DE102019208499A1 - Zylinder für Belastungstest und hydraulische Anordnung mit einem derartigen Zylinder - Google Patents

Abstract

Offenbart sind ein Fünf-Kammer-Zylinder für Belastungstests und eine hydraulische Anordnung mit einem derartigen Zylinder.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Zylinder für Belastungstest gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine hydraulische Anordnung mit einem derartigen Zylinder.
• Aus dem Stand der Technik sind Zylinder mit mehreren Wirkflächen bekannt, mit denen Belastungstests für Prüflinge bzw. Testobjekte durchgeführt werden.
• Aus der EP 2 746 591 A1 ist ein derartiger Zylinder bekannt, der vier Kammern bzw. Wirkflächen aufweist, die an einer gemeinsamen Kolbenstange angreifen, und die paarweise gleich groß sind. Dabei erzeugt ein Paar von Kammern mit größeren Wirkflächen und einem gemeinsamen größeren Kolben einen statischen Anteil der Belastungskraft, während ein Paar von Kammern mit kleineren Wirkflächen und einem gemeinsamen kleineren Kolben einen dynamischen Anteil des Belastungskraft erzeugt. Somit wird ein Gleichgangzylinder für den statischen Anteil und ein daran gekoppelter Gleichgangzylinder für den dynamischen Anteil der Belastungskraft verwendet. Über zwei hydraulische Teilsteuerungen lassen sich die beiden Gleichgangzylinder getrennt voneinander ansteuern und damit die beiden Anteile der Belastungskraft getrennt steuern.
• Damit lässt sich Energie einsparen wegen der Reduzierung der Druckmittelmenge, die zur Ansteuerung des dynamischen Zylinderteils über deren Teilsteuerung fließen muss.
• Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Zylinder und eine hydraulische Anordnung für Belastungstest zu schaffen, bei denen eine weitere Variation der Belastungskraft möglich ist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Zylinder für Belastungstest mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine hydraulische Anordnung für Belastungstest mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
• Der beanspruchte Zylinder ist für Belastungstests von Testobjekten ausgelegt. Er hat einen ersten Zylinderteil, der eine erste Druckkraft-Kammer mit einer ersten Druckkraft-Wirkfläche und eine erste Zugkraft-Kammer mit einer ersten Zugkraft-Wirkfläche aufweist. Weiterhin hat der Zylinder einen zweiten Zylinderteil, der eine zweite Druckkraft-Kammer mit einer zweiten Druckkraft-Wirkfläche und eine zweite Zugkraft-Kammer mit einer zweiten Zugkraft-Wirkfläche aufweist. Die vier Wirkflächen sind fest mit einer gemeinsamen Kolbenstange verbunden. Erfindungsgemäß weist der erste Zylinderteil eine fünfte Kammer und eine fünfte Wirkfläche auf, über die eine weitere Belastungskraft auf die Kolbenstange erzeugbar ist. Damit ermöglicht der erfindungsgemäße Fünf-Kammer-Zylinder eine weitere Variation, insbesondere Erhöhung der Belastungskraft.
• Bei einer Auslegung bzw. einem praktischen Einsatz des erfindungsgemäßen Zylinders ist die fünfte Kammer eine Druckkraft-Kammer, womit die weitere Wirkfläche eine Druckkraft-Wirkfläche ist. Dann wirkt die fünfte Kammer bzw. die fünfte Wirkfläche zusammen mit der ersten Druckkraft-Kammer bzw. der ersten Druckkraft-Wirkfläche in eine Druckrichtung der Kolbenstange.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Druckkraft-Kammer und die erste Druckkraft-Wirkfläche im Innern der Kolbenstange angeordnet. Damit lässt sich der axiale Bauraum des Zylinders signifikant verkürzen gegenüber dem Tandem-Zylinder des Standes der Technik.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Druckkraft-Kammer abschnittsweise und die erste Druckkraft-Wirkfläche komplett axial in einen Bereich des ersten Zylinderteils oder in den ersten Zylinderteil (insbesondere in die Druckrichtung der Kolbenstange) bewegbar. Damit lässt sich der axiale Bauraum des Zylinders signifikant verkürzen gegenüber dem Tandem-Zylinder des Standes der Technik.
• Vorzugsweise ist ein erster Kolben der Kolbenstange zwischen der ersten Zugkraft-Wirkfläche und der fünften Wirkfläche angeordnet, insbesondere einspannbar.
