DE3638604A1 - Fluidisches system mit volumenstrommesseinrichtung - Google Patents
Fluidisches system mit volumenstrommesseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein fluidisches System mit einer Meßvorrichtung,
dessen Fluid Hochdrücke von mehreren hundert bar und/oder wechselnde
Drucke aufweist, welches mit Meß-, Steuer- und/oder Regelleitungen ver
sehen ist, die jeweils mit Meß-, Steuer- und/oder Regelpunkten des
Systems verbunden und zu einer Sammelvorrichtung zusammengeführt sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine Volumenstrommeßeinrichtung für hohe
und wechselnde Drücke, welche mit einer Meßblende versehen ist.
Im Bereich der Mobilhydraulik sind aus Kostengründen oftmals keinerlei
Meßpunkte für die Volumenstrommessung an Hydropumpen- oder -motoren
vorgesehen. Stationär eingebaute Präzisions-Turbinen-Zahn- oder
Ovalradzähler sind zu teuer oder für die oftmals gestellten harten
Umgebungs- oder Betriebsbedingungen für jahrelangen Betrieb nicht
geeignet.
Für eine Volumenstromdiagnose eines Pumpenantriebs ist ein fest
einzubauender Meßblock, bestehend aus einem Absperrhahn und den
Festhälften einer hydraulischen Schnellkupplung bekannt. Im Service-
oder Überprüfungsfall wird hierbei ein Volumensensor vom Bedienungs
personal mittels geeigneter Hochdruckschläuche und korrespondierender
Loshälften der hydr. Schnellkupplung angeschlossen. Diese Lösung ist
für viele Anwendungen ebenfalls zu aufwendig und zu teuer.
Mit der EP 8 610 1980 wird ein fluidisches System mit Meßvorrichtung
vorgeschlagen, bei dem auf einfache Art und Weise mittels eines
Multisensorkopfes zu Diagnosezwecken verschiedene Einzeldrücke
gleichzeitig gemessen und an einem Instrument ausgewertet werden.
Bei dem vorgeschlagenen fluidischen System in Kombination mit
einer Meßvorrichtung, bei dem Meß-, Steuer- und/oder Regelleitungen mit
den entsprechenden Punkten des Systems fest installiert sind und zu
einer Sammelvorrichtung führen, werden ebenfalls bereits vorgeschlagene
Monokupplungen verwendet, welche zu einer Vielfachkupplung entwickelt
wurden, um die erfaßten Drücke über eine Multileitung zu übertragen, so
daß die Messungen - aufgenommen an den verschiedenen Punkten des
Systems - an zentrale Stelle und - falls erforderlich - auch
gleichzeitig durchgeführt werden können.
Bei diesem Meßsystem werden eine Vielzahl von Sensoren, vorzugsweise
Drucksensoren, mittels eines einzigen Kuppelvorganges mit den
entsprechend zugeordneten Meßstellen oder Meßpunkten des Systems
verbunden.
Die Sammelvorrichtung ist dabei als eine unter Betriebsdruck be
tätigbare Mehrfachschnellkupplung mit einem Dosen- und einem Stecker
stück ausgebildet, und das weiterführende Stecker- oder Dosenstück ist
mit einer eine Vielzahl von Sensoren aufweisenden Meßvorrichtung
und/oder mit Steuer- und/oder Regelvorichtungen verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine einfache, robuste und
nahezu wartungsfreie Volumenstrommeßeinrichtung anzugeben, welche
kompakt ausgebildet ist, zuverlässig und bei hohen Drücken und
Wechseldrücken arbeitet und eine lange Lebensdauer aufweist.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde in dem o. g. fluidischen
System mittels eines Sensorkopfes über Differenzdruckmessungen auch
Volumenstrommessungen durchzuführen. Hierbei wird davon ausgegangen,
daß Drosseln, Blenden und Venturidüsen bekannt sind. Bei der Verwendung
dieser Meßelemente wird üblicherweise mit einem kleinen Differenz
druckpegel gearbeitet, um die Leitungsdruckverluste in erträglichen und
zulässigen Grenzen zu halten, da moderne Anlagen mit hohem Wirkungsgrad
anzulegen sind.
