DE10010997A1 - Hydroresonanzpulser - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, beim Pulsen von Bauteilen und dergleichen unter Innendruck die die Belastung im Fluid sich speichernde reversible Energie zu nutzen, indem das Fluid in ein Federnsystem integriert wird, das zusammen mit einer geeignet großen beweglichen Masse ein schwingendes Feder-Masse-System darstellt.

Description

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, die beim Innendruckpulsen eines Bauteils oder einer Baugruppe im Druckfluid einzubringende potentielle Energie in der Entspannungsphase wieder zurückzugewinnen. Dadurch kann die aufzubringende elektrische Energie im Vergleich zu einem üblichen Hydropulser um eine Zehnerpotenz reduziert werden. Realisiert werden kann diese Energierückgewinnung, indem erfin­ dungsgemäß die Kompressibilität des pulsierenden Fluids als Feder verwendet wird, die gegen eine Masse schwingt. Vorteilhafterweise wird diese Masse durch eine dieser "Puls- bzw. Fluidfeder" entgegenwirkende Stahlfeder (oder zweite "Fluidfeder") zwischen dieser Stahlfeder und der "Pulsfeder" eingespannt.

Die "schwingende Masse" erzeugt dann vorzugsweise über einen Stempel (in einem Zylinder) den pulsierenden Druck. Die Kraft zur Schwingungser­ regung wird vorteilhafterweise durch einen Kurbeltrieb, einen zweiten Hydraulikzylinder (mit kleinerem Fluidspitzendruck als im Prüfling) oder eine Einzylinderpumpe erzeugt.

Vor allem beim Einsatz eines Kurbeltriebs wird vorteilhafterweise zwischen dem Kreuzkopf des Kurbeltriebs und der zu erregenden Masse ein elastisches Glied eingebaut. Dies kann auch bei Erregung über einen Hydrozylinder vorgesehen werden.

Die Regelung des Spitzendruckes im Prüfling erfolgt vorteilhafterweise durch Messung dieses Druckes, z. B. in der Zuleitung, Vergleich mit dem Sollprüfdruck und, daraus resultierend, ggf. Veränderung der Erreger­ frequenz durch bekannte Regelungstechnik, das heißt, zum Beispiel Frequenzregelung des Antriebsmotors des Kurbeltriebs, bzw. der Pumpe, bzw. des Servoventils des hydraulischen Antriebsaggregates.

Stand der Technik

Bekannt sind mechanische Resonsanzpulser, bei denen eine Stahlfeder und eine variable Masse von einem Elektromagneten zum Schwingen angeregt werden. Die schwingende Masse belastet den mechanischen Prüfling.

Der Prüfling verändert zwar die Federsteifigkeit, letztere wird jedoch im wesentlichen von der Stahlfeder bestimmt.

Die erzielbaren Schwingwege sind max. im Millimeterbereich und damit zu gering für einen Stempel, der Fluid unter Druck setzen soll.

Bekannt sind auch Hydropulser, wobei ein Stempel einer hydraulischen Kraft ausgesetzt wird und so mechanische Teile pulsen kann.

Auf diese Weise ist zwar auch Innendruckpulsen möglich, der Nachteil dabei ist aber der große Energieverbrauch, weil das Drucköl des Hydropulsers - gleichgültig, ob es einen Stempel betätigt oder direkt in den Prüfling geleitet wird - über eine Drossel entspannt wird, wobei die eingebrachte Energie in Wärme umgewandelt wird. Außerdem sind Aggregate mit hoher Leistung nötig, weil die gesamte Druckenergie vom Aggregat stammt und nicht, wie beim Resonanzpulser, von der kine­ tischen Energie der bewegten Masse.

In Betracht wurde auch ein hydraulischer Resonanzpulser gezogen, bei dem ein geschlossener, mit Fluid gefüllter Zylinder durch ein Feder- Masse-System zum Schwingen angeregt wird, wobei das eingeschlossene pulsierende Fluid ein wesentlicher Bestandteil des Feder-Masse-Systems ist. Der Nachteil hierbei ist jedoch, daß das Volumen des pulsierenden Fluids nur so geringfügig verändert wird, daß nur Prüflinge mit geringem eingeschlossenen Fluid gepulst werden können.

(Vgl. Anmeldung Nr. 199 61 436.9)

Beschreibung spezieller konstruktiver Ausführungen

Fig. 1 zeigt eine konstruktive Variante, bei der der Plunger 1 den Pulsdruck erzeugt, der über die Leitung 24 zum Prüfling 5 geleitet wird. Am anderen Ende ist der Plunger 1 über ein Distanzstück 6 mit dem Führungszylinder 8 verbunden. Dieser Führungszylinder 8 ist mittels der Lager 23 achsial beweglich, relativ zu der Halterung 7, die mit der Grundplatte 20 verschraubt ist. Der Führungszylinder 8 ist verbunden mit der Aufnahmeplatte 10, die ihrerseits mit den Masseplatten 9 verschraubt ist. Über die Übertragungsplatte 21 wirken die über den Umfang verteilten Federn 12 auf die gesamte Masse von Übertragungsplatte 21 plus Führungszylinder 8 plus Aufnahmeplatte 10 plus Massenplatten 9 plus Distanzstück 6 plus Plunger 1. Diese gesamte Masse schwingt zwischen diesen Federn 12 und dem als Feder wirkenden Fluid, das im Zylinder 2 der Leitung 24 und dem Prüfling 5 eingeschlossen ist. Eventuelle Leckage dieses Fluids wird bei der Entspannung desselben über das Rückschlagventil 25 aus dem Vorratsbehälter 26 angesaugt. Wird dieser Vorratsbehälter 26 über eine nicht gezeichnete Ladepumpe unter Druck gehalten, stellt dieser Druck das untere Druckniveau beim Pulsen dar. Die Schwingungserregung erfolgt über eine Stange 14, die in dem Haltewinkel 13 - der mit der Grundplatte 20 verschraubt ist - achsial verschiebbar ist. Diese Stange 14 ist ihrerseits von dem Käfig 15 kraftbeaufschlagt. Auf den Käfig 15 wirken die Erregerfedern 16, die von dem Erregerplunger 17 ge- und entspannt werden.

