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Ventilstellungsanzeige für die Durchflussme-ssung Die Erfindung bezieht
sich auf eine Ventilstellungsanzeige für die Durchflussmessung, bei der die Ventilstellungsanzeige
der durchfliessenden Menge einer zu einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtuneg
geführten Hydraulikflüssigkeit entspricht, wobei das Prinzip darin besteht, dass
mit Zunahme der Flüssigkeitsmenge, die durch das Messorgan zur Ventilbetätigungsvorrichtung
fliesst, diese und mit ihr.
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das Ventil zunehmend in eine Grenzstellung gefahren werden, also zum
Beispiel in die Stellung geöffnet oder in die Stellung geschlossen. Weiterhin bezieht
sich die Erfindung auf ein hydraulisches Ventilsteuersystem, bei welchem die Ventilstellungsanzeige
Verwendung findet.
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Die Arbeitsweise bekannter Ventilstellungsanzeigen der erwähnten Art
sei anhand der Figuren 2, 3 und 4, auf die vorab Bezug genommen'wird, veranschaulicht.
Fig. 2 zeigt die Frontplatte
8 einer üblichen Ventilstellungsanzeige
mit einer Ventilstellungsskala 10> Stellungen für " geöffnet" und "geschlossen"
an den entsprechenden Enden besitzt und eine Einteilung für ein Anzeigelement in
Form einer über die Skala 10 beweglichen Nadel 6 aufweist. Weiter sind Anschläge
9a und 9b für den Anschlag der Nadel 6 in den Stellungen "offen" und "geschlossen"
vorgesehen. Die Nadel 6 ist über einen Reibungsantrieb mit einer Welle 5 verbunden,
welche mittels einer Durchflussmesseinrichtung entsprechend dem Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit
zu und von einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung drehbar ist. Von der
Darstellung der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung wurde in Fig. 2 abgesehen.
Wenn die Nadel an einem der Enden der Skala'zur Anlage kommt, kann dennoch ein weiterer
Durchfluss zusammen mit einer weiteren Drehung der Welle 5 stattfinden.
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Ein hydraulisches Ventilsteuersystem enthält eine Ventilstellungsanzeige
für die Durchflussmessung 16, die von derart üblicher Ausführungsform sein kann,
wie es aus Fig.
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3 erkennbar ist. Von einer Hydraulikpumpe 11 strömt bl zu einem Ventilbetätigungszylinder
17 über ein Richtungssteuerventil 14, während der höchstmögliche Hydraulikdruck
durch das Druckbegrenzungsventil 13 begrenzt wird. Rückschlagventile 15 dienen dabei
der Haltungdes auf ihrgendeine Lage eingestellten Ventiles 18.
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Es sei nunmehr angenommen, dass das Ventil 18 aus seiner öffnungsstellung
geschlossen wird. Das Richtungssteuerventil 14 wird so eingestellt, dass dl zur
geschlossenen Seite 17a des Zylinders 17 über die Leitung 19 strömt. Die Ventilstellungsanzeige
16 bewegt sich aus der Stellung für geöffnet" in Richtung auf die Stellung für "geschlossen".
Der Druck, der für die Betätigung des Ventils 18 erforderlich ist, ist im allgemeinen
geringer als die vom Druckbegrenzungsventil 13 vorgegebene Druckgrenze. Fig. 4 zeigt
die
Beziehung zwischen dem Betätigungskolben und der Ventilstellung
einerseits und der Anzeigestellung andererseits.
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Die erstere ist als Ordinate und die letztere als Abzisse dargestellt.
Am Ende des Ventilhubes, wenn sich das Ventil in Fig. 4 von A nach B bewegt, kommt
der Kolben im Zylinder zum Stehen und die Nadel 6 am Anschlag 9b in der Stellung
für "geschlossen"~zum zum Anliegen.
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Obwohl das Ventil 18 nunmehr vollständig geschlossen ist, kommt es
zu einem weiteren Einstrdmen-der Flüssigkeit zum geschlossenen Ende 17a des Zylinders,
bevor der Begrenzungsdruck des Druckbegrenzungsventils erreicht ist, weil die Flüssigkeit
kompressibel ist. Mit anderen Worten, das blvolumen, das ausreicht, um den Druck
im Zylinder vom normalen Arbeitsdruck auf den maximalen, durch das Druckbegrenzungsventil
13 vorgegebenen Druck zu steigern,fliesst nach. Dabei hat die am Anschlag 9 anliegende
Nadel 6 Reibungsschlupf auf derAntrieb8welle 5. Die bldruckanzeige 21 bestätigt
dann, dass der Druck seinen Höchstwert PO erreicht hat, woraufhin das Vierwegeventil
14 in seine neutrale Stellung gerückt wird und der Druck PO dank des Druckbegrenzungsventils
15 in der Leitung 19 erhalten bleibt.
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Nunmehr sei angenommen, dass das Ventil aus seiner vollständig geschlossenen
Lage geöffnet werde. In Fig. 4 ergibt sich der Anfang hierfür an der Stelle B. Durch
Einrückung des 4-Wegeventils 14 wird die Leitung 20 mit Druck beaufschlagt und werden
beide Einwegeventile 15 geöffnet.
