EP2705257B1 - Medientrennvorrichtung, insbesondere hydrospeicher, einschliesslich zugehöriger messeinrichtung und messverfahren - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a media separating device, in particular a hydraulic accumulator, with the features in the preamble of claim 1.
- the invention further relates to a measuring device, also designed as a conversion or retrofit kit, as well as a measuring method for operating the measuring device in the media separating device.
- Media and in particular flowable media in the context of the present invention are frequently used in drive technology, for example as lubricants and / or coolants or as pressure medium in hydraulic systems for the transmission of energy from a pressure medium source to a consumer.
- Flowable media such as hydraulic oil or other pressurized fluids, are here among other things in media separation devices, such as hydraulic accumulators that perform a variety of tasks in hydraulic systems and energy storage, providing a fluid reserve, the emergency operation of consumers, the pressure shock absorption and the like serve more.
- a safe and proper operation of a hydraulic system requires in addition to the knowledge of physical operating parameters, such as pressure or flow rates, also a statement about whether the media separation device itself is trouble-free and reliable in operation.
- the DE 101 52 777 A1 describes a device for determining the quality of a medium, in particular a lubricant and / or coolant, with a plurality of sensors which emit an electrical output signal depending on the respective sensor-specific input variable, wherein a sensor is a temperature sensor which emits an output signal substantially has only a dependence on the temperature of the medium and in particular is substantially independent of the quality of the medium. Another sensor emits an output signal that depends on both the quality of the medium and the temperature of the medium.
- the sensors used are arranged on a common submerged in the respective medium to be examined substrate. The device designed in this way makes it possible to determine quality-determining parameters of fluid media, regardless of their current temperature.
- the DE 10 2009 010 775 A1 describes a media separating device in the form of a hydraulic accumulator for receiving at least a partial volume of a pressurized liquid, wherein the hydraulic accumulator has a housing with at least one connection point for connecting the hydraulic accumulator to a hydraulic device, such as a hydraulic circuit.
- a data memory is part of the hydraulic accumulator such that the data stored in the data memory are electronically readable by means of a reading and / or writing device arranged outside the hydraulic accumulator.
- the operating state of the hydraulic accumulator can therefore be reliably determined and monitored, preferably the monitoring can also be carried out automatically and controlled by a control device.
- the US 4,788,851 discloses a media separating device, in particular a hydraulic accumulator, with a movable separating device for separating two media which are accommodated in mutually different media spaces, wherein by means of a measuring device a passage of at least one medium of a media space on the separating device in the other media space with the other medium is detectable, wherein the measuring device has at least one sensor element, and wherein the respective sensor element has a connection to a detent with respect to at least one of the media spaces.
- the sensor element is an optical sensor which projects into the interior of the one media space.
- a separator used in the known solution is a bubble-like elastomeric membrane, which separates two media spaces from one another within the storage housing, wherein a media space as a medium preferably a compressible working gas, such as nitrogen gas, and the other media space is via the junction in the storage housing with hydraulic fluid as another pressurized medium, coming from the hydraulic device, filled.
- the filling takes place against the compression force of the working gas, wherein the elastomeric separator "contracts" and moves so far.
- the separating device If hydraulic fluid is required again on the hydraulic device side, the separating device "relaxes" and, under the effect of the compressive force of the working gas, the required amount of fluid is pushed out of the reservoir housing via the connection point, whereby a partial fluid quantity regularly remains in the reservoir. Due to the permeability of the membrane material it comes in the long term to an unwanted transfer of hydraulic fluid to the so-called. Gas side of the hydraulic accumulator, which can happen abruptly in case of failure of the separation membrane, for example, by crack or fracture with the result that the "working capacity" of the hydraulic accumulator is impaired or even completely fails within the hydraulic circuit, which can significantly disrupt the operation of a hydraulic system or even impossible.
- the present invention seeks to provide a media separating device, in particular in the form of a hydraulic accumulator, which is able to increase the reliability in a position to detect the incidents described above with little components cost and promptly and to the Operator of the hydraulic system to which such hydraulic accumulators are regularly connected.
- connection takes place via at least one flexible cable connection, and that the respective cable is electrically conductively connected at its one end to the respective sensor element and is connected at its other end to the lock on parts of the storage housing.
- a passage of at least one medium of a media space of the media separating device via the separating device in the other media space with the respective other medium is detectable.
- the measuring device is advantageously effected that preferably in any type of media separation device at least the presence and optionally the type of a flowable medium is easily detectable as soon as at least one of the two media unintentionally transferred from its traditional media space in the other media space.
- the detection of flowable media can serve, in particular, as a prerequisite for the application of safety functions or the functionally reliable control of operating sequences even in complex hydraulic systems.
- the sensor element can determine the media transfer via the separating device using a thermal and / or chemical and / or physical and / or optical and / or acoustic and / or electrical measuring method.
- the lock adjacent the end of the cable connection is connected to a connector part, which also preferably comprises an evaluation with.
- a media separating device with a measuring device for detecting a transfer of at least one medium of a media space on the separating device in the other media space with the other medium is created in a particularly compact and inexpensive manner.
- the media separating device is formed in a preferred embodiment as a hydraulic accumulator in the manner of a bladder accumulator with a flexible bladder as a separator.
- the respective sensor element is arranged on the formed as a gas side media space within the storage housing of the hydraulic accumulator.
- the additional media space of the hydraulic accumulator forms the fluid side.
- Other types of media separating devices in particular in the form of hydraulic accumulators, such as bellows accumulators, diaphragm accumulators or piston accumulators, can in principle be equipped with the relevant measuring device according to the invention.
- the measuring device designed as a conversion or retrofit kit in this case has at least one sensor element and a cable connection as well as evaluation electronics and preferably a separating device.
- the measuring device designed as a conversion or retrofit kit has at least one sensor element and a cable connection as well as evaluation electronics and preferably a separating device.
- a measuring method for operating the measuring device in a media separating device can be advantageously designed as a thermal measuring method, wherein the thermal conductivity of a medium in a media space of the media separating device is used for evaluation, wherein provided by at least one heating element sensor element required for a defined increase in temperature of the medium heat output is determined. Also, the temperature increase of the medium in the media room can be determined using a defined heat output.
- it is preferable to use a transient Schudrahtmethode wherein a heating wire in the sensor element serves both as a heat source and as a temperature sensor.
- a thin film resistor can also be used on a ceramic substrate.
- the thin-film resistor is connected as a branch of a Wheatstone bridge.
- a supply voltage of the Wheatstone bridge can be pulsed and the rise of the bridge signal, ie the temperature rise, can be analyzed by the evaluation device.
- the measuring method may also be advantageous to design the measuring method as an optical measuring method and in this case preferably to determine the luminescence of the medium in the respective media space.
- an optical measuring method can also be used, with the attenuation and reflection properties of the respectively transferred medium being optically drawn for the evaluation.
- an electrical measuring method is preferably the electrical conductivity in case of unwanted transfer of the one medium into the other medium.
- This measuring method is particularly suitable if the media used in the media separating device do not represent insulators. It may also be advantageous to use the dielectric properties of the respective medium for evaluation. It can also be advantageous to use a chemical measuring method, in which case in particular those measuring methods may be used in which at least part of the sensor element changes on contact with the respective other medium due to a chemical or physical reaction. Such changes may be a detectable swelling or even a dissolution of at least part of the sensor element. Color changes due to the chemical reaction of the medium with a part of the sensor element can also be utilized in order to detect the passage of a medium of one media space via the separating device into the other media space with the other medium.
