DE102021102991B3 - Method of operating a hydropneumatic bladder accumulator - Google Patents
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Abstract
Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zum Betreiben eines hydropneumatischen Blasenspeichers mit einem Druckbehälter (1), der eine Blase (2), einen Öleinlass (3), einen Gaseinlass (4) und einen Drucksensor (5), mindestens einen Temperatursensor (6) und Auswerteeinheiten (7, 11) für Druck und Temperatur aufweist. Erfindungsgemäß wird die Temperatur an mindestens einer weiteren Stelle mit einem weiteren Temperatursensor (9) gemessen und ein zeitlicher Druckverlauf im Blasenspeicher erfasst und mit Sollwerten verglichen wird, wobei für die Sollwerte eine Hüllkurve vorgegeben ist, die mit Hilfe der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren (6, 9) gebildet wird, und wobei im laufenden Betrieb der erfasste Druckverlauf mit der vorgegebenen Hüllkurve verglichen und bei Überschreiten der Vorgabewerte ein Alarmsignal generiert wird.Shown and described is a method for operating a hydropneumatic bladder accumulator with a pressure vessel (1), which has a bladder (2), an oil inlet (3), a gas inlet (4) and a pressure sensor (5), at least one temperature sensor (6) and Evaluation units (7, 11) for pressure and temperature. According to the invention, the temperature is measured at at least one other point with an additional temperature sensor (9) and a pressure profile over time in the bladder accumulator is recorded and compared with setpoint values, with an envelope curve being specified for the setpoint values, which is calculated using the temperature difference between the two temperature sensors (6th , 9) is formed, and the detected pressure profile is compared with the specified envelope curve during operation and an alarm signal is generated if the specified values are exceeded.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hydropneumatischen Blasenspeichers.The invention relates to a method for operating a hydropneumatic bladder accumulator.
Unter einem Blasenspeicher wird ein spezieller hydropneumatischer Speicher verstanden, bei dem eine flexible Blase als Trennglied zwischen einem kompressiblen Gaspolster und einem auch als Betriebsflüssigkeit bezeichneten strömungsfähigen Medium fungiert. Als Betriebsflüssigkeit kommen Druckmittel in hydraulischen Anlagen wie Hydrauliköl oder sonstige Druckfluide, aber auch Schmier- oder Kühlmittel in Frage.A bladder accumulator is understood to mean a special hydropneumatic accumulator in which a flexible bladder acts as a separating element between a compressible gas cushion and a flowable medium, also referred to as an operating liquid. Pressure media in hydraulic systems such as hydraulic oil or other pressure fluids, but also lubricants or coolants can be considered as operating fluids.
Die Speicher bestehen aus einem Druckbehälter und der oben genannten Speicherblase sowie aus den für die gas- und mediumseitigen Anschlüsse notwendigen Armaturen.The accumulators consist of a pressure vessel and the above-mentioned accumulator bladder as well as the fittings required for the connections on the gas and medium side.
Derartige Hydrospeicher werden von den meisten namhaften Hydraulikherstellern angeboten.Such hydraulic accumulators are offered by most well-known hydraulic manufacturers.
Die
In einer Ausführungsart ist in dem Gehäuse des Hydrospeichers ein Trennelement angeordnet, durch das zwei Arbeitsräume voneinander getrennt sind. Der Datenspeicher kann einen Sensor zur Erfassung des Drucks und/oder der Temperatur aufweisen. Im Falle eines Drucksensors kann der Druck im Gasraum ermittelt und ein Warnsignal an das zugeordnete Lese- und/oder Schreibgerät oder eine Steuereinrichtung gesendet werden, wenn der Druck einen vorgebbaren Wert unter- und/oder überschreitet.In one embodiment, a separating element is arranged in the housing of the hydraulic accumulator, separating two working chambers from one another. The data memory can have a sensor for detecting the pressure and/or the temperature. In the case of a pressure sensor, the pressure in the gas space can be determined and a warning signal can be sent to the assigned reading and/or writing device or a control device if the pressure falls below and/or exceeds a definable value.
Die
Neben thermischen Sensoren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit werden auch optische Messverfahren wie Streulichtmessungen oder die Bestimmung der Lumineszenz, die Messung der elektrischen Leitfähigkeit, der dielektrischen Eigenschaften, chemische oder physikalische Messverfahren, wie die Messung des Schwingungsverhaltendes Mediums, vorgeschlagen.In addition to thermal sensors for determining thermal conductivity, optical measuring methods such as scattered light measurements or determining luminescence, measuring electrical conductivity, dielectric properties, chemical or physical measuring methods such as measuring the vibration behavior of the medium are also proposed.