• Vorzugsweise ist zwischen den beiden zweiten Wirkflächen ein zweiter Kolben der Kolbenstange angeordnet, insbesondere einspannbar.
• Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der erste Kolben von einer zylinderfesten Stange durchsetzt, die mit ihrer Stirnfläche und mit einem hohlzylindrischen Kolbenstangeabschnitt die erste Druckkraft-Kammer begrenzt. Durch die zylinderfeste Stange kann die erste Druckkraft-Kammer mit Druckmittel versorgt werden. Dann sind die erste Druckkraft-Wirkfläche und die Stirnfläche gleich groß.
• Vorzugsweise ist die fünfte Wirkfläche kreisringförmig, wobei die fünfte Druckkraft-Kammer von einem Außenumfang der zylinderfesten Stange begrenzt ist.
• Vorzugsweise ist auch die erste Zugkraft-Wirkfläche kreisringförmig, wobei die erste Zugkraft-Wirkfläche plus einer kreisringförmigen Querschnittsfläche des hohlzylindrischen Kolbenstangenabschnitts so groß wie die fünfte Wirkfläche ist.
• Vorteile bei der Regelung des erfindungsgemäßen Zylinders ergeben sich, wenn der zweite Zylinderteil ein Gleichgangzylinder ist, und/oder wenn die erste Druckkraft-Wirkfläche und die erste Zugkraft-Wirkfläche des ersten Zylinderteils gleich groß oder annähernd gleich groß sind und somit einen Gleichgangzylinder bilden.
• Damit bleibt die Gleichgang-Eigenschaft des Zylinders des Standes der Technik weitgehend erhalten. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Ansteuerung des erfindungsgemäßen Zylinders als einen einzigen doppelt wirkenden Zylinder mit quasi zwei Kammern, wobei sich die Gesamtkraft des Zylinders aus der Summe der beiden Kammern der beiden Zylinderteile ergibt. Dabei ist die Eigenschaft „annähernd Gleichgangzylinder“ vorteilhaft für Regelungszwecke.
• Je nach Anforderungen der durchzuführenden Belastungstests können z.B. die beiden dem ersten Zylinderteil zugeordneten ersten Wirkflächen kleiner als die beiden dem zweiten Zylinderteil zugeordneten zweiten Wirkflächen ausgelegt werden.
• Wenn der erste Zylinderteil ein statischer Zylinderteil und der zweite Zylinderteil ein dynamischer Zylinderteil ist, dann wirkt die weitere Druckkraft-Kammer im statischen Zylinderteil zur Erhöhung der statischen Druckkraft des Zylinders.
• Die erfindungsgemäße hydraulische Anordnung hat einen vorbeschriebenen Zylinder und eine hydraulische Steuerung, über die die fünf Kammern des Zylinders (vorzugsweise getrennt voneinander) versorgbar sind.
• Die hydraulische Steuerung ermöglicht (zusammen mit dem Ansteuerungskonzept) eine automatisierbare Anpassung der hydraulischen Vorspannung im statischen Zylinderteil (Vorlaststufe) im laufenden Betrieb. Darüber hinaus ermöglicht das Zylinderkonzept eine Reduzierung der Größe des dynamisch anzusteuernden Zylinderteils, und dadurch eine Reduzierung der benötigten Druckmittelmenge und der Größe der benötigten Regelungs- und Ansteuerungselemente.
• Vorrichtungstechnisch einfach ist es, wenn zumindest die erste Druckkraft-Kammer und die erste Zugkraft-Kammer und die zweite Druckkraft-Kammer und die zweite Zugkraft-Kammer über ein gemeinsames Regeventil der hydraulischen Steuerung steuerbar sind. Dadurch entsteht eine zusätzliche Betriebsart des Zylinders, bei der seine ganze statische Druck- und Zugkapazität ausgeschöpft werden kann.
• Vorzugsweise sind das Regeventil und der zweite Zylinderteil über ein Absperrventil der hydraulischen Steuerung gegen den ersten Zylinderteil absperrbar. Das ist insbesondere vorteilhaft, wenn der erste Zylinderteil der statische Zylinderteil ist, so dass über das Absperrventil der statische Druck absperrbar ist, und danach der dynamische Druck über das Regelventil auf den zweiten Zylinderteil aufbringbar ist.
