DE102014211258A1

DE102014211258A1 - Vorrichtung zur Erzeugung definierter Druckverläufe

Info

Publication number: DE102014211258A1
Application number: DE102014211258.3A
Authority: DE
Inventors: Enrico Thiel; Jörg Winge
Original assignee: MATERIALFORSCHUNGS und PRUEFANSTALT AN DER BAUHAUS UNIVERSITAT WEIMAR; Materialforschungs- und -Pruefanstalt An Der Bauhaus-Universitat Weimar
Current assignee: MATERIALFORSCHUNGS und PRUEFANSTALT AN DER BAUHAUS UNIVERSITAT WEIMAR; Materialforschungs- und -Pruefanstalt An Der Bauhaus-Universitat Weimar
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung definierter Druckverläufe in Rohren, Leitungen und Kessel, in denen Flüssigkeiten transportiert oder gelagert werden. Primär ist hierbei die Beaufschlagung der Druckkomponenten wie Rohre, Leitungen und Kessel mit einem zuvor definiertem Prüfdruck und einem bestimmten, zeitlich hinterlegtem Druckverlauf. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zur Vordruckaufbereitung, eine Einrichtung zur Druckerhöhung, eine Einrichtung zur Impulserzeugung, welche aus einem Hochdruckzweig und einem Niederdruckzweig besteht, die jeweils einen elektropneumatischen Regler (9, 10) und ein Elektromagnetventil (11, 12) enthalten, wobei der Hochdruckzweig mit einem Druckverstärker (7), einer Einrichtung zur Entlüftung und Kontrolle sowie einen Hydraulikkreis gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung definierter Druckverläufe in Rohren, Leitungen und Kesseln, in denen Flüssigkeiten transportiert und gelagert werden.
Die Erfindung ist geeignet um geschlossene hydraulische Systeme mit verschiedenen flüssigen Medien mit beliebigen Druckverläufen zu beaufschlagen. Die Druckverläufe können in Form von Rampen, Sägezähnen, Dreiecken, Rechtecken oder Sinus auftreten. Das Medium kann sich in einem geschlossen Kreislauf mit einer bestimmten Durchflussrate befinden. Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Prüfungen in Laboren, in denen Prüflinge wie Schläuche, Rohre und Druckkessel auf Dichtheit und Materialbeständigkeit geprüft werden.
Bei den im Stand der Technik bekannten Lösungen muss zum Erzeugen von Zwischendrücken ein weiterer, manueller Druckminderer zeitaufwändig mit einem zweiten elektropneumatischen Magnetventil hinzugefügt werden. Eine Regelung ist nur von Hand möglich. Des weiteren gibt es keine Möglichkeit die Regelgrößen zurückzuführen und in die Regelung einzubinden.
In DE 103 11 659 B4 ist eine Vorrichtung für ein Stoßwellensystem zur optimierten elektrohydraulischen Druckpulserzeugung beschrieben. Hierbei erfolgt die Druckpulserzeugung durch Anpassung des Abstands von Elektrodenspitzen einer Elektrode, wobei das Stoßwellensystem mit einem Schwingkreis mit einer Mess- und Kontrolleinrichtung versehen ist, die den Strom der Entladung zwischen den Elektrodenspitzen misst.
Ferner ist aus WO 03/102385 A1 ein Gerät zur Erzeugung von Druckimpulsen bekannt, welches ventilgesteuerte Hoch- und Niederdruckbereiche aufweist.
Aus WO 2005/078245 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckimpulsen bekannt, welche zwei Druckkreisläufe aufweist, die für einen Hoch- und einen Niederdruckbereich vorgesehen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein vielseitig einsetzbares Gerät zu schaffen, mit dem zeitlich definierte Druckverläufe kostengünstig erzeugt werden können. Die Hardware ist vorhanden um alle bisher bekannten Anforderungen abzudecken. Durch eine Softwareanpassung kann das Gerät schnell und kostengünstig auf andere Druckwerte und Druckverläufe programmiert werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zur Vordruckaufbereitung, eine Einrichtung zur Druckerhöhung, eine Einrichtung zur Impulserzeugung, welche aus einem Hochdruckzweig und einem Niederdruckzweig besteht. In jedem Zweig ist jeweils einen elektropneumatischen Regler und ein Elektromagnetventil enthalten. Beide Druckzweige sind mit einer Einrichtung zur Entlüftung und Kontrolle sowie einen Hydraulikkreis gekoppelt.