- a media separation device 1 in the form of a hydraulic accumulator 3 with a movable separator 5 for separating two media 7, 9 shown.
- the media 7, 9 are accommodated in mutually different media spaces 11, 13, wherein the movable separating device 5, the media spaces 11, 13 media-tightly separated from each other.
- a total of 15 designated measuring device serves to detect an unwanted transfer of the medium 9 from the media room 13 via the separator 5 in the other media space 11 with the other medium 7.
- the hydraulic accumulator 3 is designed in the manner of a bladder accumulator 35 and has a flexible bladder 37 made of elastomer material consisting of a separator 5.
- the hydraulic accumulator 3 is used to receive a gaseous medium 7 in the form of a working gas, in particular in the form of nitrogen gas, and the inclusion of a further fluid medium 9; in the present case consisting of hydraulic fluid.
- the pertinent media 7, 9 may well be under a pressure of up to 600 bar and more.
- a sensor element 17 is arranged on the gas chamber 39 formed as a gas space 11 inside a storage housing 27 of the hydraulic accumulator 3, wherein the further media space 13 forms within the storage housing 27 already mentioned fluid side 41 of the hydraulic accumulator 3.
- a poppet valve 44 which is inserted into the fluid connection opening 45 of the hydraulic accumulator 3, is used in the conventional design.
- the hydraulic accumulator 3 can be connected to further hydraulic devices (not shown), for example in the form of a hydraulic circuit or the like, in a fluid-conducting manner.
- connection port 47 On the opposite side to the connection opening 45 and in the direction of the Fig. 1 seen above the storage housing 27 is a further connection port 47 as part of a Aufschraubbauteils 49, via which the hydraulic accumulator 3 can be regularly filled on its gas side 39 with working gas or refilled.
- the pertinent structure of hydraulic accumulators 3 is common and already in an advance notification ( DE 10 2006 004 120 A1 ) described in more detail by the Applicant and incidentally in a variety of embodiments on the market freely available, so that will not be discussed in more detail here at this point.
- a compressible foam can also be used in addition or alternatively in the media space 11 as a medium or compressible packing, such as hollow foam body (not shown) and the like.
- the introduced into the media room 11 medium 7 is formed from the pertinent materials.
- the shows Fig. 1 already the situation of a so-called. Bubble break, in the unintentionally fluid 9 is changed from the media room side 13 on the gas media room side 11 with the working gas 7, so that at the bottom of the elastomer bladder already the fluid 9 has accumulated, which then via the measuring device 15 with the Sensor element 17 is detectable, which will be explained in more detail below.
- the measuring device 15 with the sensor element 17 serves to determine the unwanted described media transfer using a thermal and / or chemical and / or physical and / or optical and / or acoustic and / or electrical measuring method.
- the respective sensor element 17 has a connection 19 to the storage housing 27 via a lock 21, relative to the media space 11 such that in each occupied position of the separating device 5, the sensor element 17 can be brought into contact with the transferred medium 9.
- the connection 19 is carried out via at least one flexible cable connection 23, wherein the respective cable 25 is electrically conductively connected at its one end 29 to the respective sensor element 17 and with its other end 30 via the lock 21 of the storage housing 27 with parts of an evaluation 33.
- the terminal 21 adjacent end 30 of the cable connection 23 is so far connected to a connector part 31, in which the evaluation electronics 33 for evaluating measurement signals of the sensor element 17 is integrated.
- the measuring device 15 is for use in a media separating device 1 from at least the sensor element 17, the cable connection 23, the transmitter 33 and preferably the separator 5.
- the retrofit kit described already delivered hydraulic accumulator can be retrofitted with the measuring device 15 together with transmitter 33 by simply exchanging the flexible reservoir bladder for a new bladder 37, which has the measuring and evaluation electronics integrated.
- the accumulator bladder may remain in the hydraulic accumulator 3, and to that extent only the measuring and evaluation electronics then have to be additionally introduced into the hydraulic accumulator 3.
- the invention can also be used in piston accumulators, in which the separating device 5 is formed from a relative to the storage housing wall sealed Verfahrkolben, via the sealing systems also fluid from the fluid side to the gas side of the memory can unintentionally change, which also applies in the case that a seal of the piston completely failed.
- the associated sensor element 17 can detect the unwanted crossing always at the lowest travel position of the piston.
- the same considerations apply to the mentioned bladder accumulator as well as to further storage solutions, such as bellows, spring or diaphragm accumulators, in which the solution according to the invention can also be used to detect the unwanted passage of media.
- the mentioned evaluation electronics 33 can furthermore have an output unit based on an electrical, optical, acoustic or haptic function and, according to the proposed solution, according to the Fig. 1 located directly on the hydraulic accumulator 3 within a kind of plug part 31. But via a corresponding cable or other information connection can also be the transmitter to a central Arrange, for example, within an overall control, which is then able to optionally monitor several hydraulic accumulators within an overall hydraulic system to the unwanted media transfer out to indicate a failure case the operator of the system.
- the measuring device 15 shown is capable of detecting the change in the thermal conductivity, in particular of the medium 7 located on the gas side 39, upon entry of the medium 9.
- the measuring device 15 has a resistance measuring bridge 51 formed in the manner of a Wheatstone bridge.
- a bridge branch 53 designed as a heating resistor 55 sensor element 17 is arranged.
- the resistance measuring bridge 51 is supplied with a pulsed operating voltage V. At the time of switching on the power supply, the resistance measuring bridge 51 is adjusted.
- the bridge center differential voltage indicated in the illustrated instrument 57 is "0".
- the operating current in the heating resistor 55 changes its electrical resistance, whereby the resistance measuring bridge 51 is "adjusted".
- the resulting differential voltage corresponds to the change in the electrical resistance of the heating resistor 55 and in turn the temperature increase.
- the temperature increase is characteristic of the presence of a medium to be detected, here the medium 9, unintentionally transferred from the media space 13 into the media space 11 by failure of the elastomeric storage bladder 37.
- the result of this measurement method is in Fig. 3 from the course of three measured values 59, 61, 63.
- the measured value profiles show different temperature profiles applied to the heating resistor 55 over time.
- the course of the measured value 59 with the smaller, absolute temperature increases shows an example of a measurement curve for oil.
- the course of the measured values 61 and 63 show temperature increases at one Working gas under a pressure of about 100 bar (trace 61) and at ambient pressure (trace 63). From this it becomes immediately apparent that significant differences in the temperature profile can be represented as a function of, in particular, an aggregate state (gaseous or liquid) of a respective medium.
- a threshold is determined based on experiments, which allows the distinction of the media 7, 9 under all operating conditions of the media separation device 1, so that the unintentional media transfer is detectable.
- FIG. 4 is a schematic representation of a kind of acoustic measurement method using the use of a measuring device 115 explained in more detail.
- the sensor element 117 has a vibration device 113, which is excited to oscillate under the action of a field 119 of a field generation device 121 (cf. Fig. 5 ).
- the vibration behavior of the vibration device 113 changes here upon access of the flowable medium 9, wherein the change in the vibration behavior of the vibration device 113 is detected by the measuring device 115.
- the field generating device 121 is formed by a magnetic device 122.
- the measuring device 115 further has an electromagnetic coil 125, wherein the flow of the electromagnetic coil 125 and an electrical voltage in the coil 125 is influenced by oscillations of the excited by the electromagnetic coil 125 sensor element 117.
- the field generating device 121 in a single component, here in the form of the electromagnetic coil 125 summarized.