• Ein Arbeitsleitungsabschnitt, der sich vom Absperrventil zur ersten Druckkraft-Kammer erstreckt, kann mit einem Hochdruckspeicher und/oder einem Niederdruckspeicher verbindbar sein. Ein Arbeitsleitungsabschnitt, der sich vom Absperrventil zur ersten Zugkraft-Kammer erstreckt, kann mit dem Hochdruckspeicher und/oder dem Niederdruckspeicher verbindbar sein.
• Der statische Zylinderteil kann in beide Kraftrichtungen mit annähernd gleicher Belastungskraft bei gleichem Druck (gleiche oder annähernd gleiche Wirkflächen) beaufschlagt werden durch Umschaltung der Speicher auf die jeweilige Wirkfläche.
• Mit der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung wird durch Trennung der statischen und dynamischen zu erzeugenden Kräfte Energie gespart. Dies ergibt sich daraus, dass die Druckmittelmenge, die zur Ansteuerung des dynamischen Zylinderteils über das Regelventil fließen muss, reduziert wird, weil der statische Anteil der Belastungskraft weitgehend vom statischen Zylinderteil erzeugt wird, wobei das dazu benötigte zu- und abfließende Druckmittel fast ohne Druckabfall über die Speicher zu- bzw. abgeführt wird (Teil-Energierückgewinnung aus dem Testobjekt).
• Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zylinders mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung für Belastungstest ist in der Figur dargestellt.
• Die erfindungsgemäße hydraulische Anordnung lässt sich in folgenden Baugruppen aufteilen:
• - Zylinder 30
• - hydraulische Steuerung
• - elektronische Steuerung (nicht näher gezeigt)
• Der Zylinder 30 ist dazu ausgelegt, kraftvolle Bewegungen kontrolliert zu erzeugen, wobei sich die dazu benötigte Belastungskraft generell wie folgt definieren lässt: $${\text{F}}_{\text{zyl}}\left(\text{t}\right)={\text{F}}_{\text{konst}}+{\text{F}}_{\text{var}}\left(\text{t}\right)$$

  
• Für den späteren Betrieb sind maximale Werte für F_konst und F_var(t) in Abhängigkeit der Betriebsart definiert:
• In der dynamischen Betriebsart (d.h. wenn F_var(t) ≠ 0): $$-{\text{F}}_{\text{stat}}<{\text{F}}_{\text{konst}}<{\text{F}}_{\text{stat}}$$

  

  $$-{\text{F}}_{\text{dyn}}<{\text{F}}_{\text{var}}\left(\text{t}\right)<{\text{F}}_{\text{dyn}}$$

  
• In der statischen Betriebsart (d.h. wenn F_var(t) = 0): $$-{\text{F}}_{\text{kapa}}<{\text{F}}_{\text{konst}}<{\text{F}}_{\text{kapa}}$$

  
• Darüber hinaus ist für die dynamische Betriebsart um die statische Position ein Bereich für die Position ×_zyl einer Kolbenstange 1 des Zylinders 30 definiert: $$-{\text{X}}_{\text{max}}<{\text{X}}_{\text{zyl}}\left(\text{t}\right)<{\text{X}}_{\text{max}}$$

  
• Der Zylinder 30 besitzt fünf Kammer bzw. fünf Wirkflächen S1, S2, S3, S4, S5.
• Der Zylinder 30 unterteilt sich in einen (in der Figur linken) vom (nicht gezeigten) Testobjekt beabstandeten statischen Zylinderteil 31.1 mit den beiden ersten Kammern bzw. Wirkflächen S2 und S5 und mit der weiteren Kammer bzw. weiteren Wirkfläche S1 und in einen (in der Figur rechten) zum Testobjekt benachbarten dynamischen Zylinderteil 31.2 mit zwei zweiten Kammern bzw. Wirkflächen S3, S4.
• Der dynamische Zylinderteil 31.2 mit dem zweiten Kolben 11.2 stellt einen Gleichgangzylinder dar. Die beiden ersten Wirkflächen S2 und S5 des statischen Zylinderteils 31.1 sind ebenfalls gleich groß, daher stellt auch der statische Zylinderteil 31.1 bei Weglassung der fünften Kammer bzw. Wirkfläche S1 einen Gleichgangzylinder dar. Dabei sind die beiden ersten Wirkflächen S2, S5 nicht spiegelbildlich an einem gemeinsamen Kolben zueinander angeordnet, die beiden ersten Wirkflächen S2, S5 sind über einen hohlzylindrischen Kolbenstangenabschnitt 18 miteinander verbunden. Die erste Druckkraft-Kammer ist über eine zylinderfeste Stange 19 begrenzt, die einen ersten Kolben 11.1 durchdringt und in den hohlzylindrischen Kolbenstangenabschnitt 18 hineinragt. Der hohlzylindrische Kolbenstangenabschnitt 18 kann sich grundsätzlich über die gesamte Länge der Kolbenstange 1 erstrecken. Damit sind die beiden ersten Kammern koaxial und je nach Länge des hohlzylindrische Kolbenstangenabschnitts 18 auch konzentrisch zueinander und je nach Position X der Kolbenstange 1 zumindest abschnittsweise ineinandergeschoben.