Als nachteilig werden der teilweise enorme Messaufwand, sowie die bei den angegebenen Messverfahren notwendigen Anpassungen an das Medium, d. h. den Betriebsstoff, angesehen.The sometimes enormous measurement effort and the adjustments to the medium, d. H. the fuel.
Des Weiteren ist aus der
Aus der
Aus der nachveröffentlichten
Aus der
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, während des Betriebs eines Blasenspeichers das Überschreiten eines Gut-Bereichs und damit eine mögliche Beschädigung der Speicherblase genauer festzustellen und die damit verbundene Alarmierung zu verbessern.The object of the invention is to more precisely determine when a bladder accumulator is in operation when a good range is exceeded and thus possible damage to the accumulator bladder, and to improve the alarming associated therewith.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a method having the features of
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, auf oftmals ohnehin vorhandene Druck- und/oder Temperatursensoren zurückzugreifen und diese derart anzuordnen und auszuwerten, dass eine Beschädigung, insbesondere die Ermüdung der Blase, durch eine mit den Sensoren verbundene Auswerteeinheit erkennbar wird.The essential idea of the invention consists in using pressure and/or temperature sensors that are often already present and arranging and evaluating them in such a way that damage, in particular fatigue of the bladder, can be detected by an evaluation unit connected to the sensors.
Dazu sind mindestens ein Drucksensor und mindestens zwei, vorzugsweise drei Temperatursensoren vorgesehen. Erfindungsgemäß ist der Drucksensor entweder auf der Gasseite oder auf der Medienseite (Ölseite) angeordnet. Ein erster Temperatursensor ist an einer Armatur und der andere bzw. die beiden anderen Temperatursensor(en) ist/sind in unterschiedlicher Höhe an oder im Blasenspeicher angeordnet. Der Mediendruck und/oder der Gasdruck, die Medientemperatur und eine Temperaturdifferenz werden im Bereich der Blase bestimmt, wobei die Auswertung durch den Vergleich mit Sollwerten erfolgt.At least one pressure sensor and at least two, preferably three, temperature sensors are provided for this purpose. According to the invention, the pressure sensor is arranged either on the gas side or on the media side (oil side). A first temperature sensor is on a fitting and the other or the other two temperature sensor(s) is/are arranged at different heights on or in the bladder accumulator. The medium pressure and/or the gas pressure, the medium temperature and a temperature difference are determined in the area of the bladder, the evaluation being carried out by comparing them with setpoint values.
Die Sollwerte des zulässigen Druckverlaufs werden erfindungsgemäß durch eine Hüllkurve vorgegeben und der erfasste Druckverlauf im laufenden Betrieb mit der vorgegebenen Hüllkurve verglichen. Die Hüllkurve wird im Vorfeld in einer Anlernphase bestimmt. Für die Bildung der Hüllkurve wird dabei auch auf die zu diesem Zeitpunkt vorherrschende Temperatur und die Temperaturdifferenz zwischen den wenigsten zwei Temperatursensoren zurückgegriffen. Durch die Hüllkurve ist es nun möglich, trotz des sehr dynamischen Druckverlaufs zu jedem Zeitpunkt einen genauen Schwellwert zu definieren, der den Gut-Bereich vom Schlecht-Bereich trennt, so dass bei Überschreitung dieses Schwellwerts, d.h. bei einer Beschädigung oder einem möglichen Ausfall des Blasenspeichers, eine sichere Alarmierung möglich ist.According to the invention, the target values of the permissible pressure profile are specified by an envelope curve, and the recorded pressure profile is compared with the specified envelope curve during operation. The envelope curve is determined in advance in a learning phase. The temperature prevailing at this point in time and the temperature difference between the at least two temperature sensors are also used to form the envelope curve. Thanks to the envelope curve, it is now possible to define an exact threshold value at any point in time, despite the very dynamic pressure curve, which separates the good range from the bad range, so that when this threshold value is exceeded, i.e. in the event of damage or a possible failure of the bladder accumulator , a secure alarm is possible.