Bei sehr hohen Betriebsdrücken und der Darstellung kleiner Differenz
druckpegel sind die Grenzen der Auswertung des Differenzdrucksignals
über einfache, billige Druckaufnehmersysteme sehr schnell aus
grundsätzlichen meßtechnischen Gründen erreicht, weil der Meßfehler
beim Differenzdruck in halber Größe direkt in die Volumenstrommessung
eingeht.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht nach der Erfindung darin,
daß in dem eingangs aufgeführten fluidischen System mindestens eine
nach dem Prinzip der Meßblende arbeitende Volumenstrommeßeinrichtung
integriert und einem Prüfling zugeordnet ist, welche ein Absperrventil
mit einer in einem Bypass liegenden Meßblende aufweist, wobei eingangs-
und ausgangsseitig zur Blende Drucksensoren angeordnet sind. Hierdurch
wird mit Hilfe eine einfachen Meßblendeneinheit im Betriebsfall ein
nahezu freier, verlustloser Durchfluß gewährleistet und im Meßfall ein
derartig großer definierter Staudruck aufgebaut wird, daß durch den
hohen Differenzdruck eine problemfreie Volumenstromauswertung erfolgen
kann.
Nach der Erfindung wird eine Volumenstrommeßeinrichtung vorgeschlagen,
welche ein Gehäuse mit einer Eingangs- und einer Ausgangs-
Schraubverbindung und einen Betriebsströmungskanal mit einem Bypass
aufweist, wobei sich in dem Betriebsströmungskanal ein betätigbares
Sperrelement eines Absperrventils befindet, welches in Arbeitsstellung
im Betriebsströmungskanal einen oder nahezu einen druckverlustfreien
Querschnitt aufweist und in Meßstellung den Betriebsströmungskanal der
Volumenmeßeinrichtung hermetisch schließt, so daß die gesamte Fluidik
den Bypass und eine in diesem angeordnete Meßblende durchströmt.
In Weiterbildung der Erfindung ist die im Bypaß der Volumenstrom
meßeinrichtung liegende Meßblende austauschbar ausgebildet.
Zur Herstellung eines kompakten Meßgerätes ist es vorteilhaft,
eingangs- und ausgangsseitig zur Blende je eine Bohrung zur Aufnahme
eines Drucksensors vorzusehen. Das Meßgerät ist somit als eine
Baueinheit ausgebildet und läßt sich in eine hydraulische Leitung in
einfacher Weise mittels Schraub- oder Flanschverbindungen einbauen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Meßblende
mit dem aus der Volumenstrommeßeinrichtung herausnehmbaren Kopfstück
des Absperr- und Durchgangsventils verbunden und in Achsrichtung der
Ventilbohrung ist zwischen dem Hauptströmungskanal und dem Bypass eine
Bohrung zur Durchführung der Meßblende und Aufnahme der Blenden
befestigung vorhanden.
Mit Hilfe der Erfindung kann beispielsweise eine Hydropumpe nahezu
ideal, d. h. ohne nachträglichen Sensoreinbau in die Leitung und die
dabei auftretenden Leckage-Umweltschutzprobleme, bei Voll- und Teillast
zu jeder Zeit auf ihren momentanen Qualitätszustand überprüft werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei
zeigt
Fig. 1 das Schaltbild einer Fluid-Anlage mit Fluid-Leitungen,
zusammengeführt zu einer Sammelvorrichtung mit einer
Meßvorrichtung;
Fig. 2 eine Multimeßkupplung mit Multisensorkopf und einem
Volumenstrommeßgerät mit Sensoranschlüssen im Meßzustand
mit geschlossenem Ventil;
Fig. 3 eine Ansicht eines Volumenstrommeßgerätes mit seinen
Sensoranschlüssen im Betriebszustand mit offenem Ventil;
Fig. 4a einen Längsschnitt eines Volumenstrommeßgerätes mit Senso
ren, im Betriebszustand mit offenem Ventil,
Fig. 4b einen Längsschnitt eines Volumenstrommeßgerätes mit Senso
ren gemäß Fig. 4a, um einen Winkel von 90° gedreht;
Fig. 4c eine Einzelheit Y aus Fig. 4a;
Fig. 5 einen Längsschnitt eines Volumenstrommeßgerätes mit Ven
tilkörper und Meßblende im Meßzustand mit geschlossenem
Ventil.
In der Fig. 1 ist das Schaltbild einer Fluid-Anlage mit Fluid-Lei
tungen als ein Anwendungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem
Falle handelt es sich um einen hydraulischen Antrieb mit Hydrozylinder
und einer mit Hilfe des Volumenstrommeßgerätes zu überwachenden und zu
prüfenden hydraulischen Pumpe.
Die Fluidleitungen a, b, c, d, e, f, g und h sind mit den jeweiligen
Elementen der Fluid-Anlage verbunden und führen sämtlich zu einer
gemeinsamen Sammelvorrichtung 1, welche aus einem Stecker- und einem
Dosenstück 2 bzw. 3 besteht.