- the sensor element 117 is connected to the evaluation electronics 133 in FIG same way as in the Fig. 1 is shown connected via a flexible cable connection 123 as a connection 19.
- the vibrator 113 is formed in the manner of a reed switch 131.
- the reed switch 131 has two soft-magnetic, resilient metal tongues 134, 135 which lie opposite one another in the sensor element 117 and whose ends 137, 139 axially overlap with a length dimension a. At the in the Fig. 4 shown embodiment, the ends 137, 139 of the metal tongues 134, 135 do not touch. Radially, the metal tongues 134, 135 are enclosed by the magnetic device 122 formed as an electromagnetic coil 125 substantially over its entire length.
- the magnetic field 119 resulting in Fig. 4 is shown only schematically, with increasing field strength, the metal tongues 134, 135 move towards each other.
- the metal tongues 134, 135 may also be in contact here depending on the field strength of the magnetic field 119. With decreasing field strength of the magnetic device 122, the metal tongues 134, 135 separate from each other and perform free vibrations.
- the energization of the electromagnetic coil 125 can also be completely interrupted in order to initiate the pertinent vibration process of the metal tongues 134, 135.
- Fig. 5 shows, in this case a vibration characteristic 141 or even a plurality of vibration characteristics can be detected via the measuring device 115.
- Fig. 5 shows two curves, the upper curve in the direction of the Fig. 5 shows a number of oscillations of the metal tongues 134, 135 above a predefinable threshold value of a vibration amplitude.
- the viewing direction in Fig. 5 the lower curve shows an example of the plot of the absolute oscillation amplitude of the metal tongues 134, 135 over time.
- the fluid transfer to the gas side of the hydraulic accumulator 3 can also be detected with this sensor element 117.
- the sensor element 117 has an envelope 143, which is preferably formed of a mineral glass material, wherein the envelope 143, the metal tongues 134, 135 radially and axially completely encloses, while maintaining a minimum radial distance to the metal tongues 134, 135 to the latter not to interfere with excited vibration.
- the pertinent envelope 143 has two openings 145 for the media access to the respective metal tongue 134, 135.
- the energy for the operation of the sensor element 117 and the measuring device 115 is provided by an electrical energy source 147 in the form of a non-illustrated accumulator (battery) or preferably wired from the outside, the sensor 117 in turn via a cable connection 123 as a connection 19 to the Evaluation electronics 133 is connected.
- an electrical energy source 147 in the form of a non-illustrated accumulator (battery) or preferably wired from the outside, the sensor 117 in turn via a cable connection 123 as a connection 19 to the Evaluation electronics 133 is connected.
- optical methods can also be used.
- so-called scattered light methods are well suited for the detection of fluid mists, if such a mist formation should occur on the gas side of the storage bladder 37.
- Other optical evaluation options are in reflection or damping properties of different liquids to see light passage of a sensor.
- electrical measuring methods may be used which, in the sense indicated here, are preferably based on the measurement of dielectric or conductive properties of the medium. Both the dielectric constant and the conductivity make it possible to distinguish between liquids and gases.
- a separation or dissolution of the sensor element can be detected, for example, with a spring-biased switch.
- the switch is preferably designed in such a way that the change in volume opens or closes the switch and in this respect emits a signal to the measuring electronics 33.
- the materials used for the sensor elements mentioned here are preferably plastics. Depending on the liquid to be detected, it is preferable to select an unstable plastic which responds thereto.
- a polymer changes its color as a sensor element due to its contact with the fluid, this can in turn be detected by suitable measuring methods.
- the polymer is preferably carried out as an absorbent fleece, The fleece can transport the fluid to the sensor element and there is a spatially distributed sensor and Auswertystem.
- the mechanical oscillator (not shown) is located within the fluid and its vibration is correspondingly damped by the fluid.
- the damping acting on the oscillator is proportional to the viscosity of the fluid.
- QCM sensors, SAW sensors and micromechanical tuning forks can be used very well for determining the viscosity of hydraulic fluids and this measurement technique is for the present task, to detect an unwanted media transfer in hydraulic accumulators, very well suited.
- magneto-elastic films can be used, wherein the resonance frequency of a so-called magneto-elastic film changes with the environmental conditions, i. with the medium in which the film is located.
- the film is preferably resonance-excited via a magnetic coil and the oscillation of the magneto-elastic film can be detected by means of a separate so-called pick-up coil or by the exciter coil itself. In this way, this effect can also be used to distinguish whether the sensor film is in oil or gas.
- the pertinent mechanical oscillators can be assigned to the so-called physical measuring method in the sense of the present application subject.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Medientrennvorrichtung, insbesondere einen Hydrospeicher, mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Messeinrichtung, auch als Umrüst- oder Nachrüstsatz konzipiert, sowie ein Messverfahren zum Betrieb der Messeinrichtung in der Medientrennvorrichtung.
- Medien und insbesondere strömungsfähige Medien im Sinne der vorliegenden Erfindung werden häufig in der Antriebstechnik eingesetzt, beispielsweise als Schmier- und/oder Kühlmittel oder als Druckmittel in hydraulischen Anlagen zur Übertragung von Energien von einer Druckmittelquelle zu einem Verbraucher. Strömungsfähige Medien, wie beispielsweise Hydrauliköl oder sonstige Druckfluide, befinden sich hierbei unter anderem in Medientrennvorrichtungen, wie Hydrospeichern, die in hydraulischen Anlagen verschiedenste Aufgaben erfüllen und beispielsweise der Energiespeicherung, der Bereitstellung einer Fluidreserve, der Notbetätigung von Verbrauchern, der Druckstoßdämpfung und dergleichen mehr dienen. Ein sicherer und ordnungsgemäßer Betrieb einer hydraulischen Anlage erfordert neben der Kenntnis von physikalischen Betriebsparametern, wie Druck- oder Strömungsgeschwindigkeiten, auch eine Aussage darüber, ob die Medientrennvorrichtung selbst störungsfrei und funktionssicher im Betrieb ist.
