Gerät zur Ermittlung von rasch auftretenden Druckänderungen Bei hydraulischen Antrieben und bei hydraulischen Regelgetrieben sind Kräfte, Drehmomente oder Leistun gen durch den Druck der Antriebsflüssigkeit im Hydrau- liksystem erfassbar. Wenn Begrenzungen dieser Kräfte, Momente bzw. Leistungen notwendig sind, werden Druckschalter verwendet, die den Pumpenantrieb ab stellen oder über elektromagnetische Ventile die Arbeits- flüssigkeit absperren oder ablenken. Die überdrucksi- cherungen können natürlich auch unmittelbar Ventile beeinflussen.
Es gibt Anwendungsfälle, bei denen Druckschalter allein nur unvollkommen arbeiten. Bei hydraulisch be tätigten Spann- oder Pressvorrichtungen werden zum Be enden der Arbeitsbewegung Druckschalter verwendet. Während der Bewegung ist der Druck im Arbeitszylin der klein und baut sich erst auf, wenn der Arbeitskol ben gegen einen mechanischen Widerstand arbeiten muss, d. h., wenn das zu spannende oder zu pressende Gut die Bewegung des Arbeitskolbens hemmt. Bei Er reichen eines bestimmten Druckes wird die weitere Zu fuhr von Arbeitsflüssigkeit unterbunden.
Vor Erreichen der Endstellung des Arbeitskolbens steigt der Druck relativ langsam an, weil sich das Druck gefässsystem bei Drucksteigerung elastisch verformt.
Wenn Druckschalter ohne zusätzliche Hilfsmittel ver wendet werden, kann es zu Fehlauslösungen des Druck schalters und damit zu Fehlschaltungen durch Druck stösse kommen, die beispielsweise durch andere Hy- draulikantriebe, die von derselben Pumpe versorgt wer den, verursacht werden.
Ein Hilfsmittel zur Unterschei dung der Druckstösse von betriebsmässig auftretenden Druckänderungen ist ein dem Druckschalter nachge schaltetes Zeitrelais, das auf die kurzzeitig wirkenden Druckstösse nicht anspricht und erst bei lang andauern den Druckänderungen die Abschaltung des Pumpenan triebes veranlasst. Die Verwendung solcher Zeitrelais hat aber den Nachteil, dass keine exakte Abschaltung sofort bei Erreichen eines bestimmten Enddruckes ge- währleistet wird.
Besonders wichtig ist eine einwandfrei arbeitende Einrichtung zur Erfassung von Druckstössen bei Seil förderanlagen, die mit hydraulischen Regelgetrieben be trieben werden. Bei solchen Anlagen muss damit ge rechnet werden, dass plötzlich mechanische Hindernisse auftreten, zum Beispiel durch Ausspringen des Förder seils aus den Führungsrollen oder dann, wenn ein Baum auf das Bahntrasse fällt. In jedem Fall muss so rasch wie möglich abgeschaltet werden. Bei elektrischen Antrieben dienen dazu Leistungsstossrelais, die bei einem Strom- oder Leistungsanstieg, der einen bestimmten ein stellbaren Wert in der Zeiteinheit überschreitet, die Ab schaltung veranlassen.
Bei hydraulischen Regelgetrieben ist die Stromän derung des Pumpenmotors von der eingestellten über setzung abhängig und deshalb kein gut brauchbares Mass zur Erfassung von rasch auftretenden Zusatzbela stungen.
Ein Gerät, das rasche Druckänderungen der Arbeits flüssigkeit des hydraulischen Getriebes erfasst, ist aber einem elektrischen Leistungsstossrelais gleichwertig. Da durch, dass die Schwungmomente von hydraulischen Ge trieben meistens erheblich kleiner sind als die von Elek tromotoren, wird sogar ein rascheres Ansprechen er reicht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Ermitt lung von rasch auftretenden Druckänderungen, insbe sondere für flüssige Medien. Erfindungsgemäss sind zwei an den druckführenden Raum über Zuführungskanäle mit verschiedenem Strömungswiderstand angeschlossene Druckkammern und eine in Abhängigkeit vom Diffe renzdruck beider Druckkammern ansprechende Vorrich tung vorgesehen.