Mit Hilfe der elektropneumatischen Regler werden analoge, elektrische Eingangsgrößen in proportionale Ausgangsdrücke umgewandt. Mit den elektropneumatischen Magnetventilen können beide Zweige über eine Steuereinrichtung geschaltet werden. Vorteilhaft ist dabei, dass diese Regler im Gegensatz zu herkömmlichen Reglern keinen Mindestdurchfluss benötigen, wodurch sie für die vorliegende Aufgabe geeignet sind, da ein Durchfluss beim hydraulischen Druckspeicher als Druckwandler nicht möglich ist. Eine ständige Durchströmung wird somit vermieden was sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems auswirkt.
Um die Einsatzmöglichkeit zu erhöhen, ist der Hochruckzweig mit einem Druckverstärker versehen, welcher als Druckverdoppler arbeitet. Somit kann auch bei niedrigen, zur Verfügung stehenden Eingangsdrücken ein entsprechend hoher Ausgangsdruck erzeugt zu werden. Der Druckverstärker ist mit einem Sicherheitsventil überdruckgeschützt.
Durch die zwei parallelen Druckstränge können ohne Hardwareergänzung fast beliebig viele Zwischendrücke erzeugt werden. Die Einstellung der Drücke und Druckformen kann unmittelbar per Software erfolgen. Beide Zweige können wechselseitig oder gleichzeitig über die elektropneumatischen Magnetventile geschaltet werden. Sind beide Magnetventile geöffnet, können beide Drücke zum Erzeugen einer additiven, beliebig neuen Kurvenform zusammengesetzt werden. Damit werden Prüfungen mit einem eingestellten Grunddruck und einem überlagerten Druck beliebiger Kurvenform ermöglicht.
Um die Vorrichtung flexibel und an jeglicher Art von Pneumatikdrucknetzen einsetzbar zu machen, beinhaltet die Erfindung eine Einrichtung zur Vordruckaufbereitung. Dazu zählt ein Hauptabsperrventil, ein Vordruckregler und mindestens eine Filtereinheit.
Mit dem Hauptabsperrventil kann der Prüfaufbau von der Druckluftversorgung getrennt und mit dem nachfolgenden Vordruckregler grob eingestellt werden. Ein Rückwirken eines nicht pulsationsgedämpften Druckluftnetzes ist somit ausgeschlossen.
In einer danach angeordneten Wartungseinheit, welche vorzugsweise zwei Filtereinheiten besitzt, können Staubpartikel oder flüssige Fremdbestandteile ausgesondert werden. Der Betrieb der Vorrichtung kann somit auch an geölter Druckluft und an netzen mit viel Kondensatanfalle erfolgen.
Ferner ist es möglich, dass die Vorrichtung von außen sichtbare Anzeigeeinheiten aufweist. Diese dienen beispielsweise zur Kontrolle des Vordrucks, der Druckerhöhung oder des am Ausgang des Hochdruckzweigs anliegenden Drucks. Die angezeigten Werte können von der Software zurückgelesen und verarbeitet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass im Druckkreis des Prüffluids mindestens ein Sensor zur Überwachung und Regelung des Prüfdrucks angeordnet ist.
Die Vorrichtung zur Steuerung und Regelung aller eingebauten Komponenten weist einen Netzwerkanschluss auf. Damit können Prüfzustände in Echtzeit an Kommunikationsgeräte übermittelt werden, so dass eine ständige Fernüberwachung ohne Anwesenheit eines Bedieners erfolgen kann. Ferner kann die eingebaute Regelung durch über zusätzliche Schnittstellen angeschlossene Geräte gesteuert werden und eine Synchronisation einzelner Prüfaufbauten erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der Vorrichtung.