• Die weitere Druckkraft-Kammer ist am Außenumfang der zylinderfesten Stange 19 angeordnet und wird vom ersten Kolben 11.1, genauer gesagt von dessen weiterer Druckkraft-Wirkfläche S1 begrenzt.
• Der Zylinder 30 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel außerdem mit einem Positionssensor 30.2 und mit einem Kraftsensor 30.3 und ggf. mit einem Beschleunigungssensor für die Kolbenstange 1 ausgerüstet.
• Der Zylinder 30 wird wie folgt eingesetzt:
• - In der statischen Betriebsart werden beide Zylinderteile 31.1, 31.2 parallel bzw. gleichzeitig eingesetzt: bei entsprechender Schaltung entsteht ein doppelt wirkender Zylinder 30 mit den Wirkflächen S3+S5 und S2+S4. Die weitere Wirkfläche S1 bleibt dabei drucklos.
• - In der dynamischen Betriebsart werden beide Zylinderteile 31.1, 31.2 hydraulisch unabhängig voneinander eingesetzt: der statische Zylinderteil 31.1 erzeugt im Wesentlichen die statische Belastungskraft für das Testobjekt, der dynamische Zylinderteil 31.2 erzeugt im Wesentlichen die dynamische Belastungskraft für das Testobjekt.
• Die hydraulische Steuerung hat einen Pumpenanschluss P1 und einen Tankanschluss T1, die über ein gemeinsames Regelventil 12 und ein gemeinsames Absperrventil 13 und über Verzweigungen einerseits mit den beiden ersten Kammern und andererseits mit den beiden zweiten Kammern verbunden sind. Dabei sind die beiden Verzweigungen über jeweilige Arbeitsleitungsabschnitte 17.1, 17.2 mit den beiden ersten Kammern verbunden. In den Arbeitsleitungsabschnitten17.1, 17.2 ist ein Absperrventil 10 angeordnet.
• Die hydraulische Steuerung kann mehrteilig sein und beinhaltet weiterhin:
• - einen Speicher 28.1 in einer Pumpenleitung und einen Speicher 28.2 in einer Tankleitung,
• - einen Vorspannventil 29 in der Tankleitung,
• - Sicherungs- und Messfunktionen für den dynamischen Zylinderteil 31.2, (Absperrventil 13, Kurzschlussventil 16, Druckbegrenzungsventile 14.1, 14.2 und Druckmessdosen 15.1, 15.2)
• - Sicherungs- und Messfunktionen für den statischen Zylinderteil 31.1 (Absperrventile 6.1, 6.2, Druckbegrenzungsventile 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 mit Nachsaugventilen 7.1, 7.2 und Druckmessdosen 9.1, 9.2)
• - eine Hochdruckspeichereinheit bestehend aus:
  • • Hochdruckspeicher 20.1 mit integriertem Positionssensor 22.1, Messanschluss 21.1, Absperrventil 23.1, Druckbegrenzungsventil 24.1 und gasseitigem Druck- und Temperatursensoren 25.1,
  • • Steuerteil mit Druckmessdose 27.1, Druckbegrenzungsventil 4.1, Absperrventile 5.1, 5.2, Entlastungsventil 3.1 und Befüllungsventil 2.1
• - eine Niederdruckspeichereinheit bestehend aus:
  • • Niederdruckspeicher 20.2 mit integriertem Positionssensor 22.2, Messanschluss 21.2, Absperrventil 23.2, Druckbegrenzungsventil 24.2 und gasseitigem Druck- und Temperatursensoren 25.2,
  • • Steuerteil mit Druckmessdose 27.2, Druckbegrenzungsventil 4.2, Absperrventile 5.3, 5.4, Entlastungsventil 3.2 und Befüllungsventil 2.2.