Der Ausfall eines Druckspeichers macht sich u. a. dadurch bemerkbar, dass in einem spezifischen Druckbereich die notwendige Flüssigkeitsmenge nicht mehr aufgenommen oder abgegeben werden kann, wobei der Ausfall oftmals durch einen falschen Gasdruck verursacht wird. Somit können durch eine permanente statische und dynamische Überwachung des Fülldrucks und der Temperatur Ausfälle vermieden und die Lebensdauer der Anlage durch vorausschauende Überwachung und einer damit verbundenen Wartung (predictive mainteneance) verlängert werden.The failure of a pressure accumulator makes e.g. noticeable by the fact that in a specific pressure range the necessary amount of liquid can no longer be absorbed or dispensed, with the failure often being caused by an incorrect gas pressure. Thus, failures can be avoided through permanent static and dynamic monitoring of the filling pressure and temperature and the service life of the system can be extended through predictive monitoring and the associated maintenance (predictive maintenance).
Da der statisch gemessene Druck lediglich angibt, ob sich der Fülldruck in einem erlaubten Bereich befindet, kann die dynamische Drucküberwachung Hinweise auf Veränderungen der Blase geben, siehe
Allerdings treten im Gegensatz zu einem Kolbenspeicher bei einem Blasenspeicher Ausfälle in der Regel spontan durch Platzen der Blase auf. Inwieweit sich das Platzen der Blase durch Gas- oder Flüssigkeitsleckagen bemerkbar macht, sei zunächst dahingestellt. Jedenfalls fällt der Fülldruck spontan ab.However, in contrast to a piston accumulator, failures in a bladder accumulator usually occur spontaneously when the bladder bursts. To what extent the bursting of the bubble is noticeable through gas or liquid leaks remains to be seen. In any case, the filling pressure drops spontaneously.
Ein weiteres Indiz für die Veränderung der Blase sind Temperaturdifferenzen insbesondere zwischen dem Gas- oder Öleinlass und dem Behälter bzw. in der Blase. Deshalb werden wenigstens zwei, vorzugsweise drei erfindungsgemäß angeordnete, permanent ausgewertete Temperatursensoren vorgeschlagen, um ein sich langsam änderndes Temperaturverhalten zu erkennen (predictive maintenance).Another indication of the change in the bladder are temperature differences, in particular between the gas or oil inlet and the container or in the bladder. Therefore, at least two, preferably three, continuously evaluated temperature sensors arranged according to the invention are proposed in order to detect a slowly changing temperature behavior (predictive maintenance).
Für einen zyklisch betriebenen Blasenspeicher wird als Diagnosekonzept vorgeschlagen:
- 1. Erfassung der Anzahl der zyklischen Druckveränderungen (Zyklen)
- 2. Erfassung der Zeit zwischen den einzelnen Zyklen
- 3. Messung der Temperatur am Einlass, in der Mitte und am oberen Ende des Speichers
- 4. Statische Druckmessung, Prüfung, ob sich der Druck im Soll-Bereich befindet
- 5. Dynamische Druckmessung zur Erfassung der Zeit zwischen den einzelnen Zyklen
- 6. Dynamische Druckmessung zur Erkennung von Veränderungen an der Blase.
- 1. Recording the number of cyclic pressure changes (cycles)
- 2. Recording the time between each cycle
- 3. Measurement of temperature at the inlet, middle and top of the reservoir
- 4. Static pressure measurement, checking whether the pressure is within the target range
- 5. Dynamic pressure measurement to record the time between each cycle
- 6. Dynamic pressure measurement to detect changes in the bladder.
Das angegebene Messsystem kann ohne weiteres vorteilhaft in ein vorhandenes Condition Monitoring System einer Druck-Anlage, beispielsweise einer Maschine, eingebunden werden.The specified measuring system can be easily integrated into an existing condition monitoring system of a printing installation, for example a machine.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass bereits vorhandene Drucksensoren oder Temperatursensoren verwendet und die vorgeschlagenen zusätzlichen Temperatursensoren leicht und ohne Medienkontakt am/im Gehäuse des Druckbehälters montiert werden können.Other advantages of the invention are that already existing pressure sensors or temperature sensors are used and the proposed additional temperature sensors are easy and can be mounted on/in the housing of the pressure vessel without media contact.
Eine separate Auswerteeinheit ist in der Regel nicht notwendig, weil meistens vorhandene Steuereinheiten verwendet werden können. Somit erlaubt die Erfindung eine kostengünstige Überwachung des genannten Blasenspeichers, was zur Verbesserung der Störsicherheit dient. Eine Fernüberwachung über ein lokales Netzwerk oder das Internet ist ebenfalls möglich.A separate evaluation unit is usually not necessary because existing control units can usually be used. The invention thus permits cost-effective monitoring of the bubble accumulator mentioned, which serves to improve interference immunity. Remote monitoring via a local network or the Internet is also possible.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings.