Die in Abhängigkeit vom Differenz druck der beiden Druckkammern ansprechende Vorrich tung kann eine Schalt- oder Anzeigevorrichtung sein. Das erfindungsgemässe Gerät, das also als Schalt- oder Anzeigegerät ausgebildet werden kann, ermöglicht auf einfache Weise eine Unterscheidung zwischen Druck stössen und betriebsmässig auftretenden Druckänderun- gen, ohne dass die bei Verwendung von Zeitrelais unver meidbare Ansprechtoleranz in Kauf genommen werden muss.
Bei raschen Änderungen des Druckes im druckfüh renden Raum gleicht sich der Druck in der über den Zuführungskanal mit höherem Strömungswiderstand an geschlossenen Druckkammer langsamer an den neuen Wert des Druckes an als der Druck in der anderen Druckkammer, während sich langsame Druckänderungen in beiden Druckkammern praktisch gleichzeitig auswir ken. Das erfindungsgemässe Gerät gestattet somit, rasch verlaufende Druckänderungen, wie sie zum Beispiel bei Druckstössen auftreten, von langsamen, also betriebsmä ssig bedingten Druckänderungen zu unterscheiden, und es können somit Fehlschaltungen durch Druckstösse ver mieden werden.
In manchen Anwendungsfällen kann es erwünscht sein, einen durch eine plötzliche Entlastung hervorgeru fenen Druckabfall zu erfassen; mit Hilfe des erfindungs gemässen Gerätes können auch rasch verlaufende Druckabsenkungen ermittelt und für Schaltzwecke aus gewertet werden.
Es erweist sich als vorteilhaft, die Druckkammern zylindrisch auszubilden und in ihnen federbelastete Kol ben anzuordnen, die eine Schalt- oder Anzeigevorrich tung betätigen.
Mit Vorteil kann auch ein einziges zylindrisches Druckgefäss Verwendung finden, an dessen beiden stirn seitigen Enden die Zuführungskanäle einmünden und das durch einen mittels Federn in einer Mittellage ge haltenen Kolben in zwei Druckkammern unterteilt ist. Bei einem Druckunterschied in den Druckkammern bei derseits des Kolbens verschiebt sich dieser, und diese Verschiebung kann unmittelbar für die Schaltzwecke ausgenützt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist ein die beiden Druckkammern 3, 4 enthaltendes Gefäss 1 über ein Zuleitungsrohr 2 mit dem druckführenden Raum ver bunden. Der Zuführungskanal zur linken Druckkam mer 3 weist einen grossen Querschnitt auf, während die Verbindung zur rechten Druckkammer 4 über einen engen Zuführungskanal 5 hergestellt ist.
In den beiden Druckkammern 3 und 4 befinden sich Kolben 6 bzw. 7, die unter dem Druck von Fe dern 8 bzw. 9 stehen. Bei konstantem oder sich nur langsam änderndem Druck ist die Relativlage der Kol ben 6 und 7 zueinander immer gleich. Die Absolutlage der Kolben 6, 7 ist natürlich druckabhängig. Die Fe dern 8, 9 sind so bemessen, dass sie bei Maximaldruck noch nicht ganz zusammengedrückt sind.
Bei rasch verlaufenden Druckänderungen ändert sich zufolge der verschiedenen Strömungswiderstände in den Zuleitungskanälen zu den Druckkammern 3, 4 die Re lativlage der Kolben 6 und 7 zueinander, und erst einige Zeit nach Erreichen eines konstanten Druckes nehmen die Kolben 6 und 7 wieder die gleiche Lage relativ zueinander ein. Die Änderung der Relativlage der Kol ben kann entweder für eine Kontaktbetätigung oder un mittelbar für eine Ventilbetätigung ausgenützt werden. Bei der Ausführung nach Fig. 1 betätigen die Kolben 6, 7 über ihre Kolbenstangen 10 und 11 eine Quecksil- berschaltröhre 12.