• Der Hochdruckspeicher 20.1 ist über die Absperrventile 5.1/6.1, 5.2/6.2 an die beiden Arbeitsleitungsabschnitte 17.1, 17.2 angeschlossen. Der Niederdruckspeicher 20.2 ist über die Absperrventile 5.3/6.1, 5.4/6.2 an die beiden Arbeitsleitungsabschnitte 17.1, 17.2 angeschlossen.
• Die Gasseiten des Hochdruck- und des Niederdruckspeichers 20.1, 20.2 werden über jeweilige Absperrventile 23.1, 23.2 an einem zentralen Vorspannsystem (nicht gezeigt) angeschlossen. Das zentrale Vorspannsystem hat die Aufgabe, vor dem Betrieb den Gasdruck im jeweiligen Speicher 20.1, 20.2 einzustellen. Das zentrale Vorspannsystem verbraucht kein Gas, da bei einer Umstellung des Vorspanndruckes kein Gas ins Freie abgelassen werden muss, auch im Falle einer Reduzierung des Vorspanndruckes (Umlagerung).
• Die (nicht näher gezeigte) elektronische Steuerung dient zur Automatisierung der Schaltfunktionen einschließlich Vorgang- und Systemüberwachung einschließlich dem zentralen Vorspannsystem. Die elektronische Steuerung dient weiterhin zur Position- oder Kraftregelung der Kolbenstange 1.
• Die elektronische Steuerung beinhaltet außerdem noch eine Bedienoberfläche, mit der der Bediener sowohl Parameter angeben (zum Beispiel statische Belastungskraft und Amplitude sowie Frequenz der gewünschten sinusförmigen Bewegung der Kolbenstange 1 um den statisch erreichten Punkt), als auch über den Stand der Kolbenstange 1 über den momentanen Ablauf der Sequenz informiert werden kann.
• Einrichtung des Aktuators und des Testobjektes:
• Der Zylinder 30 wird mit dem zu bewegenden / zu belastenden Testobjekt mechanisch verbunden und steht am Ende des Vorgangs in Kontakt mit diesem Testobjekt gestützt auf dem statischen Zylinderteil 31.1. Dabei bleiben die Absperrventile 6.1, 6.2 geschlossen, beide Speicher 20.1, 20.2 sind druckmittelseitig entlastet (Entlastungsventile 3.1, 3.2 deaktiviert).
  • - Beide Absperrventile 10, 13 werden aktiviert, das Kurzschlussventil 16 bleibt deaktiviert.
  • - Die Kolbenstange 1 wird (ggf. mit reduziertem Druck am Pumpenanschluss P1 für den dynamischen Zylinderteil) über das Regelventil 12 auf Position gefahren (ggf. mit Kraftbegrenzung).
  • - Nachdem die gewünschte Position erreicht wurde, wird der Zylinder 30 hydraulisch verriegelt: Absperrventile 10, 13 werden deaktiviert, Kurzschlussventil 16 bleibt weiterhin deaktiviert.
  • - Die Kolbenstange 1 wird in diesem Zustand mit dem Testobjekt mechanisch verbunden.
  • - Danach wird der dynamische Zylinderteil 31.2 entlastet, wobei eine Bewegung des Zylinders 30 je nach Belastungsfall entstehen kann (Kompressionsvolumen):
    • das Kurzschlussventil 16 wird aktiviert, der Druckausgleich der beiden Kammern S3 und S4 wird über die Druckmessdosen 15.1, 15.2 überprüft.
• In diesem Zustand steht die Kolbenstange 1 auf dem statischen Zylinderteil 31.1, und ist mit dem Testobjekt mechanisch verbunden.
• Einstellung der benötigten statischen (Zug- oder Druck-) Kraft:
• Dabei wird bei Druckkraft der Kolbenstange 1 die Zugkraft-Wirkfläche S2 mit dem Niederdruckspeicher 20.2 verbunden, während die Druckkraft-Wirkfläche S5 mit dem Hochdruckspeicher 20.1 verbunden wird. Bei Zugkraft der Kolbenstange 1 werden die Wirkflächen S2 und S5 umgekehrt verbunden.
• Die Einstellung wird wie folgt durchgeführt:
• - Beide Speicher 20.1, 20.2 werden druckmittelseitig entlastet (Entlastungsventile 3.1, 3.2 deaktiviert), die Druckentlastung wird über die Druckmessdosen 27.1, 27.2 überprüft.