- Die
DE 101 52 777 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Qualität eines Mediums, insbesondere eines Schmier- und/oder Kühlmittels, mit mehreren Sensoren, die ein elektrisches Ausgangssignal in Abhängigkeit der jeweiligen sensorspezifischen Eingangsgröße abgeben, wobei ein Sensor ein Temperatursensor ist, der ein Ausgangssignal abgibt, das im Wesentlichen nur eine Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums aufweist und insbesondere von der Qualität des Mediums im Wesentlichen unabhängig ist. Ein weiterer Sensor gibt ein Ausgangssignal ab, das sowohl von der Qualität des Mediums als auch von der Temperatur des Mediums abhängig ist. Die eingesetzten Sensoren sind auf einem gemeinsamen und in das jeweils zu untersuchende Medium eintauchbaren Substrat angeordnet. Die derart ausgestaltete Vorrichtung ermöglicht die Ermittlung qualitätsbestimmender Parameter von strömungsfähigen Medien unabhängig von deren aktueller Temperatur. - Die
DE 10 2009 010 775 A1 beschreibt eine Medientrennvorrichtung in Form eines Hydrospeichers zur Aufnahme mindestens eines Teilvolumens einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, wobei der Hydrospeicher ein Gehäuse mit mindestens einer Anschlussstelle zum Anschließen des Hydrospeichers an eine Hydraulikeinrichtung, wie einen Hydraulikkreis, aufweist. Ein Datenspeicher ist derart Bestandteil des Hydrospeichers, dass mittels eines außerhalb des Hydrospeichers angeordneten Lese- und/oder Schreibgerätes die in dem Datenspeicher gespeicherten Daten elektronisch auslesbar sind. Der Betriebszustand des Hydrospeichers ist dadurch zuverlässig ermittel- und überwachbar, vorzugsweise ist die Überwachung auch automatisiert durchführbar und von einer Steuereinrichtung steuerbar. - Die
US 4 788 851 offenbart eine Medientrennvorrichtung, insbesondere einen Hydrospeicher, mit einer bewegbaren Trenneinrichtung zum Separieren von zwei Medien, die in voneinander verschiedenen Medienräumen aufgenommen sind, wobei mittels einer Messeinrichtung ein Übertritt zumindest eines Mediums eines Medienraumes über die Trenneinrichtung in den anderen Medienraum mit dem anderen Medium detektierbar ist, wobei die Messeinrichtung mindestens ein Sensorelement aufweist, und wobei das jeweilige Sensorelement eine Anbindung an eine Feststelle bezogen auf mindestens einen der Medienräume hat. Das Sensorelement ist ein optischer Sensor, der in das Innere des einen Medienraumes ragt. - Als Trenneinrichtung dient bei der bekannten Lösung eine blasenartig ausgebildete Elastomermembran, die innerhalb des Speichergehäuses zwei Medienräume voneinander separiert, wobei der eine Medienraum als Medium bevorzugt ein kompressibles Arbeitsgas, wie Stickstoffgas, aufweist und der andere Medienraum ist über die Anschlussstelle im Speichergehäuse mit Hydraulikfluid als weiteres unter Druck stehendes Medium, von der Hydraulikeinrichtung kommend, befüllbar. Die Befüllung erfolgt gegen die Kompressionskraft des Arbeitsgases, wobei sich die elastomere Trenneinrichtung "zusammenzieht" und insoweit bewegt. Wird auf Seiten der Hydraulikeinrichtung wieder Hydraulikfluid benötigt, "entspannt" sich die Trenneinrichtung und unter der Wirkung der Kompressionskraft des Arbeitsgases wird die benötigte Fluidmenge aus dem Speichergehäuse über die Anschlussstelle ausgeschoben, wobei regelmäßig eine Teilfluidmenge im Speicher verbleibt. Bedingt durch die Permeabilität des Membranwerkstoffes kommt es langfristig gesehen zu einem ungewollten Übertritt des Hydraulikfluids auf die sog. Gasseite des Hydrospeichers, was im Versagensfall der Trennmembran beispielsweise durch Riss- oder Bruchbildung auch schlagartig geschehen kann mit der Folge, dass das "Arbeitsvermögen" des Hydrospeichers beeinträchtigt ist oder dieser gar innerhalb des Hydraulickreises völlig ausfällt, was den Betrieb einer Hydraulikanlage erheblich stören oder gar unmöglich machen kann.
- Zwar ist in der
DE 40 06 905 A1 bereits vorgeschlagen worden, ein Verfahren sowie eine für dieses Verfahren verwendbare Vorrichtung zum Messen des Druckes eines Gases, insbesondere zum Feststellen der Gasvorspannung in einem Hydrospeicher, und/oder zum Einhalten eines vorgebbaren Druck-Soll-Wertes in dem dahingehenden Behälter zu schaffen, mit dem grundsätzlich auch ein ungewollter Übertritt von Hydraulikfluid auf die Arbeitsgasseite des Speichers feststellbar wäre; allein die dahingehende Lösung ist relativ kompliziert und im Hinblick auf die Bauteilevielfalt teuer in der Realisierung. So ist für ein entsprechendes Messverfahren zumindest zeitweise eine das Arbeitsgas austauschende Verbindung zwischen dem Hydrospeicher und einer vorzugsweise nur einen Bruchteil des Behältervolumens aufweisenden Messkammer herzustellen, die über eine Druckmesseinrichtung verfügt. Für das Einhalten des Druck-Soll-Wertes wird darüber hinaus zumindest zeitweise die Verbindung zwischen dem Hydrospeicher und einer Nachfülleinrichtung hergestellt, die bei einem Druck-Ist-Wert im Behälter, der kleiner ist als der Druck-Soll-Wert, den Behälter auf der Arbeitsgasseite mit Gas nachbefüllt. - Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Medientrennvorrichtung, insbesondere in Form eines Hydrospeichers, zu schaffen, die zur Erhöhung der Funktionssicherheit in der Lage ist, die vorstehend beschriebenen Störfälle mit wenig Bauteilen kostengünstig sowie zeitnah zu detektieren und an den Betreiber der Hydraulikanlage weiterzumelden, an die solche Hydrospeicher regelmäßig angeschlossen sind.
- Diese Aufgaben sind durch die in Anspruch 1 bestimmte Medientrennvorrichtung und durch ein nach einem nebengeordneten Anspruch bestimmtes Messverfahren zum Betrieb der Messeinrichtung gelöst.
- Erfindungsgemäß ist nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 vorgesehen, dass die Anbindung über mindestens eine flexible Kabelverbindung erfolgt, und dass das jeweilige Kabel an seinem einen Ende mit dem jeweiligen Sensorelement elektrisch leitend verbunden ist und mit seinem anderen Ende an der Feststelle an Teilen des Speichergehäuses verbunden ist.
- Ferner ist vorgesehen, dass mittels einer Messeinrichtung ein Übertritt zumindest eines Mediums eines Medienraumes der Medientrennvorrichtung über die Trenneinrichtung in den anderen Medienraum mit dem jeweils anderen Medium detektierbar ist. Mit Hilfe der Messeinrichtung ist vorteilhaft bewirkt, dass vorzugsweise in jedweder Bauart einer Medientrennvorrichtung zumindest das Vorhandensein und gegebenenfalls die Art eines strömungsfähigen Mediums auf einfache Weise detektierbar ist, sobald zumindest eines der beiden Medien von seinem angestammten Medienraum ungewollt in den anderen Medienraum übertritt. Das Detektieren von strömungsfähigen Medien kann hierbei insbesondere als Voraussetzung für die Anwendung von Sicherheitsfunktionen oder das funktionssichere Steuern von Betriebsabläufen auch in komplex aufgebauten Hydraulikanlagen dienen.
- In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Sensorelement den Medienübertritt über die Trenneinrichtung unter Anwendung eines thermischen und/oder chemischen und/oder physikalischen und/oder optischen und/oder akustischen und/oder elektrischen Messverfahrens feststellen. Das der Feststelle benachbarte Ende der Kabelverbindung ist mit einem Steckerteil verbunden, das auch bevorzugt eine Auswerteelektronik mit umfasst. Auf diese Weise ist in besonders kompakter und kostengünstig herstellbarer Weise eine Medientrennvorrichtung mit einer Messeinrichtung zur Detektion eines Übertritts zumindest eines Mediums eines Medienraumes über die Trenneinrichtung in den anderen Medienraum mit dem anderen Medium geschaffen.
- Die Medientrennvorrichtung ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Hydrospeicher in der Art eines Blasenspeichers mit einer flexiblen Blase als Trenneinrichtung gebildet. Das jeweilige Sensorelement ist dabei auf dem als Gasseite ausgebildeten Medienraum innerhalb des Speichergehäuses des Hydrospeichers angeordnet. Der weitere Medienraum des Hydrospeichers bildet hierbei die Fluidseite. Auch andere Bauformen von Medientrennvorrichtungen, insbesondere in Form von Hydrospeichern, wie etwa von Balgspeichern, Membranspeichern oder auch Kolbenspeichern, lassen sich grundsätzlich mit der dahingehenden, erfindungsgemäßen Messeinrichtung ausstatten.