Das manuelle Hauptabsperrventil 1 trennt den Prüfaufbau von der Druckluftversorgung. Am Hauptabsperrventil 1 befindet sich ein erster Schalldämpfer 1.1. Mittels eines nachfolgenden Vordruckreglers 2 wird der Vordruck grob eingestellt. Im dargestellten Beispiel beträgt dieser 8 bis 10 bar. Anschließend wird die Versorgungsluft in einer Wartungseinheit gefiltert, welche Staubpartikel, Öl und Wasser abscheidet um für die folgende Pneumatik reinste Druckluft zur Verfügung zu stellen.
Die Wartungseinheit besteht aus einer ersten Filtereinheit 3 (für 5 µm-Partikel) und einer zweiten Filtereinheit 4 (für 0,01 µm-Partikel). Um den Vordruck zu überwachen wird ein digitaler Druckschalter verwendet. Dieser befindet sich in einer außen am Gerät angebrachten ersten Anzeigeeinheit 6, dessen Anzeige dem Anwender den eingestellten Vordruck anzeigt. Die erste Anzeigeeinheit 6 kann auf zwei Grenzwerte programmiert werden, um bei Überschreitung der zuvor eingestellten Grenzwert eine Fehlermeldung auszulösen.
Über ein als 2/2 Wegeventil ausgebildetes elektropneumatisches Hauptventil 5 wird die Ansteuerung zur Druckluftversorgung geschaltet. Im Fehlerfall wird das Hauptventil 5 gesperrt, um die Druckluftversorgung zu unterbrechen.
Hinter dem Hauptventil 5 steht die vorgeregelte Druckluftversorgung für einen Niederdruckzweig und für einen Hochdruckzweig an. Im Niederdruckzweig befindet sich auch ein pneumatischer Druckverstärker 7. Dieser erhöht den angelegten Luftdruck je nach Vordruck um den Faktor 2 auf 16 bis 20 bar. Am Druckverstärker 7 ist ein zweiter Schalldämpfer 7.1 angebracht.
In einem am Druckverstärker 7 angeflanschten 5 Liter-Kessel wird der erhöhte Druck gespeichert und steht zur Versorgung des Hochdruckzweiges zur Verfügung. Der erhöhte Druck wird ebenfalls von einer digitalen zweiten Anzeigeeinheit 8 überwacht, welche wiederum nach außen sichtbar im Gerät angeordnet ist. Zwei programmierbare Grenzwerte sichern auch hier eine eventuelle Fehlermeldung an die Regelung.
Im Niederdruckzweig findet die Weiterverarbeitung des angelegten Vordrucks mittels eines ersten elektropneumatischen Reglers 9 statt. Dieser kann analog zu einer elektrischen Eingangsgröße einen Ausgangsdruck bis 9 bar zur Verfügung stellen. Über ein darauf folgendes elektropneumatisches erstes Magnetventil 11 kann dieser Druck auch je nach Verwendungszweck schlagartig freigegeben werden. Soll eine allmähliche Druckveränderung herbeigeführt werden, bleibt das erste Magnetventil 11 offen und der Luftdruck wird stetig über den zweiten elektropneumatischen Regler 10 ausgeregelt. Ein erstes Rückschlagventil 13 am Ende des Niederdruck-zweiges sichert den ersten elektropneumatischen Regler 9 gegen rückwirkenden Gegendruck ab.