• - Die benötigten gasseitigen Vorspanndrücke der beiden Speicher 20.1, 20.2 werden in Abhängigkeit der gewünschten statischen Belastungskraft und der Temperatur von der elektronischen Steuerung berechnet, und anschließend über entsprechende Ansteuerung des zentralen Vorspannsystems eingestellt, und über die Drucksensoren 25.1, 25.2 überprüft.
• - Die Wirkfläche, die mit dem Niederdruckspeicher 20.2 verbunden werden soll (Festlegung siehe oben), wird zuerst behandelt. Im nachstehenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Zugkraft-Wirkfläche S2 mit dem Niederdruckspeicher 20.2 und die Druckkraft-Wirkfläche S5 mit dem Hochdruckspeicher 20.1 verbunden werden soll:
  • • Das Absperrventil 5.4 wird aktiviert.
  • • Das Entlastungsventil 3.2 bleibt weiterhin deaktiviert.
  • • Das Absperrventil 6.2 wird aktiviert. Es erfolgt eine Entlastung der Wirkfläche S2, wobei eine Bewegung der Kolbenstange 1 nicht ausgeschlossen werden kann.
  • • Das Entlastungsventil 3.2 wird aktiviert (= Sperrung).
  • • Das Befüllungsventil 2.2 wird aktiviert.
  • • Der Druck im Niederdruckspeicherkreis steigt, und wird über die Druckmessdosen 9.2, 27.2 überprüft. Je nach Eigenschaften des Testobjektes kann eine Bewegung der Kolbenstange 1 entstehen.
  • • Beim Erreichen des Zieldrucks wird das Befüllungsventil 2.2 deaktiviert.
  • • Der Füllgrad vom Niederdruckspeicher 20.2 wird über den Positionssensor 22.2 überprüft.
• - Danach wird die Wirkfläche behandelt, die mit dem Hochdruckspeicher 20.1 verbunden werden soll (beim hier betrachteten Beispiel die Druckkraft-Wirkfläche S5):
  • • Das Absperrventil 5.1 und Entlastungsventil 3.1 werden aktiviert.
  • • Das Absperrventil 6.1 wird aktiviert. Es erfolgt eine Teilentlastung der Zugkraft-Wirkfläche S2, wobei eine Bewegung der Kolbenstange 1 nicht ausgeschlossen werden kann.
  • • Das Befüllungsventil 2.1 wird aktiviert.
  • • Der Druck im Hochdruckspeicherkreis steigt, und wird über die Druckmessdosen 9.1, 27.1 überprüft. Da die statische Belastung des Testobjekts steigt, entsteht dabei je nach Steifigkeit des Testobjekts eine Bewegung der Kolbenstange 1.
  • • Beim Erreichen des Zieldruckes bzw. der Zielkraft, die über den Kraftsensor 30.3 überprüft wird, wird das Befüllungsventil 2.1 deaktiviert.
  • • Der Füllgrad des Hochdruckspeichers 20.1 wird über den Positionssensor 22.1 überprüft.
• - Anschließend wird der Druck im Niederdruckkreis über die Druckmessdosen 9.2, 27.2 nochmal überprüft, und ggf. über das Entlastungsventil 3.2 korrigiert.
• - Zum Schluss werden die Drücke in beiden Kreisen mittels der Druckmessdosen 9.1, 9.2, 27.1, 27.2 nochmal überprüft. Weiterhin werden der Füllgrad vom jeweiligen Speicher 20.1, 20.2 über die Positionssensoren 22.1, 22.2 und die Belastungskraft über den Kraftsensor 30.3 überprüft.
• In diesem Zustand steht die Kolbenstange 1 auf dem statischen Zylinderteil 31.1, ist mit dem Testobjekt mechanisch verbunden, und das Testobjekt ist statisch vorbelastet.
• Die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten Befüllungsventile 2.1 und 2.2 könnten vorteilhaft durch 3-Wege Proportionalventile ersetzt werden, die für die o.g. druckmittelseitige Druckeinstellung der Speicher 20.1 und 20.2 sowohl die Befüllungsfunktion als auch die Entlastungsfunktion der Entlastungsventile 3.1, 3.2 erfüllen.
• Betrieb mit überlagerter dynamischer Belastung:
• Beim Betrieb mit überlagerter dynamischer Belastung wird die Kolbenstange 1 - ausgehend aus dem Zustand nach der Einstellung der statischen Belastungskraft - über den dynamischen Zylinderteil angetrieben. Dabei bleiben das Absperrventil 13, die Absperrventile 6.1, 6.2 sowie die Entlastungsventile 3.1, 3.2 aktiviert und das Kurzschlussventil 16 und das Absperrventil 10 deaktiviert.