- Es kann vorteilhaft sein, eine Messeinrichtung auch als Umrüst- oder Nachrüstsatz zu konzipieren, um diese bei einer vorhandenen Medientrennvorrichtung nachträglich einzusetzen und zur Anwendung zu bringen. Die als Umrüst- oder Nachrüstsatz konzipierte Messeinrichtung weist hierbei mindestens ein Sensorelement und eine Kabelverbindung sowie eine Auswerteelektronik und bevorzugt eine Trenneinrichtung auf. Besteht beispielsweise der Wunsch des Betreibers einer hydraulischen Anlage zu einer verbesserten Überwachung, insbesondere der Medientrennvorrichtungen in der hydraulischen Anlage, so können die vorhandenen Medientrennvorrichtungen durch den nachträglichen Einbau eines dahingehenden Umrüst- oder Nachrüstsatzes modifiziert und verbessert werden.
- Ein Messverfahren zum Betrieb der Messeinrichtung in einer Medientrennvorrichtung kann vorteilhaft als thermisches Messverfahren konzipiert sein, wobei die Wärmeleitfähigkeit eines Mediums in einem Medienraum der Medientrennvorrichtung zur Auswertung herangezogen wird, wobei durch ein mit zumindest einem Heizwiderstand versehenes Sensorelement die für eine definierte Temperaturerhöhung des Mediums erforderliche Heizleistung bestimmt wird. Auch kann die Temperaturerhöhung des Mediums in dem Medienraum bei Anwendung einer definierten Heizleistung bestimmt werden. Es eignet sich hierbei vorzugsweise die Anwendung einer transienten Heizdrahtmethode, wobei ein Heizdraht in dem Sensorelement sowohl als Wärmequelle als auch als Temperatursensor dient. Anstatt der Anwendung eines Drahtes kann auch ein Dünnfilmwiderstand auf einem Keramiksubstrat verwendet werden. Vorteilhaft ist hierbei der Dünnfilmwiderstand als Zweig einer Wheatstone-Brücke geschaltet. Eine Versorgungsspannung der Wheatstone-Brücke kann hierbei gepulst und der Anstieg des Brückensignals, d.h. der Temperaturanstieg von der Auswerteeinrichtung analysiert werden.
- Es kann auch vorteilhaft sein, das Messverfahren als optisches Messverfahren zu konzipieren und hierbei vorzugsweise die Lumineszenz des Mediums in dem jeweiligen Medienraum zu bestimmen. Vorteilhaft lässt sich auch ein optisches Messverfahren anwenden, wobei die Dämpfungs- und Reflektionseigenschaften des jeweils übergetretenen Mediums für die Auswertung optisch hervorgezogen werden.
- Als elektrisches Messverfahren eignet sich vorzugsweise die elektrische Leitfähigkeit bei ungewolltem Übertritt des einen Mediums in das andere Medium. Dieses Messverfahren eignet sich besonders, wenn die in der Medientrennvorrichtung verwendeten Medien keine Isolatoren darstellen. Es kann auch vorteilhaft sein, die dielektrischen Eigenschaften des jeweiligen Mediums zur Auswertung heranzuziehen. Es kann ferner vorteilhaft sein, ein chemisches Messverfahren anzuwenden, wobei hierbei insbesondere solche Messverfahren Anwendung finden können, bei denen sich zumindest ein Teil des Sensorelements bei Kontakt mit dem jeweils anderen Medium aufgrund einer chemischen oder physikalischen Reaktion verändert. Solche Veränderungen können ein detektierbares Aufquellen oder gar ein Auflösen zumindest eines Teils des Sensorelements sein. Es können auch Farbänderungen aufgrund der chemischen Reaktion des Mediums mit einem Teil des Sensorelements ausgenutzt werden, um den Übertritt eines Mediums eines Medienraumes über die Trenneinrichtung in den anderen Medienraum mit dem anderen Medium zu detektieren.
- Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische, nicht maßstäbliche Längsschnitt-Darstellung einer Medientrennvorrichtung in Form eines als Blasenspeicher ausgebildeten Hydrospeichers;
- Fig. 2
- eine Prinzipdarstellung eines thermischen Messverfahrens zum Betrieb einer Messeinrichtung in einer Medientrennvorrichtung;
- Fig. 3
- Messergebnisse einer Wärmeleitfähigkeitsmessung bei Zutritt eines gasförmigen und eines flüssigen Mediums an ein Sensorelement der Messeinrichtung;
- Fig. 4
- eine Prinzipdarstellung eines "akustischen Messverfahrens" zum Betrieb einer Messeinrichtung in einer Medientrennvorrichtung; und
- Fig. 5
- Messergebnisse des "akustischen Messverfahrens" in Form eines Verlaufs zweier Schwingungskenngrößen, wie man sie im Messbetrieb mit der Vorrichtung nach der
Fig. 4 erhält. - In der
Fig. 1 ist eine Medientrennvorrichtung 1 in Form eines Hydrospeichers 3 mit einer bewegbaren Trenneinrichtung 5 zum Separieren von zwei Medien 7, 9 dargestellt. Die Medien 7, 9 sind in voneinander verschiedenen Medienräumen 11, 13 aufgenommen, wobei die bewegbare Trenneinrichtung 5 die Medienräume 11, 13 mediendicht voneinander trennt. Eine insgesamt mit 15 bezeichnete Messeinrichtung dient dazu, einen ungewollten Übertritt des Mediums 9 aus dem Medienraum 13 über die Trenneinrichtung 5 in den anderen Medienraum 11 mit dem anderen Medium 7 zu detektieren. - Der Hydrospeicher 3 ist in der Art eines Blasenspeichers 35 ausgebildet und weist eine flexible Blase 37 aus Elastomermaterial bestehend als Trenneinrichtung 5 auf. Der Hydrospeicher 3 dient der Aufnahme eines gasförmigen Mediums 7 in Form eines Arbeitsgases, insbesondere in Form von Stickstoffgas, sowie der Aufnahme eines weiteren Fluidmediums 9; im vorliegenden Fall bestehend aus Hydraulikflüssigkeit. Die dahingehenden Medien 7, 9 können durchaus unter einem Druck von bis zu 600 bar und mehr stehen. In dem in der
Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Sensorelement 17 auf dem als Gasseite 39 ausgebildeten Medienraum 11 innerhalb eines Speichergehäuses 27 des Hydrospeichers 3 angeordnet, wobei der weitere Medienraum 13 innerhalb des Speichergehäuses 27 die bereits angesprochene Fluidseite 41 des Hydrospeichers 3 bildet. Zur Ansteuerung des Medienstroms auf der Fluidseite 41 des Hydrospeichers 3 dient in üblicher Bauweise ein Tellerventil 44, das in die Fluid-Anschlussöffnung 45 des Hydrospeichers 3 eingesetzt ist. Über die dahingehende Fluid-Anschlussöffnung 45 lässt sich der Hydrospeicher 3 an weitere Hydraulikeinrichtungen (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Hydraulikkreises oder dergleichen, fluidführend anschließen. - Auf der gegenüberliegenden Seite zu der Anschlussöffnung 45 und in Blickrichtung auf die
