportional to the rotational sound of the work machine from a mechanical measurement variable, namely pressure, differential pressure, force, vibration, solid-borne noise or airborne noise, by means of signal analysis, in particular frequency analysis, determines the rotational speed (n) of the drive machine from this, and determines and, if appropriate, monitors the operating point from non-electrical measurement variables from the slip-induced rotational speed/torque dependence of the asynchronous motor (52).
Device according to Claim 10, characterized in that the power input of the work machine is determined by means of the following steps:
- determination of the rotational speed/torque characteristic curve (M(n)) of the motor (52), in particular by means of stipulated motor parameters, namely design power (P_2N) and design rotational speed (n_N), if appropriate synchronous rotational speed (n₀), pull-out torque (M_k), pull-out rotational speed (n_k) or pull-out slip (s_k)

- determination of the power input (P₂) or torque (M) of the motor (52) from the drive rotational speed (n) and the rotational speed/torque characteristic curve (M(n)) of the motor (52).
Device according to Claim 10 or 11, characterized in that the work machine is a pump, in particular a centrifugal pump (51), and operating point determination involves determining a delivery rate (Q) of the pump from the drive rotational speed (n).
Device according to Claim 12, characterized in that the device (61) determines the delivery rate (Q) of the pump, in particular centrifugal pump (51), from the power input (P₂) determined from the drive rotational speed (n).
Device according to Claim 12 or 13, characterized in that the device (61) determines the delivery rate (Q) of the pump, in particular centrifugal pump (51), from parameters of the motor (52), which describe a rotational speed/torque characteristic curve (M(n)) of the motor (52), and also from parameters of the pump, which describe a delivery flow/power characteristic curve (10), and from the drive rotational speed (n).
Device according to Claim 12, characterized in that the device (61) determines the delivery rate (Q) of the pump, in particular a centrifugal pump (51), from a characteristic curve which represents the load-dependent rotational speed change against the delivery rate (Q) of the pump.
Device according to one of Claims 10 to 15, characterized in that the device (61) has at least one signal input (62) for a pressure sensor (57) and from measurement values of a connected pressure sensor (57) determines the drive rotational speed (n) for the purpose of determining the operating point of the work machine.
Device according to one of Claims 10 to 15, characterized in that the device (61) has at least one signal input for a solid-borne noise and/or airborne noise sensor and from measurement values of a connected solid-borne noise and/or airborne noise sensor determines the drive rotational speed (n) for the purpose of determining the operating point of the work machine and/or of the asynchronous motor (52) driving the latter.
Device according to one of Claims 10 to 15 or 17, characterized in that the device is connectable to a microphone (72) or has an integrated microphone (72) for the detection of operating point-dependent measurement variables.
Device according to Claim 18, characterized in that the device is a telephone, in particular a mobile telephone (71), for detecting the operating noises of the work machine and for determining and/or monitoring an operating point.
Device according to Claim 18, characterized in that the device (61) uses telecommunication means, in particular a telephone or mobile telephone (71) and a telecommunication network (77), in order to carry out the determination and/or monitoring of an operating point at a location (79) other than the operating location (78) of the work machine.