Eine Gruppe von Verbindungsleitungen des Dosenstückes 3 ist direkt mit
einer Meßvorrichtung integral verbunden, während eine andere Gruppe von
Fluidverbindungsleitungen oder elektrischen Leitern aus der Meßvor
richtung zu einem entfernt gelegenen Meß-, Steuer- und Regelgerät
geführt ist. Die Sammelvorrichtung mit der Mehrfachschnellkupplung 1
und dem integrierten Meßgerät ermöglicht alle angesprochenen
Variationen. Als Fluid-Anlage kommt jede Anlage infrage, welche
beispielsweise mit einer Hydraulik ausgerüstet ist. Es können mobile
oder stationäre Anlagen sein. Zu den mobilen Anlagen zählen Erdbe
wegungsanlagen wie Bagger, Rammvorrichtungen, ferner Transportfahrzeuge
auf Rädern oder Ketten, Hebefahrzeuge oder dergleichen.
Die Mehrfachkupplung 1, welche Bestandteil der Sammelvorrichtung
ist, kann jeweils gleichzeitig Hochdrücke von mehreren hundert bar oder
wechselnde Drücke aufweisen.
Die Volumenstrommeßeinrichtung 4 mit ihren Sensormeßanschlüssen 5 und 6
liegt vor der zu prüfenden Pumpe 7. Die Sensoranschlüsse 5 und 6 sind
über die Leitungen g und h mit dem Dosenstück 2 verbunden.
Mit 8 ist ein Wegeventil bezeichnet, welches vor einem Drosselrück
schlagventil 9 und einem entsperrbaren Rückschlagventil 10 sowie dem
Arbeitszylinder 11 liegt. Die Ausgangsleitung 12 aus dem Arbeits
zylinder 11 führt über ein Sicherheitsventil 13 zum Wegeventil 8. Die
Indexbezifferungen 1* bis 4* sowie 6* sowie 7* sind Druckmeßpunkte,
welche sämtlich zum Dosenstück 2 führen. Hierzu zählen auch die
Sensoranschlüsse 5 und 6.
Die Fig. 2 zeigt die Volumenstrommeßvorrichtung 4 mit ihren Sensoran
schlüssen 5 und 6 im Meßzustand, welche über die Leitungen g und h mit
dem Dosenstück 2 und dem Steckerstück 3 verbunden sind. Die
Volumenstrommeßvorrichtung 4 ist mit einem Sperrventil 14 versehen,
welche die Stellungen "Auf" und "Zu" einnehmen kann. Das Sperrventil
14 befindet sich in der Fig. 2 in Stellung "Zu".
Die Fig. 3 zeigt die Volumenstrommeßvorrichtung 4 mit ihren Sensoran
schlüssen 5 und 6 im Betriebszustand. Die Leitungen g und h sind mit
dem Steckerstück 3 und dem Dosenstück 2 verbunden. Das
Sperrventil 14 befindet sich in Stellung "Auf". Eine Schraubenschutzklappe
15 dient dem mechanischen Schutz des Dosenstückes 2.
Die Fig. 4a zeigt einen Längsschnitt eines Volumenstrommeßgerätes 4
mit Sensoren 5 und 6 im Betriebszustand mit offenem Absperrventil 14,
die Fig. 4b einen Längsschnitt des Volumenstrommeßgerätes 4, um einen
Winkel von 90° gedreht. Die Fig. 4c zeigt die Einzelheit Y aus der
Fig. 4a und zwar das Ventil 14 im geschlossenen Zustand.
Die Volumenstrommeßeinrichtung 4 besteht aus einem Gehäuse 16 mit
einer Eingangs- und einer Ausgangs-Schraubverbindung 17 und 18. Der
Betriebsströmungskanal 19 ist als Bypass zum Meßströmungskanal 20 ausge
bildet. In dem Betriebsströmungskanal 19 befindet sich ein betätig
bares Ventil- oder Sperrelement 14 eines Absperrventils, welches in der
Fig. 4a in Arbeitsstellung bzw. in geöffneter Stellung dargestellt
ist.