Fig. 1 gesehen oberhalb des Speichergehäuses 27 befindet sich eine weitere Anschlussöffnung 47 als Bestandteil eines Aufschraubbauteils 49, über die der Hydrospeicher 3 auf seiner Gasseite 39 regelmäßig mit Arbeitsgas befüllt oder nachgefüllt werden kann. Der dahingehende Aufbau von Hydrospeichern 3 ist üblich und bereits in einer Voranmeldung (DE 10 2006 004 120 A1 ) der Anmelderin näher beschrieben und im Übrigen in einer Vielzahl von Ausführungsformen auf dem Markt frei erhältlich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. - Anstelle des Arbeitsgases auf der Gasseite 39 kann auch zusätzlich oder alternativ in den Medienraum 11 als Medium ein kompressibler Schaum eingesetzt sein oder kompressible Füllkörper, wie Hohlschaumkörper (nicht dargestellt) und dergleichen mehr. Insoweit ist das dann in den Medienraum 11 eingebrachte Medium 7 aus den dahingehenden Werkstoffen gebildet. Ferner zeigt die
Fig. 1 bereits die Situation eines sog. Blasenbruches, bei dem ungewollt Fluid 9 von der Medienraumseite 13 auf die Gasmedienraumseite 11 mit dem Arbeitsgas 7 gewechselt ist, so dass sich am Boden der Elastomerblase bereits das Fluid 9 angesammelt hat, das dann über die Messeinrichtung 15 mit dem Sensorelement 17 detektierbar ist, was im Folgenden noch näher erläutert werden wird. Insbesondere dient die Messeinrichtung 15 mit dem Sensorelement 17 dazu, den ungewollten beschriebenen Medienübertritt unter Anwendung eines thermischen und/oder chemischen und/oder physikalischen und/oder optischen und/oder akustischen und/oder elektrischen Messverfahrens festzustellen. - Das jeweilige Sensorelement 17 hat eine Anbindung 19 an das Speichergehäuse 27 über eine Feststelle 21, bezogen auf den Medienraum 11 derart, dass in jeder eingenommenen Position der Trenneinrichtung 5 das Sensorelement 17 mit dem übergetretenen Medium 9 in Berührung bringbar ist. In dem in
Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anbindung 19 über mindestens eine flexible Kabelverbindung 23 ausgeführt, wobei das jeweilige Kabel 25 an seinem einen Ende 29 mit dem jeweiligen Sensorelement 17 elektrisch leitend verbunden ist und mit seinem anderen Ende 30 über die Feststelle 21 des Speichergehäuses 27 mit Teilen einer Auswerteelektronik 33. Das der Feststelle 21 benachbarte Ende 30 der Kabelverbindung 23 ist insoweit mit einem Steckerteil 31 verbunden, in dem die Auswerteelektronik 33 zur Auswertung von Messsignalen des Sensorelements 17 integriert ist. - Die Messeinrichtung 15, von der in
Fig. 2 in einem Ausführungsbeispiel wesentliche Komponenten gezeigt sind, ist als Umrüst- oder Nachrüstsatz konzipiert. Die Messeinrichtung 15 besteht zur Anwendung bei einer Medientrennvorrichtung 1 aus mindestens dem Sensorelement 17, der Kabelverbindung 23, der Auswerteelektronik 33 und bevorzugt der Trenneinrichtung 5. Mit dem beschriebenen Nachrüstsatz lassen sich bereits ausgelieferte Hydrospeicher mit der Messeinrichtung 15 nebst Auswerteelektronik 33 nachrüsten, indem man einfach die flexible Speicherblase gegen eine neue Speicherblase 37 austauscht, die integriert die Mess- und Auswerteelektronik aufweist. Gegebenenfalls kann auch die Speicherblase im Hydrospeicher 3 verbleiben und insoweit muss dann nur noch die Mess- und Auswerteelektronik ergänzend in den Hydrospeicher 3 eingebracht werden. - Neben dem beschriebenen Blasen-Hydrospeicher 3 können auch andere Medientrennvorrichtungen mit der Messeinrichtung 15 ausgestattet werden. So lässt sich die Erfindung auch bei Kolbenspeichern einsetzen, bei denen die Trenneinrichtung 5 aus einem gegenüber der Speichergehäusewand abgedichteten Verfahrkolben gebildet ist, über dessen Dichtsysteme gleichfalls Fluid von der Fluidseite auf die Gasseite des Speichers ungewollt überwechseln kann, was auch für den Fall gilt, dass eine Dichtung des Kolbens vollständig versagt. Insbesondere bei einer dahingehenden Ausgestaltung ist jedenfalls sicherzustellen, dass durch ein entsprechend lang gewähltes elektrisches Verbindungskabel 25 in jeder Verfahrstellung des Kolbens das zugehörige Sensorelement 17 den ungewollten Übertritt auch immer an der tiefsten Verfahrstellung des Kolbens detektieren kann. Gleiche Überlegungen gelten natürlich auch für den angesprochenen Blasenspeicher sowie für weitere Speicherlösungen, wie beispielsweise Balg-, Feder- oder Membranspeicher, bei denen die erfindungsgemäße Lösung gleichfalls zum Einsatz kommen kann, um den ungewollten Medienübertritt zu detektieren.
- Die angesprochene Auswerteelektronik 33 kann ferner eine auf einer elektrischen, optischen, einer akustischen oder haptischen Funktionsweise basierende Ausgabeeinheit aufweisen und sich gemäß dem Lösungsvorschlag nach der
Fig. 1 direkt am Hydrospeicher 3 innerhalb einer Art Steckerteil 31 befinden. Über eine entsprechende Kabel- oder sonstige Informationsverbindung lässt sich aber auch die Auswerteelektronik an einer zentralen Stelle, beispielsweise innerhalb eines Gesamtsteuerung, anordnen, die dann in der Lage ist, gegebenenfalls mehrere Hydrospeicher innerhalb einer Gesamt-Hydraulikanlage auf den ungewollten Medienübertritt hin zu überwachen, um einen Versagensfall dem Betreiber der Anlage anzuzeigen. - In der
Fig. 2 ist lediglich beispielhaft eine Vorrichtung zum Durchführen eines thermischen Messverfahrens gezeigt, das von der dazu konzipierten Messeinrichtung 15 ausgeführt werden kann. Die gezeigte Messeinrichtung 15 ist in der Lage, die Veränderung der Wärmeleitfähigkeit insbesondere des auf der Gasseite 39 befindlichen Mediums 7 bei Zutritt des Mediums 9 zu detektieren. Hierzu weist die Messeinrichtung 15 eine in der Art einer Wheatstone-Brücke gebildete Widerstandsmessbrücke 51 auf. In einem Brückenzweig 53 ist das als Heizwiderstand 55 ausgebildete Sensorelement 17 angeordnet. Die Widerstandsmessbrücke 51 wird mit einer gepulsten Betriebsspannung V versorgt. Zum Zeitpunkt des Einschaltens der Spannungsversorgung ist die Widerstandsmessbrücke 51 abgeglichen. Die in dem gezeigten Anzeigeinstrument 57 angezeigte Differenzspannung der Brückenmitte ist "0". Durch den Betriebsstrom in dem Heizwiderstand 55 ändert sich dessen elektrischer Widerstand, wodurch die Widerstandsmessbrücke 51 "verstellt" wird. Die sich daraus ergebende Differenzspannung entspricht der Änderung des elektrischen Widerstands des Heizwiderstands 55 und wiederum der Temperaturerhöhung. Die Temperaturerhöhung ist charakteristisch für das Vorhandensein eines zu detektierenden Mediums, hier des Mediums 9, ungewollt übergetreten aus dem Medienraum 13 in den Medienraum 11 durch Versagen der Elastomer-Speicherblase 37. - Das Resultat dieses Messverfahrens ist in