Der Erregerplunger 17 wird von dem Kurbeltrieb 18 bewegt, der seinerseits von einem Antriebsmotor 22 angetrieben wird.

Der Kurbeltrieb 18 und der Antriebsmotor 22 wird auf dem Grundwinkel 19 gelagert, der mit der Grundplatte 20 verschraubt ist.

Die Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors 22 und damit die Schwin­ gungsamplitude und damit die Regelung der Erregerfrequenz erfolgt mittels Vergleich von Druck im Prüfling 5, d. h. der Druckmessung im Geber 4 und dem Solldruck im Prüfling.

Je nach Differenz zwischen Soll- und Ist-Druck wird die Drehzahl des vorzugsweise frequenzgeregelten Antriebsmotors 22 erhöht oder erniedrigt.

Fig. 2 zeigt eine konstruktive Variante, bei der der Kurbeltrieb 18 und der Antriebsmotor 22 der Konstruktion nach Fig. 1 als Schwingungserregung ersetzt wird durch einen Erregerkolben 25 in einem Erregerzylinder 26, wobei die hydraulische Erregerkraft von der Hydraulikpumpe 27 über den Speicher 28 und das Servoventil 29 aufgebracht wird. Die Erregerfrequenz wird analog der Ausführung nach Fig. 1 vorgenommen, nur daß nicht die Drehzahl der Erregermotors 22 (in Fig. 1), sondern die Frequenz des Servoventils 29 (in Fig. 2) geregelt wird.

Fig. 3 zeigt eine konstruktive Ausführung, bei der im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 2 das elastische Glied in Fig. 2, bestehend aus Pos. 15 und 16 in Fig. 2, weggelassen ist. Pos. 14 und Pos. 17 in Fig. 2 sind damit identisch, bzw. Pos. 17 in Fig. 2 entfällt bei der Ausführung nach Fig. 3. Bei der Ausführung nach Fig. 3 muß der Erregerkolben 25 denselben Hub ausführen wie die schwingende Masse in Fig. 2 (und wird zum Bestandteil dieser schwingenden Masse), d. h., das dem Erregerzylinder 26 zuzuführende Hydraulikölvolumen (pro Hub) ist größer. Trotzdem ist auch bei dieser Ausführung die Antriebsleistung, d. h. die Leistungsaufnahme der Hydraulikpumpe 27 kleiner als wenn Plunger 1 und Erregerkolben 25 identisch wären, wie das beim Stand der Technik der Fall ist.

Die Regelung entspricht der bei der Ausführung nach Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine konstruktive Ausführung, bei der das Fluid, das dem Zy­ linder 26 zugeführt wird, nicht von einem Hydraulikaggregat kommt, son­ dern von einer vorzugsweise einzylindrigen Translationskolbenpumpe 28. Eventuelle Leckage in der Pumpe 28 und zwischen Erregerkolben 25 und Erregerzylinder 26 wird beim Entlastungshub über das Rückschlagventil 29 aus dem Behälter 30, (der eventuell unter einem Vordruck stehen kann), ausgeglichen. Eine eventuelle Überlastung der Erregersystems wird durch das Druckbegrenzungsventil 31 ausgeschlossen.

Claims (5)

1. Resonanzpulser, dadurch gekennzeichnet, daß von der schwingenden Masse ein Stempel in einem Zylinder bewegt wird und das in dem Zylinder befindliche Fluid zum Innendruckpulsen eines Prüflings oder Ähnlichem verwendet wird, wobei die Schwingungserregung über eine Feder erfolgt, die von einem motorisch angetriebenen Kurbeltrieb bewegt wird.

2. Resonanzpulser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Schwingungserregung dienende Feder anstelle von einem Kurbeltrieb von einem pulsierenden Stempel in einem Hydraulikzylinder bewegt wird, wobei der Antrieb dieses Stempels vorzugsweise mittels einer Ölhydraulikpumpe über einen Druckspeicher und ein Servoventil erfolgt.

3. Resonanzpulser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel zur Schwingungserregung nicht auf die der Schwingungserregung dienende Feder, sondern direkt auf die schwingende Masse wirkt.

4. Resonanzpulser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Schwingungserregung dienende Stempel in dem zugehörigen Hydraulikzylinder nicht von einer Pumpe über ein Servoventil angetrieben wird, sondern von einer vorzugsweise einzylindrigen Verdrängerpumpe, wobei der Arbeitsraum der Pumpe außer mit dem Zylinder noch mit einem ggf. aufgeladenen Behälter über ein Rückschlag- und ein Druckbegrenzungsventil verbunden ist, um zu niedrige und zu hohe Drücke zu verhindern, bzw. Leckage auszugleichen.

5. Resonanzpulser nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Druck in der Zuleitung zum Prüfling im Vergleich zum Soll-Druck zur Frequenz- bzw. Drehzahlregelung der Erregereinheit dient.