Zum Einstellen der gewünschten Re lativbewegung in Abhängigkeit von der Druckänderungs- geschwindigkeit ist in dem Zuführungskanal 5 eine Dros selstelle 13 mit einstellbarer Drosselwirkung vorgesehen. Die Strömungswiderstände hängen vom Querschnitt der Zuführungskanäle, der Geschwindigkeit und der Viskosität der Arbeitsflüssigkeit ab. Da die Viskosität stark temperaturabhängig ist, würden ohne zusätzliche Massnahmen die Arbeitsverhältnisse auch von der Tem peratur abhängen.
Es ist daher zweckmässig, eine Tem peraturkompensation vorzusehen, die durch einen aus Teilen mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten auf gebauten Temperaturfühler bewirkt wird, welcher eine Drosselstelle in Abhängigkeit von der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit so verstellt, dass die Temperaturab hängigkeit der Viskosität ausgeglichen wird. Beispiels weise kann hiezu, wie in der Zeichnung nicht näher dargestellt, eine in einem der Zuführungskanäle ange ordnete Bimetallspirale vorgesehen werden.
Bei Druckanstieg und -abfall sind die Relativbewe gungen verschieden gerichtet. Eine Schalter- oder Ven tilbetätigung kann je nach Bedarf bei Druckanstieg oder bei Druckabfall oder in beiden Fällen erfolgen. Um die richtigen Arbeitsbedingungen bei rasch wechselnden Be lastungen so rasch wie möglich herzustellen, kann par allel zu der Zuleitung mit dem höheren Strömungswider stand ein Nebenschlusskanal 14 mit einem Rückschlag ventil 15 vorgesehen werden, so dass sich eine von der Richtung der Druckänderungen abhängige Arbeits weise ergibt.
Wenn das Gerät bei Druckanstieg allein arbeiten soll, wird die Anordnung so wie in Fig. 1 darge stellt getroffen, bei der das Rückschlagventil 15 bei einem Druckabfall den Nebenschlusskanal 14 öffnet. Die Relativbewegung der Kolben 6. 7 ist bei Druckanstieg gross, bei Druckabfall dann wesentlich kleiner und auch verkehrt gerichtet.
Die Lage der in Fig. 1 dargestellten Quecksilber schaltröhre 12 kann in Abhängigkeit vom Druck leicht ausgeglichen werden, wenn flexible Zuleitungen zum Ge fäss 1 verwendet werden. Anstelle einer Quecksilber schaltröhre können aber auch andere Kontaktvorrichtun gen verwendet werden.
Wenn die Druckkammern aus einem nichtmagneti- sierbaren Material gefertigt werden, kann die übertra- gung der Kolbenbewegung auf das Schalt- oder Anzeige organ auch magnetisch erfolgen.
Eine solche Ausführung ist in Fig. 2 dargestellt, wo bei entsprechende Teile die gleichen Bezugsziffern auf weisen wie in Fig. 1. In der Ausführung nach Fig. 2 be stehen die Kolben 6 und 7 aus magnetischem oder ma- gentisierbarem Material, und die Quecksilberschaltröhre 12 ist auf einem Tragteil angeordnet, der zwei die Druckkammern 3 und 4 umschliessende Ringe 16 und 17 aus magnetischem Material besitzt, die zufolge der magnetischen Anziehung stets die gleiche Höhenlage wie die Kolben 6 bzw.
7 einnehmen und demgemäss auch den Tragteil mit der Quecksilberschaltröhre 12 ent sprechend der Relativbewegung der Kolben 6, 7 ver- schwenken.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemä ssen Gerätes, bei der nur ein einziges zylindrisches Druckgefäss vorgesehen ist, das durch einen Kolben in zwei Druckkammern unterteilt ist, zeigt die Fig. 3. Der Kolben 19 ist beidseitig federnd abgestützt und behält bei konstantem Druck die gezeichnete. Mittellage bei, denn der Druck hat keinen Einfluss auf seine Lage, weil die Federn und die Kolbenflächen gleich sind. Die Zu führungskanäle 20 und 21 mit verschiedenem Strö mungswiderstand münden an den Stirnseiten in das Druckgefäss 18.
Bei dieser Ausführung muss jedoch we gen des unveränderlichen Gesamtvolumens der Druck- kammer eine Ausweichmöglichkeit für die Arbeitsflüs sigkeit vorgesehen sein, wozu zwei in ein gemeinsames Ausgleichsgefäss 24 führende Kanäle 22 und 23 vor gesehen sind. Diese Kanäle sind zweckmässig mit einem kleinen Querschnitt versehen, damit der Verbrauch an Arbeitsflüssigkeit gering bleibt.
Der Kolben 19 betätigt mittels einer Kolbenstange 25 unmittelbar einen in der Zeichnung nicht dargestell ten Schalter oder ein Anzeigeorgan. Für die Kolben stange 25 ist in der Stirnwand des Druckgefässes 18 eine druckfeste Durchführung vorgesehen.
Eine ähnlich aufgebaute Anordnung zeigt die Aus führung nach Fig.4. Dort erfolgt die Kontaktbetäti gung mittels eines magnetischen Kolbens 26, der in einem unmagnetischen zylindrischen Druckgefäss 18 ge führt ist. Beiderseits der Mittellage des Kolbens 26 sind ausserhalb des Druckgefässes 18 zwei Magnetschalter 27 und 28 vorgesehen, von denen jeweils einer bei ent sprechender Verschiebung des Kolbens 26 betätigt wird. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass keine Durch führungsdichtung vorgesehen werden muss.
Bei der in Fig.4 dargestellten Ausführung ist schliesslich noch ein speziell ausgebildetes Ausgleichsge fäss 29 gezeigt, das aus einem geschlossenen Zylinder mit einem federbelasteten Kolben 30 besteht. Als Aus gleichsgefäss kann aber auch ein geschlossenes Gefäss mit einer Gasblase verwendet werden.
Wenn mit wechselnden Lastrichtungen gerechnet werden muss, sind bei hydraulischen Regelgetrieben so wohl auf der Eingangsseite als auch auf der Ausgangs seite Geräte zur Druckstosserfassung notwendig, da mit der Lastrichtung auch Saug- und Druckseite wechseln.
Device for determining rapidly occurring changes in pressure In hydraulic drives and hydraulic variable speed gears, forces, torques or power can be recorded through the pressure of the drive fluid in the hydraulic system. If there is a need to limit these forces, torques or outputs, pressure switches are used that turn off the pump drive or shut off or divert the working fluid via electromagnetic valves. The overpressure safeguards can of course also directly influence the valves.
There are applications in which pressure switches only work imperfectly. In the case of hydraulically operated clamping or pressing devices, pressure switches are used to end the work movement. During the movement, the pressure in the working cylinder is small and only builds up when the working piston has to work against mechanical resistance, d. that is, when the material to be clamped or pressed inhibits the movement of the working piston. When he reaches a certain pressure, the further supply of working fluid is prevented.
Before reaching the end position of the working piston, the pressure rises relatively slowly because the pressure vessel system is elastically deformed when the pressure increases.
If pressure switches are used without additional aids, the pressure switch can be triggered incorrectly and thus incorrect switching due to pressure surges caused, for example, by other hydraulic drives that are supplied by the same pump.
An aid for differentiating the pressure surges from pressure changes occurring during operation is a time relay connected downstream of the pressure switch, which does not respond to the brief pressure surges and only causes the pump drive to be switched off when the pressure changes last for a long time. However, the use of such time relays has the disadvantage that an exact switch-off is not guaranteed immediately when a certain final pressure is reached.
It is particularly important to have a properly functioning device for recording pressure surges in rope conveyor systems that are operated with hydraulic variable speed gears. With such systems, it must be expected that mechanical obstacles will suddenly appear, for example when the conveyor rope jumps out of the guide rollers or when a tree falls onto the railway line. In any case, it must be switched off as soon as possible. In the case of electric drives, power surge relays are used to trigger the shutdown in the event of a current or power increase that exceeds a certain adjustable value in the time unit.
In the case of hydraulic variable speed gearboxes, the change in current in the pump motor depends on the ratio set and is therefore not a useful measure for recording additional loads that occur quickly.
A device that detects rapid pressure changes in the working fluid in the hydraulic transmission is equivalent to an electrical power surge relay. Since the moment of inertia of hydraulic drives is usually considerably smaller than that of electric motors, even faster response is enough.
The invention relates to a device for the determination of rapidly occurring pressure changes, in particular special for liquid media. According to the invention, two pressure chambers connected to the pressurized space via supply channels with different flow resistance and one responsive Vorrich device depending on the differential pressure of the two pressure chambers are provided.
The responsive Vorrich device depending on the differential pressure of the two pressure chambers can be a switching or display device. The device according to the invention, which can be designed as a switching or display device, enables a simple distinction between pressure surges and operational pressure changes without having to accept the unavoidable response tolerance when using time relays.
In the event of rapid changes in the pressure in the pressure-leading space, the pressure in the pressure chamber closed via the supply channel with higher flow resistance adapts to the new pressure value more slowly than the pressure in the other pressure chamber, while slow pressure changes in both pressure chambers are practically simultaneously ken. The device according to the invention thus allows rapid pressure changes, such as occur, for example, with pressure surges, to be distinguished from slow, i.e. operationally induced pressure changes, and incorrect switching due to pressure surges can thus be avoided.
In some applications it may be desirable to detect a pressure drop caused by a sudden relief; With the aid of the device according to the invention, rapid pressure drops can also be determined and evaluated for switching purposes.
It proves to be advantageous to form the pressure chambers cylindrical and to arrange spring-loaded Kol ben in them, which actuate a switching or display device.
Advantageously, a single cylindrical pressure vessel can also be used, at the two front ends of which the feed channels open and which is divided into two pressure chambers by a piston held in a central position by means of springs. In the event of a pressure difference in the pressure chambers on the opposite side of the piston, the piston shifts, and this shift can be used directly for switching purposes.
Embodiments of the invention are shown in the drawing.
In the embodiment according to FIG. 1, a vessel 1 containing the two pressure chambers 3, 4 is connected via a supply pipe 2 to the pressurized space. The supply channel to the left Druckkam mer 3 has a large cross-section, while the connection to the right pressure chamber 4 is made via a narrow supply channel 5.
In the two pressure chambers 3 and 4 there are pistons 6 and 7, which are under the pressure of Fe countries 8 and 9, respectively. At constant or slowly changing pressure, the relative position of the Kol ben 6 and 7 is always the same. The absolute position of the pistons 6, 7 is of course dependent on the pressure. The springs 8, 9 are dimensioned so that they are not completely compressed at maximum pressure.
With rapid pressure changes changes according to the different flow resistances in the supply channels to the pressure chambers 3, 4, the relative position of the pistons 6 and 7 to each other, and only some time after reaching a constant pressure, the pistons 6 and 7 again take the same position relative to each other one. The change in the relative position of the piston can either be used for actuating a contact or directly for actuating a valve. In the embodiment according to FIG. 1, the pistons 6, 7 actuate a mercury interrupter 12 via their piston rods 10 and 11.
To set the desired relative movement as a function of the pressure change speed, a throttle point 13 with an adjustable throttling effect is provided in the feed channel 5. The flow resistances depend on the cross section of the supply channels, the speed and the viscosity of the working fluid. Since the viscosity is highly dependent on temperature, the working conditions would also depend on the temperature without additional measures.
It is therefore advisable to provide a tem perature compensation, which is effected by a temperature sensor built from parts with different expansion coefficients, which adjusts a throttle point depending on the temperature of the working fluid so that the temperature dependence of the viscosity is compensated. For example, as not shown in detail in the drawing, a bimetallic spiral arranged in one of the feed channels can be provided for this purpose.
When the pressure rises and falls, the relative movements are directed differently. A switch or valve can be actuated when the pressure rises or falls, or in both cases, as required. In order to create the right working conditions with rapidly changing loads as quickly as possible, a shunt channel 14 with a check valve 15 can be provided in parallel with the supply line with the higher flow resistance, so that a working way that depends on the direction of the pressure changes results .
If the device is to work alone when the pressure rises, the arrangement is made as shown in FIG. 1 Darge, in which the check valve 15 opens the bypass channel 14 when there is a pressure drop. The relative movement of the pistons 6, 7 is large when the pressure rises, and when the pressure drops it is then significantly smaller and also in the wrong direction.
The position of the mercury interrupter 12 shown in Fig. 1 can be easily compensated for depending on the pressure when flexible leads to Ge vessel 1 are used. Instead of a mercury switching tube, however, other contact devices can also be used.
If the pressure chambers are made of a non-magnetizable material, the piston movement can also be transmitted magnetically to the switching or display element.
Such an embodiment is shown in FIG. 2, where corresponding parts have the same reference numerals as in FIG. 1. In the embodiment according to FIG. 2, the pistons 6 and 7 are made of magnetic or magnetizable material, and the mercury interrupter 12 is arranged on a support part which has two rings 16 and 17 made of magnetic material which surround the pressure chambers 3 and 4 and which, due to the magnetic attraction, are always at the same height as the pistons 6 or
7 and accordingly also swivel the support part with the mercury interrupter 12 in accordance with the relative movement of the pistons 6, 7.
A further embodiment of the device according to the invention, in which only a single cylindrical pressure vessel is provided, which is divided into two pressure chambers by a piston, is shown in FIG. 3. The piston 19 is resiliently supported on both sides and retains the pressure shown at constant pressure. Middle position because the pressure has no influence on its position because the springs and the piston surfaces are the same. The feed channels 20 and 21 with different flow resistance open into the pressure vessel 18 at the end faces.
In this embodiment, however, because of the unchangeable total volume of the pressure chamber, an alternative option for the working fluid must be provided, for which two channels 22 and 23 leading into a common equalizing vessel 24 are provided. These channels are expediently provided with a small cross-section so that the consumption of working fluid remains low.
The piston 19 actuates by means of a piston rod 25 directly a switch not dargestell th in the drawing or a display element. For the piston rod 25 a pressure-tight passage is provided in the end wall of the pressure vessel 18.
A similarly structured arrangement shows the execution of Figure 4. There is the Kontaktbetäti supply by means of a magnetic piston 26, which is ge in a non-magnetic cylindrical pressure vessel 18 leads. On both sides of the central position of the piston 26, two magnetic switches 27 and 28 are provided outside of the pressure vessel 18, one of which is actuated when the piston 26 is moved accordingly. This design has the advantage that no lead-through seal has to be provided.
In the embodiment shown in FIG. 4, a specially designed compensation vessel 29 is finally shown, which consists of a closed cylinder with a spring-loaded piston 30. However, a closed vessel with a gas bubble can also be used as a compensating vessel.
If changing load directions have to be expected, devices for pressure surge detection are necessary on the input side as well as on the output side of hydraulic variable speed gears, since the suction and pressure side also change with the load direction.