Fig. 3 anhand des Verlaufs von drei Messwerten 59, 61, 63 gezeigt. Die Messwertverläufe zeigen unterschiedliche Temperaturverläufe an dem Heizwiderstand 55 aufgetragen über der Zeit. Der Verlauf des Messwertes 59 mit den kleineren, absoluten Temperaturerhöhungen zeigt beispielhaft eine Messkurve für Öl. Der Verlauf der Messwerte 61 und 63 zeigen Temperaturerhöhungen bei einem Arbeitsgas unter einem Druck von etwa 100 bar (Messkurve 61) und bei Umgebungsdruck (Messkurve 63). Hieraus wird unmittelbar ersichtlich, dass sich signifikante Unterschiede in dem Temperaturverlauf in Abhängigkeit insbesondere eines Aggregatzustands (gasförmig oder flüssig) eines betreffenden Mediums darstellen lassen. Anhand des Verlaufs der Messwerte kann wiederum auf das Vorhandensein und die Art des jeweiligen Mediums um das Sensorelement 17 herum geschlossen werden. Hierbei wird anhand von Versuchen ein Schwellenwert bestimmt, der die Unterscheidung der Medien 7, 9 unter allen Betriebsbedingungen der Medientrennvorrichtung 1 erlaubt, so dass dergestalt der ungewollte Medienübertritt detektierbar ist. - In der
Fig. 4 ist in einer Prinzipdarstellung eine Art akustisches Messverfahren anhand des Einsatzes einer Messeinrichtung 115 näher erläutert. Das Sensorelement 117 weist eine Schwingungseinrichtung 113 auf, die unter der Wirkung eines Feldes 119 einer Felderzeugungseinrichtung 121 zu Schwingungen angeregt wird (vgl.Fig. 5 ). Das Schwingungsverhalten der Schwingungseinrichtung 113 ändert sich hierbei bei Zutritt des strömungsfähigen Mediums 9, wobei die Änderung des Schwingungsverhaltens der Schwingungseinrichtung 113 von der Messeinrichtung 115 detektiert wird. In dem inFig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung 115 ist die Felderzeugungseinrichtung 121 durch eine Magneteinrichtung 122 gebildet. Die Messeinrichtung 115 weist ferner eine elektromagnetische Spule 125 auf, wobei der Fluss der elektromagnetischen Spule 125 und eine elektrische Spannung in der Spule 125 durch Schwingungen des von der elektromagnetischen Spule 125 angeregten Sensorelements 117 beeinflusst wird. - Wie die
Fig. 4 zeigt, ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung 115 die Felderzeugungseinrichtung 121 in einem einzigen Bauteil, hier in Form der elektromagnetischen Spule 125, zusammengefasst. Das Sensorelement 117 ist mit der Auswerteelektronik 133 in gleicher Weise, wie dies in derFig. 1 gezeigt ist, über eine flexible Kabelverbindung 123 als Anbindung 19 verbunden. - Die Schwingungseinrichtung 113 ist in der Art eines Reed-Schalters 131 ausgebildet. Der Reed-Schalter 131 weist zwei weichmagnetische, federnde Metallzungen 134, 135 auf, die sich in dem Sensorelement 117 einander gegenüberliegen und deren Enden 137, 139 sich axial mit einem Längenmaß a überlappen. An dem in der
Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel berühren sich die Enden 137, 139 der Metallzungen 134, 135 nicht. Radial sind die Metallzungen 134, 135 von der als elektromagnetische Spule 125 gebildeten Magneteinrichtung 122 im Wesentlichen über ihre ganze Länge umschlossen. - Wird die elektromagnetische Spule 125 bestromt, so ergibt sich das magnetische Feld 119, das in
Fig. 4 lediglich schematisch dargestellt ist, wobei bei zunehmender Feldstärke die Metallzungen 134, 135 sich aufeinander zubewegen. Die Metallzungen 134, 135 können sich hierbei auch in Abhängigkeit von der Feldstärke des magnetischen Feldes 119 berühren. Bei wiederum abnehmender Feldstärke der Magneteinrichtung 122 lösen sich die Metallzungen 134, 135 voneinander und führen freie Schwingungen aus. Die Bestromung der elektromagnetischen Spule 125 kann auch ganz unterbrochen werden, um den dahingehenden Schwingungsvorgang der Metallzungen 134, 135 zu initiieren. - Wie die
Fig. 5 zeigt, kann hierbei eine Schwingungskenngröße 141 oder auch mehrere Schwingungskenngrößen über die Messeinrichtung 115 erfasst werden.Fig. 5 zeigt zwei Kurvenverläufe, wobei der obere Kurvenverlauf in Betrachtungsrichtung derFig. 5 eine Schwingungsanzahl der Metallzungen 134, 135 oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes einer Schwingungsamplitude zeigt. Die in Betrachtungsrichtung inFig. 5 untere Kurve zeigt hingegen ein Beispiel der Auftragung der absoluten Schwingungsamplitude der Metallzungen 134, 135 über der Zeit. - Je nachdem, welches Medium mit dem Sensorelement 117 in Berührung kommt, sehen die Schwingungsverläufe gemäß der beispielhaften Darstellung nach der
Fig. 5 betreffend ein Sprühöl WD-40 anders aus. So unterscheiden sich die Verläufe von Luft, Stickstoffgas, Wasser, verschiedenen Hydraulik- und Schmierstoffölen, Kaltreinigern, wie Alkoholen oder dergleichen einschließlich Kraftstoffen, wie Dieselöl, deutlich voneinander. - Somit lässt sich auch mit diesem Sensorelement 117 der Fluidübertritt auf die Gasseite des Hydrospeichers 3 detektieren.
- Wie
Fig. 4 ferner zeigt, weist das Sensorelement 117 eine Umhüllung 143 auf, die vorzugsweise aus einem mineralischen Glaswerkstoff gebildet ist, wobei die Umhüllung 143 die Metallzungen 134, 135 radial und axial vollkommen umschließt, unter Einhaltung eines radialen Mindestabstands zu den Metallzungen 134, 135, um deren angeregte Schwingung nicht zu beeinträchtigen. Die dahingehende Umhüllung 143 weist zwei Öffnungen 145 für den Medienzutritt an die jeweilige Metallzunge 134, 135 auf. - Die Energie für den Betrieb des Sensorelements 117 und der Messeinrichtung 115 wird von einer elektrischen Energiequelle 147 in Form eines nicht näher dargestellten Akkumulators (Batterie) oder bevorzugt kabelgebunden von außen her bereitgestellt, wobei der Sensor 117 wiederum über eine Kabelverbindung 123 als Anbindung 19 an die Auswerteelektronik 133 angeschlossen ist.
- Neben dem beschriebenen Messverfahren können auch optische Verfahren zum Einsatz kommen. So sind sog. Streulichtverfahren gut für eine Detektion von Fluid-Nebeln geeignet, sofern sich eine solche Nebelbildung auf der Gasseite der Speicherblase 37 einstellen sollte. Bei bestimmten Medien lässt sich eventuell zu deren Detektion auch ein etwaiges Vorhandensein von Luminiszenz verwenden. Weitere optische Auswertemöglichkeiten sind in Reflektions- oder Dämpfungseigenschaften von verschiedenen Flüssigkeiten gegenüber Lichtdurchtritt eines Sensors zu sehen.
- Ferner können elektrische Messverfahren zum Einsatz kommen, die im hier aufgezeigten Sinne vorzugsweise auf der Messung von dielektrischen oder konduktiven Eigenschaften des Mediums beruhen. Sowohl anhand der Dielektrizitätzahl als auch der Leitfähigkeit lassen sich Flüssigkeiten und Gase voneinander unterscheiden.