Das Absperrventil 14 ist derartig ausgelegt, daß es im Betriebsströ
mungskanal 19 einen oder nahezu einen druckverlustfreien Querschnitt
aufweist und in Meßstellung, welche in Fig. 4c dargestellt ist, den
Betriebsströmungskanal 19 der Volumenmeßeinrichtung 4 hermetisch
schließt, so daß die gesamte Fluidik den Meßströmungskanal 20 und eine
in diesem angeordnete Meßblende 21 durchströmt. Eingangs- und aus
gangsseitig zur Meßblende 21 sind Drucksensoren 5 und 6 angeordnet. Um
auch die Temperatur bei den Messungen sofort berücksichtigen zu können
ist mindestens einer der Drucksensoren 5 oder 6 mit einem Temperatur
sensor integriert.
Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der
Betriebsströmungskanal 20* als Bypass zum Meßströmungskanal 19*
ausgebildet ist. Hierbei ist die im Bypass oder im Meßströmungskanal 19*
der Volumenstrommeßeinrichtung 4 liegende Meßblende 21 austauschbar
ausgebildet.
In einer Ausführungsform ist hierbei die Meßblende 21 mit dem aus der
Volumenstrommeßeinrichtung 4 herausnehmbaren Kopfstück 22 des Absperr-
und Durchgangsventils 14 verbunden, wobei in Achsrichtung der Ventil
bohrung zwischen dem Meßströmungskanal 19* und dem Bypass oder
Betriebsströmungskanal 20* eine Bohrung 23 zur Durchführung der
Meßblende 21 und Aufnahme der Blendenbefestigung vorhanden ist.
Es ist nach der Erfindung jedoch auch möglich, die Meßblende 21 und
abhängig von dem Kopfstück 22 des Ventils 14 durch eine durch die
Gehäusewandung 24 vorgesehene Bohrung 25 zu führen und mit Hilfe von
Hochdruckdichtungen abzudichten.
Claims (7)
1. Fluidisches System mit Meßvorrichtung, dessen Fluid Hochdrücke von
mehreren hundert bar und/oder wechselnde Drücke aufweist, welches
mit Meß-, Steuer- und/oder Regelleitungen versehen ist, die jeweils
mit Meß-, Steuer- und/oder Regelpunkten des Systems verbunden und
zu einer Sammelvorrichtung zusammengefügt sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß in dem fluidischen System mindestens eine nach dem
Prinzip der Meßblende arbeitende Volumenstrommeßeinrichtung (4)
integriert und einem Prüfling (7) zugeordnet ist, welche ein
Absperrventil (14) mit einer in einem Bypass (20) liegenden
Meßblende (21) aufweist, wobei eingangs- und ausgangsseitig zur
Meßblende (21) Drucksensoren (5, 6) angeordnet sind.
2. Volumenstrommeßeinrichtung für hohe und wechselnde Drücke, mit
einer Meßblende, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenstrommeß
einrichtung (4) ein Gehäuse (16) mit einer Eingangs- und einer
Ausgangs-Schraubverbindung (17 bzw. 18) und einen Betriebs
strömungskanal (19) mit einem Bypass (20) aufweist, wobei sich in
dem Betriebsströmungskanal (19) ein betätigbares Sperrelement eines
Absperrventils (14) befindet, welches in Arbeitsstellung im
Betriebsströmungskanal (19 ) einen oder nahezu einen druckver
lustfreien Querschnitt aufweist und in Meßstellung den Be
triebsströmungskanal (19) der Volumenmeßeinrichtung (4) hermetisch
schließt, so daß die gesamte Fluidik den Bypass (20) und eine in
diesem angeordnete Meßblende (21) durchströmt.
3. Fluidisches System nach Anspruch 1 oder Volumenstrommeßeinrichtung
nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bypass (20) der
Volumenstrommeßeinrichtung (4) liegende Meßblende (21) austauschbar
ausgebildet ist.
4. Fluidisches System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Meßblende (21) mit dem aus der Volumenstrommeß
einrichtung (4) herausnehmbaren Kopfstück (22) des Absperr- und
Durchgangsventils verbunden ist und in Achsrichtung der
Ventilbohrung (23) zwischen dem Hauptströmungskanal (19) und dem
Bypass (20) eine Bohrung zur Durchführung der Meßblende (21) und
Aufnahme der Blendenbefestigung vorhanden ist.
5. Volumenstrommeßeinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eingangs- und ausgangsseitig zur Meßblende (21)
je eine Bohrung zur Aufnahme eines Drucksensors (5 bzw. 6) vorhanden
ist.
6. Volumenstrommeßeinrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß diese als eine Baueinheit kompakt ausgebildet
und in ein hydraulisches System mittels Schraub- oder Flansch
verbindungen einsetzbar ist.
7. Volumenstrommeßeinrichtung nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß einer der Drucksensoren (5 oder 6)
einen integrierten Temperatursensor aufweist.
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