Der Hochdruckzweig ist analog dem Niederdruckzweig aufgebaut, nur wird dieser vom Druckverstärker 7 gespeist und kann einen Luftdruck bis 30 bar ausregeln. Die Regelung erfolgt hier mit einem zweiten elektropneumatischen Regler 10, an dem nachfolgend ein zweites Magnetventil 12 sowie ein zweites Rückschlagventil 14 angeordnet sind. Beide Druckzweige werden nach ihrer Regelung zu einem rückschlagfreien Druckzweig zusammengefasst. Der Gesamtdruck beider Pneumatikzweige wird mit einem digitalen Druckschalter 15, mit zwei programmierbaren Grenzwerten überwacht. Dieser kann Fehlermeldungen an die Druckregelung übermitteln. Der resultierende Druckzweig wird auf den Druckspeicher 16 geleitet, welcher aus zwei Kammern besteht, wobei eine untere Kammer mit der Druckluft beaufschlagt wird und eine obere Kammer das Prüffluid enthält. Der mit der Vorrichtung erzeugte spezielle Druck wird somit auf das Prüffluid übertragen. Im Druckspeicher 16, befindet sich auf der Hydraulikseite ein Drucksensor 17. Der Drucksensor wird zur Regelung und Kontrolle des gesamten Erzeugungssystems herangezogen und bildet den umgesetzten, erzeugten Druck auf der Hydraulikseite ab. Mit entsprechender Programmierung der Steuersoftware ist ein Mitloggen bzw. eine Ausgabe der Druckverläufe über die eingebauten Schnittstellen an andere Systeme möglich. Über die optionale Netzwerkanbindung kann ebenfalls eine Messwertausgabe erfolgen. Die Messwertausgabe kann so auch dezentral auf einem anderen Rechner umgesetzt werden.
Durch ein im resultierenden Druckzweig eingebautes Magnetventil 18 mit dem dritten Schalldämpfer 18.1 kann der Druck auch schlagartig abgeschaltet werden. Besonders steil abfallende Flanken sind somit möglich. Im Fehlerfall kann das Magnetventil 18 auch zum Entlüften des Druckspeichers 16 verwendet werden. Am Magnetventil 18 ist ein dritter Schalldämpfer 18.1 angebracht.
Bezugszeichenliste

1: Hauptabsperrventil
1.1: erster Schalldämpfer
2: Vordruckregler
3: Erste Filtereinheit
4: Zweite Filtereinheit
5: 2/2Wege-Hauptventil
6: Erste Anzeigeeinheit
7: Druckverstärker
7.1: zweiter Schalldämpfer
8: Zweite Anzeigeeinheit
9: Erster elektropneumatischer Regler
10: Zweiter elektropneumatischer Regler
11: Erstes 3/2 Wege Elektromagnetventil
12: Zweites 3/2 Wege Elektromagnetventil
13: Erstes Rückschlagventil
14: Zweites Rückschlagventil
15: Dritte Anzeigeeinheit
16: Druckspeicher
17: Drucksensor
18: 2/2 Wege Elektromagnetventil
18.1: dritter Schalldämpfer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10311659 B4 [0004]
WO 03/102385 A1 [0005]
WO 2005/078245 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung definierter Druckverläufe in Rohren und Leitungen, in denen Flüssigkeiten transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung – eine Einrichtung zur Vordruckaufbereitung, – eine Einrichtung zur Druckerhöhung, – eine Einrichtung zur Impulserzeugung, welche aus einem Hochdruckzweig und einem Niederdruckzweig besteht, die jeweils einen elektropneumatischen Regler (9, 10) und ein Elektromagnetventil (11, 12) enthalten, wobei der Hochdruckzweig mit einem Druckverstärker (7) gekoppelt ist, – eine Einrichtung zur Entlüftung und Kontrolle sowie – einen Hydraulikkreis enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverstärker (7) als Druckverdoppler ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Vordruckaufbereitung ein Hauptabsperrventil (1), einen Vordruckregler (2) und mindestens eine Filtereinheit (3, 4) enthält.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung von außen sichtbare Anzeigeeinheiten (6, 8, 15) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheiten (6, 8, 15) Einrichtungen zur Anzeige des Vordrucks und/oder der Druckerhöhung und/oder des anliegenden, resultierenden Drucks im gemeinsamen Ausgangsdruckkreis enthalten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Drucksensor (17) zur Überwachung und Regelung des Prüfdrucks im Fluidkreis enthält.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel für eine Netzwerkanbindung aufweist.