• Je nach Betrieb werden die Absperrventile 5.1 und 5.4 aktiviert und die Absperrventile 5.2 und 5.3 deaktiviert (statische Belastungskraft als Druckkraft), oder es werden die Absperrventile 5.2 und 5.3 aktiviert und die Absperrventile 5.1 und 5.4 deaktiviert (statische Belastungskraft als Zugkraft).
• Die (Positions- oder Kraft-) Regelung der Kolbenstange 1 erfolgt über das Regelventil 12 über den entsprechenden Regler in der elektronischen Steuerung, basierend auf der Positions- bzw. Kraftrückführung über Positionssensor 30.2 bzw. Kraftsensor 30.3. Die Speicher 28.1 und 28.2 (zusammen mit der Vorspannung der T-Leitung über das als Rückschlagventil ausgebildete Vorspannventil 29) sorgen dabei für eine Reduzierung der Druckvariationen am Anschluss P und T des Regelventils 12 infolge der dynamischen Bewegung des Zylinders 30.
• Darüber hinaus werden die Druckschwankungen im Hochdruck- bzw. Niederdruckbereich über die Druckmessdosen 9.1, 27.1 bzw. 9.2, 27.2 ständig gemessen.
• Sollten zum Beispiel infolge einer Temperaturänderung oder einer Veränderung der Eigenschaften des Testobjekts die mittleren Drücke im jeweiligen Kreis vom Soll-Mitteldruck wegwandern, kann über die Ansteuerung der Ventile 3.1, 2.1 bzw. 3.2, 2.2 der mittlere Druck im entsprechenden Kreis neu justiert werden, sogar während des laufenden Betriebs. Dagegen wird der gasseitige Vorspanndruck der Speicher 20.1 und 20.2 dabei nicht aktiv nachgestellt.
• Bei der Variante mit 3-Wege Proportionalventilen an der Stelle der Ventile 2.1, 2.2 ist eine feinfühligere und genauere Nachjustierung der mittleren Drücke im statischen Zylinderteil 31.1 möglich.
• Entlastung des Testobjekts nach der Prüfung und Demontage:
• Nach der Durchführung der Prüfung werden der Zylinder 30 und das Testobjekt soweit möglich entlastet, damit anschließend die Demontage der Prüfkonfiguration erfolgen kann:
  • - Zuerst wird der dynamische Zylinderteil 31.2 über das Regelventil 12 gestoppt.
  • - Dann wird das Absperrventil 13 deaktiviert. Das Absperrventil 10 bleibt geschlossen.
  • - Die Absperrventile 6.1 und 6.2 werden deaktiviert.
  • - Der Hochdruckkreis des statischen Zylinderteils 31.1 wird über das Entlastungsventil 3.1 (bzw. 3.2) entlastet. Dabei entsteht keine Bewegung der Kolbenstange 1.
  • - Der Niederdruckkreis des statischen Zylinderteils wird über das Entlastungsventil 3.2 (bzw. 3.1) entlastet. Dabei entsteht keine Bewegung der Kolbenstange 1.
  • - Die Entlastungsventile 3.1 und 3.2 bleiben deaktiviert.
  • - Das Absperrventil 10 wird aktiviert. Dabei entsteht möglicherweise eine Bewegung der Kolbenstange 1.
  • - Anschließend wird das Absperrventil 13 aktiviert, und die Kolbenstange 1 wird über das Regelventil 12 gefahren (Ziel: Signal des Kraftsensors 30.3 meldet, dass der Zylinder 30 weitgehend entlastet ist).
  • - Dann werden die Absperrventile 13 und 10 deaktiviert.
  • - Die Demontage des Testobjekts kann erfolgen.
  • - Zum Schluss werden die Absperrventile 6.1 und 6.2 wieder aktiviert. Da die Ventile 5.1, 5.4 bzw. 5.2, 5.3 noch aktiviert sind, erfolgt über die Entlastungsventile 3.1, 3.2 eine Entlastung der beiden Kammern bzw. Wirkflächen S2, S5 des statischen Zylinderteils 31.1. Dabei entsteht möglicherweise eine Bewegung der Kolbenstange 1.
  • - Der dynamische Zylinderteil 31.2 bleibt ggf. unter Restdruck.