Es zeigen schematisch:
-
1 einen erfindungsgemäßen Blasenspeicher in teilweise geschnittener Darstellung; -
2 eine Auswahl der benötigten Druck- und Temperatursensoren; -
3 typische Druckverläufe mit intakter Blase und ohne (bzw. mit geplatzter) Blase; -
4 dieDruckverläufe aus 3 übereinandergelegt und um eine Hüllkurve ergänzt; -
5 die mitden Sensoren aus 2 verbundenen Auswerteeinheiten.
-
1 a bladder accumulator according to the invention in a partially sectioned view; -
2 a selection of the required pressure and temperature sensors; -
3 typical pressure curves with an intact bladder and without (or with a burst) bladder; -
4 the pressure curves3 superimposed and supplemented by an envelope; -
5 the ones with the sensors off2 connected evaluation units.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, the same reference symbols designate the same or comparable components.
Die
Die Anordnung wird erfindungsgemäß dazu ausgebildet, neben dem Druck und der Temperatur am Medieneinlass 3 auch die Temperatur an mindestens zwei Stellen, in der Mitte und am oberen Ende des Speichers, zu messen, und an nicht dargestellte Auswerteeinheiten 7 für den Druck und 11 für die diversen Temperaturmessstellen zu übertragen. Diese erfindungsgemäße Anordnung ist kostengünstig realisierbar und leicht zu montieren.According to the invention, the arrangement is designed to measure not only the pressure and the temperature at the
Die
In
Die Auswerteeinheiten 7 und 11 sind mit einem IO-Link Master mit Ethernet/IP-Schnittstelle AL1920 der Anmelderin verbunden. Sie ist mit 12 bezeichnet und dient zur Kommunikation mit der Außenwelt, insbesondere mit übergeordneten Steuereinheiten. Die dem Fachmann geläufige Verkabelung ist nicht explizit dargestellt.The
Da sich diese Anordnung dem Fachmann ohne weiteres erschließt, kann die Erläuterung kurzgehalten werden. Die Auswerteeinheiten 7 und/oder 11 enthalten Parametersätze für die Sensoren sowie die zu deren Auswertung und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens notwendige Software, wobei die Auswertung genauso in einer übergeordneten Steuer- und Auswerteeinheit erfolgen kann.Since this arrangement is readily apparent to those skilled in the art, the explanation can be brief being held. The
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Druckbehälterpressure vessel
- 22
- Blase (Gasblase)bubble (gas bubble)
- 33
- Öleinlass / MedieneinlassOil inlet / media inlet
- 44
- Gaseinlassgas inlet
- 55
- Drucksensor, beispielsweise ein PT5301 der AnmelderinPressure sensor, for example a PT5301 from the applicant
- 66
- Erster Temperatursensor (für das Medium), z. B. ein PT100First temperature sensor (for the medium), e.g. a PT100
- 77
- Auswerteeinheit, z. B eine VSE 100 der Anmelderin für bis zu 6 Sensorenevaluation unit, e.g. B a VSE 100 of the applicant for up to 6 sensors
- 88th
- Zweiter Temperatursensor (für die Gasblase), z. B. ein PT100Second temperature sensor (for the gas bubble), e.g. a PT100
- 99
- Dritter Temperatursensor (für die Gasblase), z. B. ein PT100Third temperature sensor (for the gas bubble), e.g. a PT100
- 1010
- Umsetzer PT100 - Temperatursensor auf 4-20 mA (3x)Converter PT100 - temperature sensor to 4-20 mA (3x)
- 1111
- Schaltschrank, beispielsweise ein AS-Interface Schaltschrankmodul AC3222Control cabinet, for example an AS-Interface control cabinet module AC3222
- 1212
- Ethernet Switch, z. B. ein IO-Link Master mit Ehernet/IP Schnittstelle AL1920Ethernet switch, e.g. B. an IO-Link master with Ehernet/IP interface AL1920
- 1313
- Netzteil, beispielsweise eine AS-Interface Stromversorgung AC1258Power pack, for example an AS-Interface power supply AC1258
- 1414
- Abschlusskappegraduation cap
- 1515
- Gasventilgas valve
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |