Verfahren zur Überwachung der Gasmenge eines hydropneumatischen Speichers Hydropneumatische Speicher bestehen bekanntlich aus einem druckfesten Behälter aus Stahl, dessen Inneres durch eine Trennwand in zwei Räume geteilt ist. Die Trennwand ist beweglich. Sie ist entweder als Kolben ausgebildet (Kolbenspeicher) oder als Kunststoffmem bran (Membran- oder Blasenspeicher).
Der eine Raum des Speichers wird entsprechend dem für den Speicher vorgesehenen Arbeitsdruck mit einem Gas, z.B. Stickstoff, gefüllt. Anschliessend fördert eine Pumpe in den anderen Raum des Speichers bis zu einem gewünschten Betriebsdruck die Hydraulikflüssigkeit, üb licherweise Mineralöl. Hierbei wird das Gas zusammen gedrückt und der Druck des Speichers erhöht. Die in dem unter Druck stehenden Gas gespeicherte Energie kann dann über die Hydraulikflüssigkeit abgegeben werden. Sie hängt bei gegebenem Druck von der Grösse der Gasmenge ab.
Die Energie, die auch als Arbeitsvermögen bezeichnet wird, kann sich somit ändern, wenn das Gas aus dem dafür vorgesehenen Raum des Speichers ent weicht.
Zur Kontrolle der Gasmenge soll man nach der Seite 13 der von der Firma Bosch herausgegebenen Druck schrift Bosch Hydrospeicher vom Mai 1966, den sogenannten Gasvorspanndruck messen. Mit Gasvor- spanndruck ist der Druck gemeint, den das Gas aufweist, wenn es das gesamte Speichervolumen ausfüllt. Dieser Druck sinkt mit abnehmender Gasmenge.
Zum Messen des Vorspanndruckes geht man so vor, dass man den Speicher durch öffnen des für die Hydrau- likflüssigkeit vorgesehenen Ventils langsam entleert und hierbei den Druck der Hydraulikflüssigkeit mit einem an der Flüssigkeitsleitung angebrachten Manometer über wacht. Ist die gesamte Hydraulikflüssigkeit aus dem Speicher herausgedrückt, so wird ein am Speicher sitzen des Ventil selbsttätig geschlossen, und der Druck in der Hydraulikleitung fällt dann plötzlich auf Null.
Der vor dem Druckabfall am Manometer festgestellte Druck ist der sogenannte Vorspanndruck und, wie gesagt, ein Mass für die im Speicher vorhandene Gasmenge.
Das vorgenannte Verfahren besitzt den Vorteil, dass man ohne zusätzliche Teile die Gasmenge bestimmen kann, denn ein Manometer zur Überwachung des Druk- kes der Hydraulikflüssigkeit ist üblicherweise am Spei cher vorgesehen. Ebenso gehört ein Ablassventil zur notwendigen Ausrüstung eines solchen Speichers. ES ist jedoch mühselig, den Speicher langsam zu entleeren und hierbei das Manometer zu beobachten. Vor allem aber ist diese Überwachung notwendigerweise mit einer Betriebs unterbrechung verbunden. Aus diesem Grunde kommt sie nicht für die hydraulischen Antriebe elektrischer Schaltgeräte in Betracht, die, sofern sie in Betrieb sind, ständig schaltbereit sein müssen.
Als Abhilfe hat man versucht, bei Kolbenspeichern die Kolbenstellung zu erfassen (DAS<B>1223</B> 185). Hierfür ist jedoch ein bestimmter mechanischer Aufwand erfor derlich, der den Speicher unerwünscht verteuert. Darüber hinaus ist eine solche Überwachung nur dann zuverlässig, wenn sichergestellt ist, dass kein öl in den Gasraum eindringt. Hierdurch würde nämlich ein grösseres Gasvo lumen vorgetäuscht, als tatsächlich vorhanden ist, ohne dass die Überwachung dies feststellen könnte.
Die Erfindung hat ein Verfahren zur Überwachung der Gasmenge eines hydropneumatischen Speichers mit einer Pumpe zum Füllen des Speichers mit Hydraulik flüssigkeit und mit einem Manometer zum Messen des Speicherdruckes zum Ziel, das Fehlmessungen aus- schliesst und dennoch ohne Betriebsunterbrechung und mit geringem Aufwand ausgeführt werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass der Zusammenhang zwischen dem beim betriebsmässigen Füllen des Speichers auftretende Druckanstieg und der in den Speicher gelangenden Füllmenge erfasst wird. Dabei wird also die Tatsache ausgenutzt, dass der Speicher ohnehin von Zeit zu Zeit mit der Pumpe nachgefüllt werden muss, wenn er im Betrieb benutzt wird. Die hierbei in den Speicher gelangende Füllmenge wird beim Verfahren nach der Erfindung gemessen. Gleichzeitig wird der durch die Füllmenge verursachte Druckanstieg fest gestellt. Aus dem Zusammenhang dieser beiden Grössen gewinnt man ein genaues Mass für die im Speicher vorhandene Druckmenge. Mithin braucht der Speicher nicht entleert zu werden.
Er kann ständig in Betrieb bleiben. Ausserdem kann die Überwachung ohne grossen Aufwand automatisiert werden.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung kann man den Grenzwert der Gasmenge durch die einer bestimmten Füllmenge zugeordnete grösste zulässige Druckdifferenz erfassen. Je kleiner die Gasmen ge, desto grösser ist nämlich die Drucksteigerung pro Füllmenge. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass man den Grenzwert durch die einer bestimmten Druck differenz zugeordnete kleinste zulässige Füllmenge er- fasst. In beiden Fällen kann man eine in die Fülleitung des Speichers eingebaute Messeinrichtung für die Füll menge verwenden. Man kann die Füllmenge aber auch durch die Überwachung der Förderdauer der Pumpe erfassen.
Hierbei kann man eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen der Pumpenwelle über ein Getriebe fest stellen, das eine Übersetzung ins Langsame ergibt und beispielsweise während mehrerer Umdrehungen der Pumpenwelle einmal einen Schalter betätigt. Ferner ist es möglich, eine bestimmte Füllmenge durch den einmaligen Hub einer Kolbenpumpe hervorzubringen.
Die vorstehend erwähnte Messeinrichtung für die Füllmenge wird zweckmässig am Speicher angeordnet. Sie kann mit dem Speicher baulich vereinigt werden. Als Messeinrichtung ist insbesondere ein Raum mit einer beweglichen Trennwand geeignet, die bei der Bewegung zwischen einer Ruhelage und einem Anschlag ein be stimmtes Volumen verdrängt. Das Ende der Verdrän gungsbewegung kann man z.B. dadurch kenntlich ma chen, dass die Trennwand beim Anlaufen an den An schlag die Fülleitung für den Speicher sperrt.
Daraufhin stellt sich, wenn die Pumpe weiterfördert, in dem Raum vor der Trennwand ein steigender Druck ein, während der Druck im Raum hinter der Trennwand gleich bleibt. Die Differenz zwischen dem Anfangsdruck beim Pumpen und dem gleich bleibenden Enddruck nach dem Schlies- sen der Fülleitung ist dann ein Mass für die im Speicher vorhandene Gasmenge, und zwar ist die Gasmenge um so grösser, je kleiner die Druckdifferenz ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Trennwand beim Anlaufen an den Anschlag einen Si gnalschalter betätigt. In diesem Moment kann wieder, gegebenenfalls automatisch, der Druck gemessen werden, so dass die für die Gasmenge kennzeichnende Druckdif ferenz feststellbar ist. Man kann aber auch den Signal schalter so mit einem Manometer kombinieren, dass nur dann ein Signal gegeben wird, wenn beim Betätigen des Signalschalters ein bestimmter Druck überschritten ist. Dieses Signal kann unmittelbar als Anzeige dafür ver wendet werden, dass die im Speicher enthaltene Gasmen ge zu gering ist.
Für den Fall, dass der kritische Druck beim Fördern der bestimmten Füllmenge nicht erreicht ist, kann man, um eine maximale Füllung des Speichers zu sichern, in der Trennwand der Messeinrichtung ein Ventil vorsehen, das beim Anlaufen an den Anschlag öffnet. Die Pumpe kann dann durch das geöffnete Ventil den Speicher weiter bis auf einen gewünschten Enddruck füllen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass man ein bestimmtes Volumen zusätzlich einspritzt, indem man beispielsweise mit einem Kolben, der seinerseits hydrau lisch betätigt werden kann, unabhängig von der sonst üblichen Pumpe Hydraulikflüssigkeit in den Speicher drückt. Hierbei kann man auch mit einem Differential kolben arbeiten.
Das Hineindrücken kann willkürlich geschehen, wobei die Drucksteigerung durch einfache Kontaktmanometer erfasst werden kann. Die Schaltung der Kontaktmanometer kann zur Auslösung einer auto matischen Überwachung mechanisiert werden, indem der Stellung des Kolbens ebenfalls Kontakte zugeordnet werden. Man braucht dann nur noch ein Kommando für den Beginn der Kolbenbewegung zu geben und erhält eine automatische Überprüfung mit Hilfe einer Zusatz einrichtung, die unter Umständen zur Prüfung von Speichern wiederholt und an verschiedenen Stellen ver wendet werden kann.
Wie bereits erwähnt, kann man eine bestimmte Flüs sigkeitsmenge auch dadurch nachfüllen, dass man eine mit einer Pumpenwelle ausgerüstete Pumpe, z.B. eine periodisch arbeitende Kolbenpumpe mit geringem Hub volumen eine bestimmte Zeit lang laufen lässt. Die Fördermenge der Pumpe kann man bei dieser Ausfüh rungsform des Erfindungsgegenstandes aber auch als eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen der Pumpenwelle über ein Getriebe erfassen, das eine Übersetzung ins Langsame ergibt.
Bei einer einfachen Ausgestaltung wird von dem Getriebe während einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen der Pumpenwelle einmal ein Schalter betätigt. Die Schalterbetätigung kann sich periodisch wiederholen, wenn die langsame Welle des Getriebes wiederum eine Umdrehung gemacht hat, die jeweils einer bestimmten Füllmenge entspricht. Hierbei kann man eine räumliche Trennung und damit einen freizügigen Aufbau durch eine elektrische Welle erhalten, über die das Getriebe mit dem Pumpenmotor gekoppelt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, die in schema tischer Darstellung Mittel zur Ausführung des Verfah rens zeigen.
Wie in Fig. 1 gezeichnet, soll der hydropneumatische Speicher 1 als Druckmittelquelle für den nicht dargestell ten hydraulischen Antrieb eines elektrischen Leistungs schalters dienen, der über die Leitung 10 mit dem Speicher 1 verbunden ist. Der Speicher 1 kann ein Blasen- oder ein Kolbenspeicher sein. Sein Druck wird durch ein Kontaktmanometer 2 überwacht. Zum Nach füllen der Hydraulikflüssigkeit aus einem Sumpf 3 dient eine Pumpe 4, die mit dem Speicher 1 über die Fülleitung 5 verbunden ist. Die Pumpe ist beispielsweise eine Kolbenpumpe, wie sie als Einspritzpumpe für Kraftfahr zeuge verwendet wird.
Die Pumpe 4 ist mit einem Antriebsmotor 6 gekup pelt, der von einer nicht dargestellten Spannungsquelle über die Leitung 7 gespeist wird. Im Zuge der Leitung 7 liegt der Schaltkontakt 8 des Kontaktmanometers 2. Der Kontakt 8 schliesst beim Absinken des Druckes bei einem Wert von z.B. 280 at und öffnet mit steigendem Druck bei 300 at.
Mit dem Kontakt 8 des Manometers 2 sind beim Ausführungsbeispiel zwei weitere Kontakte 11 und 12 gekoppelt, die ebenfalls an die Leitung 7 angeschlossen sind. Der Kontakt 11 ist ein Wischkontakt, der bei einem Druck von 280 at kurzzeitig geschlossen, sonst aber geöffnet ist. Es führt zu einem Zeitrelais 13. Das Relais schliesst, wenn es Spannung bekommt, nach einer vorge- gebenen Zeit von beispielsweise 30 Sekunden einen Kontakt 14, der mit dem Kontakt 12 in Reihe liegt. An den Kontakt 14 ist eine Hupe 15 angeschlossen.
Der Kontakt 12 ist bei kleineren Drücken als 300 at geöffnet, bei höheren dagegen geschlossen.
Wenn der auf den Betriebsdruck gefüllte Speicher 1 sich durch Leckverluste an seinem Ventil oder derglei chen langsam entleert, so wird der Kontakt 8 geschlossen, sobald der Druck unter 280 at absinkt. Dadurch be kommt der Motor 6 Spannung. Er setzt die Pumpe 4 in Bewegung, bis der Druck 300 at erreicht. Überschreitet der Druck diesen Wert, wird der Motor 6 vom Kontakt 8 ausgeschaltet.
Beim Absinken des Druckes auf 280 at schaltet ausserdem der Kontakt 11 das Zeitrelais 13 ein. Das Zeitrelais schliesst seinen Kontakt 14, der zur Hupe 15 führt, und öffnet ihn nach einer vorgegebenen Zeit. Diese Zeit ist so bemessen, dass bei ausreichender Gasmenge im Speicher 1 der Motor 6 noch läuft, weil der Druck noch nicht 300 at erreicht hat. Für diesen Fall ist der Kontakt 12 noch geöffnet, solange der Kontakt 14 geschlossen ist.
Ist die Gasmenge im Speicher 1 infolge von Leck verlusten des Gases aber zu klein geworden, so erreicht der Druck 300 at, bevor das Zeitrelais seinen Kontakt 14 geöffnet hat. Die auf die Druckdifferenz von 20 atü bezogene Fördermenge der Pumpe 4 ist dann kleiner als der zulässige Grenzwert, der mit dem Zeitrelais 13 vorgegeben wird. In diesem Fall gelangt Spannung über den Kontakt 12 und den Kontakt 14 des Zeitrelais 13 zur Hupe 15. Mithin wird bei unzureichender Gasfüllung ein Signal gegeben. Hierfür werden zusätzlich zu der norma len Einrichtung eines Hydraulikspeichers lediglich zwei weitere Kontakte des Manometers 2 und ein Zeitrelais 13 benötigt.
Die Prüfung der Gasmenge erfolgt selbsttätig bei jedem Nachfüllen des Speichers. Statt einer Hupe kann auch eine andere Meldung, z.B. über ein Fallklap- penrelais, vorgesehen sein. Bei der Überwachung des Gasvolumens kommt es nicht auf die Stellung einer Membran oder eines Kolbens an, die den Gasraum des Speichers 1 von dem mit Flüssigkeit gefüllten Teil trennt.
In der Fig.2 ist angedeutet, dass zusätzlich zu der Pumpe 4 bei der Anordnung nach Fig. 1 noch eine Pumpe 20 mit einem eigenen Antriebsmotor 21 verwen det werden kann, wobei das elektrische überwachungssy- stem im Prinzip das gleiche ist. Der Grund dieser Anordnung liegt darin, dass für die Messung von Zeitdif ferenzen, die den Gasinhalt kennzeichnen, bestimmte Fördermengen in bezug auf das Speichervolumen nicht überschritten werden können.
Ist nämlich das Fördervo- lumen in bezug auf den Speicher sehr gross, so ist die zum Nachfüllen benötigte Zeit entsprechend klein und eine Zeitdifferenz, die den Gasverlust berücksichtigt, noch kleiner und somit nur schlecht zu erfassen.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 besitzt deshalb ausser der Pumpe 4, die nur für Leckverluste vorgesehen ist, für das Nachfüllen bei betriebsmässigem Druckmittelver- brauch, alsobeimBetätigen des elektrischen Schalters, die zusätzliche Pumpe 20 mit einer grösseren Förderlei- stung.
Um zu vermeiden, dass die Pumpen 20 und 4 zugleich ansprechen, kann man der Pumpe 4 einen höheren Ansprechdruck geben als dem Schaltpunkt des Kontaktes 19 für die Pumpe 20. Ausserdem kann man eine in der Fig.2 nicht gezeichnete Verriegelung vorsehen, die die Pumpe 4 ausschaltet, wenn der Motor 21 läuft. Die in der Fig.3 ohne die elektrische Steuerung gezeichnete Anordnung entspricht im Prinzip der Anord nung nach Fig. 2. Aus Ersparnisgründen wird jedoch nur ein einziger Antriebsmotor 6 verwendet, der mit der Pumpe 4 und der Pumpe 20 über eine elektromagnetische Kupplung 22 bzw. 23 verbunden werden kann.
Ein Rückschlagventil 24 bzw. 25 verhindert das Eindringen der Hydraulikflüssigkeit in die nicht arbeitende Pum pe.
Die elektrische Steuerung der Anordnung nach Fig. 3 stimmt sinngemäss mit der Anordnung nach Fig. 2 überein. Zusätzlich zu der Erregung des Antriebsmotors 6 wird jedoch die Kupplung 22 eingelegt, wenn die Pumpe 4 zur Deckung von Leckverlusten in Betrieb gesetzt werden soll.
Die Anordnung nach den Fig.4 und 5 erfasst die Füllmenge nicht über die Fördermenge der Pumpe. In die Fülleitung 5 der nicht gezeichneten Pumpe ist am Speicher 1 ein Behälter 30 eingebaut, dessen Inneres durch eine Membran 31 in zwei Räume 32 und 33 getrennt ist. Vor dem Behälter 30 ist ein Manometer 35 und dahinter ein Manometer 36 an der Fülleitung angebracht.
Die Membran 31 verschiebt sich beim Nachfüllen des Speichers. Sie erreicht die dem Speicher 1 zugekehrte Öffnung 37 des Behälters 30, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wenn ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen in den Spei cher 1 hineingedrückt wurde. In diesem Augenblick steigt der am Manometer 35 ablesbare Druck stark an, wenn die Pumpe weiter fördert. Das Manometer 36 zeigt dagegen keine Druckerhöhung mehr. Der Enddruck des Manometers 36 ist ein Mass für die im Speicher 1 vorhandene Gasmenge.
Die in den Fig. 6 und 7 gezeigte Anordnung unter scheidet sich von der Anordnung nach den Fig. 4 und 5 durch den Ersatz der Membran 31 durch einen Kolben 40.
Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes entspricht im Prinzip der Anordnung nach den Fig.4 bis 7. Ein Unterschied besteht darin, dass das Manometer 36 auf der Gasseite des Speichers 1 angeordnet ist. Vor allem aber wird die Membran 31 zugleich als Trennwand zwischen dem Gas- und dem Flüssigkeitsraum des Speichers benutzt. Dies ergibt eine beträchtliche Vereinfachung.
Die in den Fig.4 bis 9 gezeichneten Anordnungen setzen voraus, dass die Anfangslage der Membran 31 bzw. des Kolbens 40 vor dem Fördern der Pumpe genau definiert ist. Um dies zu erreichen, kann man z.B. den Motor der Pumpe durch einen Kontakt steuern, der von der Membran oder dem Kolben betätigt wird.
In den Fig. 10 und 11 ist eine andere Möglichkeit dargestellt, bei der die Messung der Druckdifferenz in bezug auf eine konstante Füllmenge für den Speicher als Mass für die Gasmenge im Speicher verwendet wird. Die Fig. 11 zeigt hierbei die elektrische Steuerung.
An den Speicher 1 ist über die Leitung 10 der nicht dargestellte Schalterantrieb angeschlossen. Das Kontakt manometer 2 überwacht den Speicherdruck und steuert den Motor 6 für die Pumpe 4, die die unter Niederdruck im Sumpf 3 vorhandene Hydraulikflüssigkeit ansaugt, wenn der Antriebsmotor 6 eingeschaltet wird. In der Fülleitung 5 zwischen Pumpe und Speicher ist als Messeinrichtung 46 für eine bestimmte Füllmenge ein Zylinder 47 eingebaut, in dem ein Kolben 48 als bewegli-. che Trennwand verschiebbar ist. Der Kolben 48 ist mit einer Rundschnurdichtung 49 ausgerüstet.
Er enthält eine Bohrung 50, in der ein Kugelrückschlagventil 51 ange ordnet ist. Ein Stössel 52 kann das Rückschlagventil öffnen, wenn der Kolben das dem Speicher 1 zugekehrte Ende des Zylinders 47 erreicht. Die Feder 53 drückt den Kolben 48 jedoch normalerweise in die dargestellte entgegengesetzte Endlage. Der Sumpf 3 ist mit dem Speicher 1 über ein Rückschlagventil 55 verbunden, das parallel zur Messeinrichtung 46 liegt und über ein zweites Rückschlagventil 56 an die Leitung 10 führt. An der Messeinrichtung 46 ist ein Schalter 60 vorgesehen, der über den Stössel 61 betätigt wird, wenn der Kolben 48 seine dem Speicher zugekehrte Endlage erreicht.
Der in der Fig.ll dargestellte Stromlaufplan der elektrischen Steuerung, die zur Anordnung nach Fig. 10 gehört, zeigt den Antriebsmotor 6 mit dem zugehörigen Motorschütz 62. In der Leitung des Motorschützes liegt der Kontakt 63 eines Relais 64 und der Ruhestromkon- takt 65 des Relais 66. Ein weiteres Relais 67 steuert die Hupe 15 über einen Kontakt 68.
Der Kontakt B. des Kontaktmanometers 2 ist bei Drücken von mehr als 280 at geöffnet, sonst geschlossen. Deshalb wird das Relais 64 erregt, wenn der Druck kleiner als 280 at ist. Das Relais 64 hat ausser dem Kontakt 63 noch die Arbeitsstromkontakte 69, 70 und 71. Zu dem Relais 66 gehört der Ruhestromkontakt 72 und die Arbeitsstromkontakte 73 und 74. Ferner enthält der Stromlaufplan den Kontakt 60 als Darstellung des Schal ters 60 in Fig. 10. Der Kontakt 60 ist normalerweise geschlossen.
Er wird geöffnet, wenn der Kolben 48 die dem Speicher zugekehrte Endlage erreicht. Der Kontakt 12 ist bei Werten über 300 at geschlossen, bei kleineren Werten geöffnet. Ein Druckknopfschalter 75 dient zum Abschalten der Anordnung, wie im folgenden noch beschrieben wird.
Wenn der Kontakt 8 des Manometers 2 bei kleineren Druckwerten als 280 at schliesst, erhält das Relais 64 über den Kontakt 72 Spannung. Es zieht an und geht über den Kontakt 70 in Selbsthaltung. Hierdurch wird über den Kontakt 63 das Motorschütz 62 erregt. Der Motor 6 treibt die Pumpe 4, so dass der Speicher 1 gefüllt wird. Wenn der Druck 300 at erreicht, schliesst der Kontakt 12. Dadurch zieht das Relais 66 an, da der Kontakt 69 des Relais 64 geschlossen ist. Das Motor schütz 62 wird über den Kontakt 65 entregt, so dass der Motor ausgeschaltet wird.
Wenn der Kolben 48 der Messeinrichtung 46 bis dahin den Kontakt 60 geöffnet hat, also eine bestimmte Füllmenge in den Speicher gelangt ist, ist das Nachfüllen des Speichers beendet. Durch das Ansprechen des Relais 66 wird nämlich der Ruhestromkontakt 72 geöffnet, so dass der Strompfad für das Relais 64 unterbrochen ist.
Für den Fall, dass die Gasmenge im Speicher 1 durch Leckverluste zu klein geworden ist, wird ein Druck von 300 at jedoch erreicht, bevor der Kolben 48 bei seinem Hub den Schalter 60 geöffnet hat. In diesem Falle wird beim Schliessen des Kontaktes 12 zwar auch der Motor 6 über den Kontakt 65 des Relais 66 abgeschaltet, zugleich kommt aber für das Relais 64 ein Strompfad über den Kontakt 73 und den Kontakt 60 zustande, so dass das Relais 64 angezogen bleibt. Deshalb wird über den Kontakt 74 das Relais 67 erregt, das nunmehr den Kontakt 68 für die Hupe 15 schliesst. Es ertönt also ein Signal, das solange bestehen bleibt, bis der Strompfad für das Relais 64 mit dem Druckknopfschalter 75 unterbro chen wird.
Die Überwachung der Gasmenge im Speicher erfolgt wiederum automatisch bei jedem Nachfüllen des Speichers. Das Rückschlagventil 55 der in der Fig. 10 dargestell ten Anordnung hat nur den Zweck, im Ruhezustand der Pumpe 4 die Bewegung des Kolbens 48 vom Speicher zur Pumpe zu ermöglichen, ohne dass ein Unterdruck ent steht. Die Pumpe 4 muss dabei das vom Kolben ver drängte Öl durchlassen können. Andernfalls muss eine geeignete Überbrückung der Pumpe vorgesehen wer den.
In der Fig. 12 ist das hydraulische Schema, in Fig. 13 der zugehörige elektrische Schaltplan einer anderen Aus führung der Überwachungseinrichtung dargestellt, die ebenfalls mit einer einzigen Pumpe auskommt.
Der Speicher 1, der die zum Schalter führende Leitung 10 speist, wird von einer Pumpe 4 über das Rückschlagventil 56 und ein Absperrventil 78 gefüllt. In der Saugleitung, die zum Sumpf 3 führt, sitzt ein Filter 79. Zwischen dem Rückschlagventil 56 und dem Ab sperrventil 78 ist ein Überdruckventil 80 vorgesehen, dessen Auslassleitung in den Sumpf 3 führt.
Mit dem Antriebsmotor 6 der Pumpe 4 ist ein Getriebe 83 gekoppelt, das die Motordrehzahl ins Lang same übersetzt. Das Übersetzungsverhältnis von z.B. 200 : 1 ist so gewählt, dass bei einer für das normale Nachfüllen von 280 auf 300 at erforderlichen Pumpen drehzahl eine mit der langsamen Welle des Getriebes 83 gekoppelte Scheibe 84 eine einzige Umdrehung ausführt. Nach der einen Umdrehung der Scheibe 84 wird ein Schalter 85 betätigt.
Der Motor 6 ist, wie Fig. 13 zeigt, wiederum ein Drehstrommotor, der über das Schütz 62 betätigt wird. Zum Schütz 62 gehört ein Ruhestromkontakt 87 und ein Arbeitsstromkontakt 88. Die Kontakte 8 und 11 des Kontaktmanometers 2 werden bei 280 at bzw. bei 300 at geschlossen. Die Scheibe 84 öffnet den Kontakt 85, sobald sie aus der gezeichneten Lage gedreht wird, und schliesst ihn wieder, wenn sie die gezeichnete Lage nach einer Umdrehung erneut erreicht. Mit dem Kontakt 8 ist ein Relais 90 in Reihe geschaltet, das zwei Ruhestrom kontakte 91 und 92 aufweist. Der Kontakt 11 ist der Hupe 15 zugeordnet.
Die Anordnung ist druck- und spannungslos gezeich net. Wird durch Einlegen eines nicht gezeichneten Haupt schalters die Steuerspannung angelegt, so erhält das Schütz 62 über die Kontakte 85, 92 und 87 Spannung und schaltet den Motor 6 ein. Gleichzeitig geht das Schütz 62 über den Kontakt 88 in Selbsthaltung. Der Motor 6 öffnet bei seiner Drehung über das Getriebe 83 den Kontakt 85 und schliesst ihn nach 200 Umdrehungen der Pumpenwelle, wenn die Scheibe 84 wieder die gezeichne te Stellung einnimmt. Dies ist solange bedeutungslos, bis der Druck 280 at übersteigt.
Dann schliesst nämlich der Kontakt 8 des Kontaktmanometers 2. In diesem Falle wird beim Schliessen des Kontaktes 85 das Relais 90 erregt, so dass über dem Kontakt 91 das Schütz 62 abgeschaltet wird. Diese Schaltung ist als Ruhestrom schaltung ausgeführt, d.h. das Relais 90 bleibt erregt, solange der Druck 280 at oder mehr beträgt. Sinkt der Druck dann durch Leckverluste, so öffnet der Kontakt B. Der Motor 6 kommt wieder, wie vorher beschrieben, in Gang.
Er läuft aber nur solange, bis der Kontakt 85 wieder schliesst, weil der Kontakt 8 dann wieder ge schlossen ist, so dass das Relais 90 erneut Spannung erhält. Im Normalbetrieb wird somit die Motorbewegung durch den Manometerkontakt 8 eingeleitet und durch den Kontakt 85 unterbrochen, wenn eine bestimmte Fördermenge in den Speicher gefördert wurde. Wenn der Gasinhalt des Speichers abnimmt, steigt der mit der Fördermenge der Pumpe hervorgerufene End- druck. Im Grenzfall wird bei einer Umdrehung der Scheibe 84, also noch vor dem Schliessen des Kontaktes 85, ein Druck von 300 at erreicht. In diesem Falle betätigt der Kontakt 11 des Manometers die Hupe 15.
Dadurch ergibt sich wiederum eine selbsttätige Überwachung der im Speicher vorhandenen Gasmenge, die bei jedem Nachfüllen des Speichers 1 wirksam ist.
Method for monitoring the amount of gas in a hydropneumatic accumulator As is known, hydropneumatic accumulators consist of a pressure-resistant container made of steel, the interior of which is divided into two rooms by a partition. The partition is movable. It is designed either as a piston (piston accumulator) or as a Kunststoffmem bran (membrane or bladder accumulator).
One space of the storage tank is filled with a gas, e.g. Nitrogen filled. A pump then conveys the hydraulic fluid, usually mineral oil, to the other space of the accumulator up to a desired operating pressure. This compresses the gas and increases the pressure in the reservoir. The energy stored in the pressurized gas can then be released via the hydraulic fluid. At a given pressure, it depends on the amount of gas.
The energy, which is also referred to as working capacity, can therefore change when the gas escapes from the space provided in the storage tank.
To control the amount of gas, you should measure the so-called gas preload pressure according to page 13 of the Bosch hydraulic accumulator publication published by Bosch from May 1966. Gas preload pressure means the pressure that the gas has when it fills the entire storage volume. This pressure decreases as the amount of gas decreases.
To measure the preload pressure one proceeds in such a way that one slowly empties the accumulator by opening the valve provided for the hydraulic fluid and during this the pressure of the hydraulic fluid is monitored with a manometer attached to the fluid line. If all of the hydraulic fluid has been squeezed out of the accumulator, a valve seated on the accumulator is automatically closed and the pressure in the hydraulic line then suddenly drops to zero.
The pressure determined on the manometer before the pressure drop is the so-called preload pressure and, as I said, a measure of the amount of gas in the storage tank.
The aforementioned method has the advantage that the amount of gas can be determined without additional parts, because a manometer for monitoring the pressure of the hydraulic fluid is usually provided on the reservoir. A drain valve is also part of the necessary equipment for such a storage tank. However, it is tedious to slowly empty the storage tank and watch the pressure gauge. Above all, however, this monitoring is necessarily associated with an interruption in operation. For this reason, it is not suitable for the hydraulic drives of electrical switching devices, which, if they are in operation, must always be ready for switching.
As a remedy, attempts have been made to record the piston position of piston accumulators (DAS <B> 1223 </B> 185). For this, however, a certain mechanical effort is neces sary, which makes the memory undesirably expensive. In addition, such monitoring is only reliable if it is ensured that no oil penetrates into the gas space. This would namely simulate a larger gas volume than is actually present without the monitoring being able to determine this.
The invention aims at a method for monitoring the amount of gas in a hydropneumatic accumulator with a pump for filling the accumulator with hydraulic fluid and with a manometer for measuring the accumulator pressure, which excludes incorrect measurements and can nevertheless be carried out without interrupting operation and with little effort.
The method according to the invention consists in that the relationship between the pressure increase occurring during operational filling of the reservoir and the filling quantity reaching the reservoir is recorded. This makes use of the fact that the storage tank has to be refilled with the pump from time to time anyway when it is used during operation. The filling quantity that reaches the memory is measured in the method according to the invention. At the same time, the pressure increase caused by the filling volume is determined. The relationship between these two variables gives an exact measure of the amount of pressure present in the memory. The memory therefore does not need to be emptied.
It can remain in operation all the time. In addition, the monitoring can be automated without great effort.
In one embodiment of the method according to the invention, the limit value of the amount of gas can be determined by the greatest permissible pressure difference associated with a specific filling amount. The smaller the amount of gas, the greater the pressure increase per filling amount. Another possibility is that the limit value is determined by the smallest permissible filling quantity assigned to a specific pressure difference. In both cases a measuring device built into the filling line of the storage tank can be used for the filling quantity. The filling quantity can also be recorded by monitoring the delivery time of the pump.
Here you can set a certain number of revolutions of the pump shaft via a gear that results in a translation into slow speed and, for example, actuates a switch once during several revolutions of the pump shaft. It is also possible to produce a certain filling quantity with a single stroke of a piston pump.
The above-mentioned measuring device for the filling quantity is expediently arranged on the memory. It can be structurally combined with the memory. As a measuring device, a space with a movable partition is particularly suitable, which displaces a certain volume when moving between a rest position and a stop. The end of the displacement movement can e.g. make it clear that the partition blocks the filling line for the storage tank when it hits the stop.
As a result, when the pump continues to deliver, the pressure in the space in front of the partition wall increases, while the pressure in the space behind the partition wall remains the same. The difference between the initial pressure during pumping and the constant final pressure after the filling line has been closed is then a measure of the amount of gas present in the accumulator, and the amount of gas is greater, the smaller the pressure difference.
Another possibility is that the partition activates a signal switch when it hits the stop. At this moment, the pressure can be measured again, if necessary automatically, so that the pressure difference characteristic of the amount of gas can be determined. But you can also combine the signal switch with a pressure gauge so that a signal is only given if a certain pressure is exceeded when the signal switch is operated. This signal can be used immediately to indicate that the amount of gas in the storage tank is too low.
In the event that the critical pressure is not reached when conveying the specific filling quantity, a valve can be provided in the partition wall of the measuring device in order to ensure maximum filling of the memory, which valve opens when it hits the stop. The pump can then continue to fill the reservoir through the opened valve up to a desired final pressure. Another possibility is that a certain volume is additionally injected by, for example, pressing hydraulic fluid into the memory with a piston, which in turn can be operated hydraulically, independently of the otherwise usual pump. Here you can also work with a differential piston.
Pushing in can be done arbitrarily, whereby the increase in pressure can be recorded by simple contact manometers. The switching of the contact pressure gauges can be mechanized to trigger automatic monitoring by also assigning contacts to the position of the piston. You then only need to give a command for the start of the piston movement and receive an automatic check with the help of an additional device, which can be used repeatedly to check memories and ver at different points under certain circumstances.
As already mentioned, a certain amount of liquid can also be refilled by using a pump equipped with a pump shaft, e.g. a periodically operating piston pump with a small stroke volume runs for a certain period of time. The delivery rate of the pump can be detected in this Ausfüh approximately form of the subject invention as a certain number of revolutions of the pump shaft via a gear, which results in a translation into slow speed.
In a simple embodiment, a switch is actuated once by the transmission during a certain number of revolutions of the pump shaft. The actuation of the switch can be repeated periodically when the slow shaft of the transmission has again made one revolution, each corresponding to a certain filling quantity. Here you can get a spatial separation and thus a liberal structure by an electric shaft via which the gear is coupled to the pump motor.
The method according to the invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings, which show a schematic representation of means for carrying out the procedural rens.
As shown in Fig. 1, the hydropneumatic accumulator 1 is to serve as a pressure medium source for the hydraulic drive of an electrical power switch, which is connected to the memory 1 via the line 10, which is not illustrated. The memory 1 can be a bladder or a piston memory. Its pressure is monitored by a contact manometer 2. After filling the hydraulic fluid from a sump 3, a pump 4, which is connected to the memory 1 via the filling line 5, is used. The pump is, for example, a piston pump as used as an injection pump for motor vehicles.
The pump 4 is kup pelt with a drive motor 6, which is fed from a voltage source, not shown, via line 7. In the course of the line 7 there is the switching contact 8 of the contact manometer 2. The contact 8 closes when the pressure drops at a value of e.g. 280 at and opens with increasing pressure at 300 at.
In the exemplary embodiment, two further contacts 11 and 12 are coupled to the contact 8 of the manometer 2 and are also connected to the line 7. The contact 11 is a wiping contact, which is closed briefly at a pressure of 280 at, but is otherwise open. It leads to a timing relay 13. The relay closes when it receives voltage, after a specified time of 30 seconds, for example, a contact 14 which is in series with contact 12. A horn 15 is connected to contact 14.
The contact 12 is open at lower pressures than 300 at, but closed at higher pressures.
If the memory 1, which is filled to the operating pressure, is slowly emptied due to leakage losses at its valve or the like, the contact 8 is closed as soon as the pressure drops below 280 at. As a result, the motor 6 gets voltage. He sets the pump 4 in motion until the pressure reaches 300 at. If the pressure exceeds this value, the motor 6 is switched off by the contact 8.
When the pressure drops to 280 at, contact 11 also switches on timing relay 13. The timing relay closes its contact 14, which leads to the horn 15, and opens it after a predetermined time. This time is dimensioned so that if there is a sufficient amount of gas in the reservoir 1, the motor 6 is still running because the pressure has not yet reached 300 atm. In this case, the contact 12 is still open as long as the contact 14 is closed.
If the amount of gas in the memory 1 has become too small due to leakage of the gas, the pressure will reach 300 atm before the timing relay has opened its contact 14. The delivery rate of the pump 4, based on the pressure difference of 20 atmospheres, is then smaller than the permissible limit value which is specified with the time relay 13. In this case, voltage is applied to the horn 15 via the contact 12 and the contact 14 of the timing relay 13. A signal is therefore given when the gas is insufficiently filled. For this purpose, only two further contacts of the pressure gauge 2 and a timing relay 13 are required in addition to the normal facility of a hydraulic accumulator.
The gas quantity is checked automatically each time the storage tank is refilled. Instead of a horn, another message, e.g. be provided via a drop flap relay. When monitoring the gas volume, the position of a membrane or a piston that separates the gas space of the reservoir 1 from the part filled with liquid is not important.
In FIG. 2 it is indicated that in addition to the pump 4 in the arrangement according to FIG. 1, a pump 20 with its own drive motor 21 can be used, the electrical monitoring system being in principle the same. The reason for this arrangement is that, for the measurement of time differences that characterize the gas content, certain delivery rates in relation to the storage volume cannot be exceeded.
If the delivery volume is very large in relation to the reservoir, the time required for refilling is correspondingly small and a time difference that takes into account the gas loss is even smaller and therefore difficult to detect.
The exemplary embodiment according to FIG. 2 therefore has, in addition to the pump 4, which is only provided for leakage losses, for refilling when the pressure medium is being used during normal operation, ie when the electrical switch is actuated, the additional pump 20 with a greater delivery rate.
In order to avoid the pumps 20 and 4 responding at the same time, the pump 4 can be given a higher response pressure than the switching point of the contact 19 for the pump 20. In addition, a lock, not shown in FIG 4 turns off when the engine 21 is running. The arrangement shown in FIG. 3 without the electrical control corresponds in principle to the arrangement according to FIG. 2. For reasons of economy, however, only a single drive motor 6 is used, which is connected to the pump 4 and the pump 20 via an electromagnetic clutch 22 or 23 can be connected.
A check valve 24 or 25 prevents the hydraulic fluid from entering the non-working Pum pe.
The electrical control of the arrangement according to FIG. 3 corresponds mutatis mutandis to the arrangement according to FIG. In addition to the excitation of the drive motor 6, however, the clutch 22 is engaged when the pump 4 is to be put into operation to cover leakage losses.
The arrangement according to FIGS. 4 and 5 does not detect the filling quantity via the delivery rate of the pump. In the filling line 5 of the pump (not shown), a container 30 is built into the reservoir 1, the interior of which is separated into two spaces 32 and 33 by a membrane 31. A manometer 35 is attached to the filling line in front of the container 30 and a manometer 36 behind it.
The membrane 31 moves when the reservoir is refilled. It reaches the opening 37 of the container 30 facing the memory 1, as shown in FIG. 5, when a certain volume of liquid has been pressed into the memory 1. At this moment the pressure which can be read off on the manometer 35 rises sharply when the pump continues to deliver. In contrast, the pressure gauge 36 no longer shows any pressure increase. The final pressure of the manometer 36 is a measure of the amount of gas present in the memory 1.
The arrangement shown in FIGS. 6 and 7 differs from the arrangement according to FIGS. 4 and 5 by replacing the membrane 31 with a piston 40.
The embodiment of the subject matter of the invention shown in FIGS. 8 and 9 corresponds in principle to the arrangement according to FIGS. 4 to 7. One difference is that the manometer 36 is arranged on the gas side of the accumulator 1. Above all, however, the membrane 31 is used at the same time as a partition between the gas and the liquid space of the reservoir. This results in a considerable simplification.
The arrangements shown in FIGS. 4 to 9 assume that the initial position of the membrane 31 or of the piston 40 is precisely defined before the pump is conveyed. To achieve this, one can e.g. control the motor of the pump through a contact operated by the diaphragm or piston.
Another possibility is shown in FIGS. 10 and 11, in which the measurement of the pressure difference with respect to a constant filling amount for the memory is used as a measure for the amount of gas in the memory. 11 shows the electrical control.
The switch drive, not shown, is connected to the memory 1 via the line 10. The contact manometer 2 monitors the storage pressure and controls the motor 6 for the pump 4, which sucks in the hydraulic fluid present under low pressure in the sump 3 when the drive motor 6 is switched on. In the filling line 5 between the pump and the memory, a cylinder 47 is installed as a measuring device 46 for a certain filling amount, in which a piston 48 as a movable. che partition is movable. The piston 48 is equipped with an O-ring seal 49.
It contains a bore 50 in which a ball check valve 51 is arranged. A plunger 52 can open the check valve when the piston reaches the end of the cylinder 47 facing the reservoir 1. The spring 53 normally pushes the piston 48 into the opposite end position shown. The sump 3 is connected to the reservoir 1 via a check valve 55, which lies parallel to the measuring device 46 and leads to the line 10 via a second check valve 56. A switch 60 is provided on the measuring device 46 which is actuated via the plunger 61 when the piston 48 reaches its end position facing the accumulator.
The circuit diagram of the electrical control, which is part of the arrangement according to FIG. 10, shows the drive motor 6 with the associated motor contactor 62. In the line of the motor contactor, the contact 63 of a relay 64 and the closed-circuit contact 65 of the Relay 66. Another relay 67 controls the horn 15 via a contact 68.
Contact B. of contact manometer 2 is open at pressures of more than 280 atm, otherwise closed. Therefore, the relay 64 is energized when the pressure is less than 280 at. In addition to the contact 63, the relay 64 also has the normally open contacts 69, 70 and 71. The normally closed contact 72 and the normally open contacts 73 and 74 belong to the relay 66. The circuit diagram also contains the contact 60 as a representation of the switch 60 in FIG. Contact 60 is normally closed.
It is opened when the piston 48 reaches the end position facing the memory. Contact 12 is closed for values above 300 at, and open for lower values. A push button switch 75 is used to turn off the arrangement, as will be described below.
When contact 8 of manometer 2 closes at pressure values lower than 280 at, relay 64 receives voltage via contact 72. It attracts and goes into self-retention via contact 70. As a result, the motor contactor 62 is excited via the contact 63. The motor 6 drives the pump 4, so that the memory 1 is filled. When the pressure reaches 300 at, the contact 12 closes. As a result, the relay 66 picks up since the contact 69 of the relay 64 is closed. The motor contactor 62 is de-energized via contact 65, so that the motor is switched off.
If the piston 48 of the measuring device 46 has opened the contact 60 by then, that is to say a certain filling quantity has reached the memory, the refilling of the memory is ended. When the relay 66 responds, the closed-circuit current contact 72 is opened, so that the current path for the relay 64 is interrupted.
In the event that the amount of gas in the accumulator 1 has become too small due to leakage, a pressure of 300 atm is reached before the piston 48 has opened the switch 60 during its stroke. In this case, when the contact 12 is closed, the motor 6 is also switched off via the contact 65 of the relay 66, but at the same time a current path is established for the relay 64 via the contact 73 and the contact 60, so that the relay 64 remains energized. Therefore, the relay 67 is excited via the contact 74, which now closes the contact 68 for the horn 15. A signal sounds that remains until the current path for the relay 64 with the push button switch 75 is interrupted.
The amount of gas in the storage tank is monitored automatically each time the storage tank is refilled. The check valve 55 of the arrangement shown in FIG. 10 only has the purpose of allowing the piston 48 to move from the memory to the pump when the pump 4 is idle, without negative pressure being created. The pump 4 must be able to let through the oil displaced by the piston. Otherwise, suitable bypassing of the pump must be provided.
In Fig. 12 the hydraulic scheme is shown in Fig. 13 the associated electrical circuit diagram of another imple mentation of the monitoring device, which also manages with a single pump.
The memory 1, which feeds the line 10 leading to the switch, is filled by a pump 4 via the check valve 56 and a shut-off valve 78. A filter 79 is located in the suction line that leads to the sump 3. Between the check valve 56 and the shut-off valve 78, a pressure relief valve 80 is provided, the outlet line of which leads into the sump 3.
With the drive motor 6 of the pump 4, a gear 83 is coupled, which translates the engine speed into slow. The gear ratio of e.g. 200: 1 is selected so that at a pump speed required for normal refilling from 280 to 300 at, a disk 84 coupled to the slow shaft of the gearbox 83 performs a single rotation. After the one revolution of the disk 84, a switch 85 is actuated.
As FIG. 13 shows, the motor 6 is again a three-phase motor that is actuated via the contactor 62. The contactor 62 includes a closed-circuit contact 87 and an operating-current contact 88. The contacts 8 and 11 of the contact manometer 2 are closed at 280 at and at 300 at, respectively. The disk 84 opens the contact 85 as soon as it is rotated out of the position shown, and closes it again when it reaches the position shown again after one rotation. With the contact 8, a relay 90 is connected in series, the two closed-circuit contacts 91 and 92 has. The contact 11 is assigned to the horn 15.
The arrangement is drawn without pressure and tension. If the control voltage is applied by inserting a main switch (not shown), the contactor 62 receives voltage via the contacts 85, 92 and 87 and switches the motor 6 on. At the same time, the contactor 62 is latched via the contact 88. The motor 6 opens the contact 85 as it rotates via the gear 83 and closes it after 200 revolutions of the pump shaft when the disc 84 again assumes the position drawn. This is meaningless until the pressure exceeds 280 atm.
Then the contact 8 of the contact manometer 2 closes. In this case, when the contact 85 closes, the relay 90 is excited, so that the contactor 62 is switched off via the contact 91. This circuit is designed as a closed circuit, i.e. relay 90 remains energized as long as the pressure is 280 atm or more. If the pressure then falls due to leakage, contact B. opens. The motor 6 starts up again, as previously described.
However, it only runs until contact 85 closes again because contact 8 is then closed again, so that relay 90 receives voltage again. In normal operation, the motor movement is thus initiated by the manometer contact 8 and interrupted by the contact 85 when a certain flow rate has been conveyed into the memory. If the gas content of the storage tank decreases, the final pressure caused by the delivery rate of the pump increases. In the limit case, a pressure of 300 atm is reached with one revolution of the disk 84, that is, before the contact 85 closes. In this case the contact 11 of the manometer activates the horn 15.
This in turn results in an automatic monitoring of the amount of gas present in the store, which is effective each time the store 1 is refilled.