- Bei Einsatz von chemischen Messverfahren sollen Messsysteme zum Einsatz kommen, in denen sich ein Element bei Kontakt mit der zu detektierenden Flüssigkeit aufgrund einer chemischen oder physikalischen Reaktion verändert. Diese Veränderungen können bei dem beschriebenen, ungewollten Medienzutritt sein:
- Aufquellen oder Volumenzunahme eines Sensorelementes;
- Auflösen oder Volumenabnahme eines Sensorelementes;
- Farbänderung eines Sensorelementes und
- Änderung der elektrischen Eigenschaften eines Sensorelementes.
- Ein Auftrennen oder Auflösen des Sensorelementes kann beispielsweise mit einem federvorgespannten Schalter detektiert werden. Der Schalter ist vorzugsweise derart gestaltet, dass die Volumenänderung den Schalter öffnet oder schließt und insoweit ein Signal an die Messelektronik 33 abgibt. Als Materialien für die hier angesprochenen Sensorelemente kommen bevorzugt Kunststoffe in Frage. In Abhängigkeit von der zu detektierenden Flüssigkeit wird bevorzugt ein hierauf ansprechender unbeständiger Kunststoff ausgewählt.
- Ändert ein Polymer als Sensorelement aufgrund seines Kontaktes mit dem Fluid seine Farbe, kann dies wiederum durch geeignete Messverfahren detektiert werden. Wird das Polymer vorzugsweise als saugfähiges Vlies ausgeführt, kann das Vlies das Fluid zum Sensorelement transportieren und es entsteht ein räumlich verteiltes Sensor- und Auswertesystem.
- Ändert sich die elektrische Leitfähigkeit bei Kontakt mit dem Fluid, kann auch dieser Effekt zur Detektion verwendet werden. Wie bei den bereits erwähnten elektrischen Verfahren kann man beispielsweise eine Dünnfilm-Interdigitalelektrodenstruktur einsetzen, die mit dem Polymer beschichtet ist.
- Abschließend sei noch auf Messverfahren verwiesen, die sog. mechanische Oszillatoren beinhalten. Das dahingehende Messprinzip beruht auf dem Viskositätsunterschied zwischen Arbeitsgas und Fluid. So ist die Viskosität von Stickstoff zwar auch druck- und temperaturabhängig; liegt jedoch im gesamten für die Messanwendung relevanten Bereich um mehr als zwei Größenordnungen unter der Viskosität von Hydraulikflüssigkeiten.
- Der mechanische Schwinger (nicht dargestellt) befindet sich innerhalb des Fluids und seine Schwingung wird durch das Fluid entsprechend gedämpft. Die auf den Schwinger wirkende Dämpfung ist dabei proportional zur Viskosität des Fluids.
- Als mechanische Schwinger kommen insbesondere in Frage:
- Schwingquarze wie in einer Quarz-Crystal-Microbalance (QCM),
- Akustische Oberflächenwellensensoren (SAW),
- mikromechanische Stimmgabeln,
- magneto-elastische Filme,
- mechanisch- magnetische Systeme auf der Basis von Spulen und weichmagnetischen Schwingungselementen.
- QCM-Sensoren, SAW-Sensoren und mikromechanische Stimmgabeln lassen sich sehr gut zur Viskositätsbestimmung von Hydraulikflüssigkeiten mit heranziehen und die dahingehende Messtechnik ist für die vorliegende Aufgabenstellung, einen ungewollten Medienübertritt bei Hydrospeichern zu detektieren, sehr gut geeignet.
- Ferner lassen sich magneto-elastische Filme verwenden, wobei die Resonanzfrequenz eines sog. magneto-elastischen Films sich mit den Umgebungsbedingungen ändert, d.h. mit dem Medium, in dem sich der Film befindet. Der Film wird bevorzugt über eine Magnetspule resonanzangeregt und über eine separate sog. Pick-up Spule oder durch die Erregerspule selbst kann die Schwingung des magneto-elastischen Films detektiert werden. Dergestalt lässt sich auch dieser Effekt zur Unterscheidung, ob sich der Sensorfilm in Öl oder Gas befindet, einsetzen. Die dahingehenden mechanischen Oszillatoren lassen sich dem sog. physikalischem Messverfahren im Sinne des vorliegenden Anmeldegegenstandes zuordnen.
Claims (5)
- Medientrennvorrichtung, insbesondere Hydrospeicher (3), mit voneinander verschieden Medienräumen (11, 13), mit einem Speichergehäuse (27), das zumindest teilweise die Medienräume (11,13) begrenzt, und mit einer bewegbaren Trenneinrichtung (5) zum Separieren von zwei Medien (7, 9), die in den Medienräumen (11, 13) aufgenommen sind, wobei mittels einer Messeinrichtung (15, 115) ein Übertritt zumindest eines Mediums (7, 9) eines Medienraumes (11, 13) über die Trenneinrichtung (5) in den anderen Medienraum (11, 13) mit dem anderen Medium (7, 9) detektierbar ist, wobei die Messeinrichtung (15, 115) mindestens ein Sensorelement (17, 117) aufweist, und wobei das jeweilige Sensorelement (17) eine Anbindung (19) an eine Feststelle (21) bezogen auf mindestens einen der Medienräume (11, 13) hat, wobei in jeder eingenommenen Position der Trenneinrichtung (5) das Sensorelement (17) mit dem übergetretenen Medium (7, 9) in Berührung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet dass die Anbindung (19) über mindestens eine flexible Kabelverbindung (23) erfolgt, und dass das jeweilige Kabel (25) an seinem einen Ende (29) mit dem jeweiligen Sensorelement (17) elektrisch leitend verbunden ist und mit seinem anderen Ende (30) an der Feststelle (21) an Teilen des Speichergehäuses (27) festgelegt ist.
- Medientrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens ein Sensorelement (17, 117) den Übertritt unter Anwendung eines- thermischen und/oder- chemischen und/oder- physikalischen und/oder- optischen und/oder- akustischen und/oder- elektrischen Messverfahrens feststellt.
- Medientrennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Feststelle (21) benachbarte Ende (30) der jeweiligen Kabelverbindung (23) mit einem Steckerteil (31) verbunden ist, das bevorzugt eine Auswertelektronik (33, 133) mit umfasst.
- Medientrennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrospeicher (3) ein Blasenspeicher (35) ist, mit einer flexiblen Blase (37) als Trenneinrichtung (5) und dass das jeweilige Sensorelement (17, 117) auf dem als Gasseite (39) ausgebildeten Medienraum (11) innerhalb des Speichergehäuses (27) angeordnet ist, dessen weiterer Medienraum (13) die Fluidseite (41) des Hydrospeichers (3) ausbildet.
- Messverfahren zum Betrieb der Messeinrichtung (15) in einer Medientrennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein- thermisches Messverfahren die Wärmeleitfähigkeit,- optisches Messverfahren die Nebelbildung, Lumineszenz oder die Reflektionseigenschaften,- akustisches Messverfahren die Dämpfungseigenschaften,- elektrisches Messverfahren die elektrische Leitfähigkeit,- chemisches Messverfahren eine Gestaltsveränderung oder eine Farbänderung, und- physikalisches Messverfahren das Verhalten mechanischer Oszillatorenzum Detektieren eines ungewollten Medienübertritts von einem Medienraum (11, 13) zum anderen Medienraum (13, 11) über die Trenneinrichtung (5) herangezogen wird.
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