• Eine Nachstellung der statischen Belastungskraft F während des Betriebes ist möglich, basierend auf dynamische Druckmessungen im statischen Zylinderteil 31.1.
• Das zentrale Vorspannsystem für die gasseitige Vorspannung der Speicher 20.1, 20.2 verbessert deutlich den Bedienkomfort des Zylinders 30.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 2746591 A1 [0003]

Claims (14)

1. Zylinder für Belastungstests mit einem ersten Zylinderteil (31.1), der eine erste Druckkraft-Kammer mit einer ersten Druckkraft-Wirkfläche (S5) und weiterhin eine erste Zugkraft-Kammer mit einer ersten Zugkraft-Wirkfläche (S2) aufweist, wobei der Zylinder weiterhin einen zweiten Zylinderteil (31.2) aufweist, der eine zweite Druckkraft-Kammer mit einer zweiten Druckkraft-Wirkfläche (S3) und weiterhin eine zweite Zugkraft-Kammer mit einer zweiten Zugkraft-Wirkfläche (S4) aufweist, wobei die vier Wirkflächen (S2, S3, S4, S5) fest mit einer gemeinsamen Kolbenstange (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zylinderteil (31.1) eine weitere Kammer und eine weitere Wirkfläche (S1) aufweist, über die eine weitere Belastungskraft auf die Kolbenstange (1) erzeugbar ist.
2. Zylinder nach Anspruch 1, wobei die weitere Kammer eine Druckkraft-Kammer ist, und wobei die weitere Wirkfläche (S1) eine Druckkraft-Wirkfläche ist.
3. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Druckkraft-Kammer und die erste Druckkraft-Wirkfläche (S5) im Innern der Kolbenstange (1) angeordnet sind.
4. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Druckkraft-Kammer abschnittsweise und die erste Druckkraft-Wirkfläche (S5) axial in einen Bereich des ersten Zylinderteils (31.1) bewegbar sind.
5. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem ersten Kolben (11.1), der zwischen der ersten Zugkraft-Wirkfläche (S2) und der weiteren Wirkfläche (S1) angeordnet ist.
6. Zylinder nach Anspruch 5, wobei der erste Kolben (11.1) von einer zylinderfesten Stange (19) durchsetzt ist, die mit ihrer Stirnfläche und mit einem hohlzylindrischen Kolbenstangeabschnitt (18) die erste Druckkraft-Kammer begrenzt.
7. Zylinder nach Anspruch 6, wobei die weitere Druckkraft-Wirkfläche (S1) kreisringförmig ist, und wobei die weitere Kammer von einem Außenumfang der zylinderfesten Stange (19) begrenzt ist.
8. Zylinder nach Anspruch 7, wobei die erste Zugkraft-Wirkfläche (S2) kreisringförmig ist, und wobei eine Summe der ersten Zugkraft-Wirkfläche (S2) und einer Querschnittsfläche des hohlzylindrischen Kolbenstangenabschnitts (18) der Größe der weiteren Wirkfläche (S1) entspricht.
9. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder der zweite Zylinderteil (31.1, 31.2) Gleichgangzylinder ist bzw. sind.
10. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Zylinderteil (31.1) ein statischer Zylinderteil ist, und wobei der zweite Zylinderteil (31.2) ein dynamischer Zylinderteil ist.
11. Hydraulische Anordnung mit einem Zylinder (30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer hydraulischen Steuerung, über die die fünf Kammern des Zylinders (30) versorgbar sind.
12. Hydraulische Anordnung nach Anspruch 11, wobei zumindest die erste Druckkraft-Kammer und die erste Zugkraft-Kammer und die zweite Druckkraft-Kammer und die zweite Zugkraft-Kammer über ein gemeinsames Regeventil (12) der hydraulischen Steuerung steuerbar sind.
13. Hydraulische Anordnung nach Anspruch 12, wobei das Regeventil (12) und der zweite Zylinderteil (31.2) über ein Absperrventil (10) der hydraulischen Steuerung gegen den ersten Zylinderteil (31.1) absperrbar ist.
14. Hydraulische Anordnung nach Anspruch 13, wobei sich je ein Arbeitsleitungsabschnitt (17.1, 17.2) vom Absperrventil (10) zur ersten Druckkraft-Kammer und zur ersten Zugkraft-Kammer erstreckt und mit einem Hochdruckspeicher (20.1) und/oder einem Niederdruckspeicher (20.2) verbindbar ist.

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