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Der in der Lietung 19 gehaltene Druck PO wird dadurch vom geschlossenen
Ende 17a des Zylinders frei gegeben und fällt auf den Druck P2, der durch den Strömungswiderstand
des Einwegeventils 15 und des -Wegeventils 14 bestimmt ist.
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Es kommt zu einem anfänglichen Durchfluss, der ein diesem Druckverlust)
P t PO - P2 entsprechendes Volumen besitzt
und die Anzeigenadel,
wie in Fig. 4 dargestellt ist, entlang der Linie B-C bewegt, ohne dass sich der
Kolben oder das Ventil bewegen.
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Nachstehend sei ein tatsächliches Beispiel durchgerechnet, um aufzuzeigen,
wie gross diese Fehlbewegung B-C sein kann.
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Es werden folgende Annahmen getroffen: Innendurchmesser der Leitung
19 .................20 mm Leitungslänge ..................................300 m
Hub im Zylinder................................200 mm Innendurchmesser des Zylinders..................80
mm -5cm² Flüssigkeitskompressibilität ß.................6,7x10 kg Mindestdruck P2................................10
kg/cm² Höchstdruck Po e 60 kg/cm2 Ölvolumen in der Leitung 19 VP.................94
l Zylinderhubvolumen VO..........................1,1 l.
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Mit den vorstehenden Werten ergibt sich das zusätzlich komprimierte
ÖLvolumen V zu VC =ßx(P0 - P2) x (VC + VO) = 6.7 x 10-5 x 50 x 95.1=0,335.
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Hieraus folgt der bezogene Fehler VC = = 0,30 = 30%.
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VO 1,1 Für einen vollständigen Hub im Zylinder folgt mithin bei diesem
Ausführungsbeispiel eine 30%ige Fehlanzeige, doch ist diese noch grösser, wenn sich
das Ventil 18 in einer Zwischenlage befindet, da das Volumen B-C zu jeder Zeit das
gleiche ist.
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Wenn die Öffnung zu einem Drittel angezeigt ist, ist dieser Fehler
bereits grösser als 100%. Dieses ungünstige Beispiel muss in der Praxis nicht unbedingt
auftreten, doch bei modernen Grosstankern mit hydraulisch betätigten Ladeventilen
ist eine Tendenz in Richtung einer Zunahme der genannten Fehler unverkennbar.
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Hieraus ergibt sich, dass die herkömmlichen Durchflussanzeigen den
Nachteil einer Fehlanzeige haben und zusätzlich die Prüfung eines speziellen Anzeigewertes
erforderlich machen, um sicher zu sein, dass-der Leitungsdruck seinen Maximalwert
PO erreicht hat, bevor das 4-Wegeventil 14 betätigt wird.
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Der vorliegende-n Erfindung liegtdieAufgabe zugrunde, wenigstens die
erste der genannten Schwierigkeiten weitgehend zu beheben.
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Erfindungsgemäss wird dies bei einer Ventilstellungsanzeige für die
Durchflussmessung bei einem hydraulischen Ventilsteuersystem dadurch erreicht, dass
einer hydraulischen Ventilbeätigungsvorrichtung ein Druckbegrenzungsventl zugeordnet
ist, das den zurEinwirkung auf die Ventilbetätigungsvorrichtung gelangenden hydraulischen
Druck begrenzt, wobei die Ventilstellungsanzeige-ein in Bezug auf eine Skala, die
mit Stellungen für 1,geöffnet" und "geschlossen" versehen ist, bewegliches Anzeigeelement
aufweist, und wobei ferner ein Anschlag mit hinreichendem Abstand jenseits der Stellungenfür
"geöffnet und geschlossen für das Anzeigeelement vorgesehen ist, um dessen freie
Bewegung auf Grund des Durchflusses der Hydraulikflüssigkeit durch das Messorgan
entsprechend ihrer Kompression zulässt,-währendder Ventilbetätigungsdruck von seinem
einer der Stellungen für "gedffnet" und '|geschlossen" zugeordneten Wert auf seinen
durch das Druckbegrenzungsventil vorgegebenen Höchstwert steigt.
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Die Erfindung sei weiterhin anhand der- Zeichnungen veranschaulicht,
deren Figuren 1, la, 5 und 6 sich auf ein vorzugsweises erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel
beziehen. In den Zeichnungen:zeigen: Fig. 1 den Mechanismus der Ventilstellungsanzeige
für die Durchflussmessung, Fig. la das in Fig. 1 wiedergegebene, auf den Durchfluss
ansprechende Organ,
Fig. 2 eine übliche, bereits beschriebene Anzeigescheibe,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Hydraulikkreislaufes bei Verwendung einer bereits
beschriebenen Ventilstellungsanzeige für die Durchflussmessung, Fig. 4 die Beziehung
zwischen der tatsächlichen Ventilstellung und der Stellung der Anzeigenadel bei
Verwendung eines üblichen, bereits beschriebenen Durchflussmessers, Fig. 5 die erfindungsgemässe
Anzeigescheibe u n d Fig. 6 die Beziehung zwischen dem tatsächlichen Wert der Ventilstellung
und-der Stellung der Anzeigenadel bei Verwendung der erfindungsgemässen Anzeige.
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Der in den Figuren 1 und la dargestellte Mechanismus für die Ventilstellungsanzeige
ist sowohl bei üblichen Anzeigen als auch bei der erMindungsgemässen Anwendbar.
Mit 1 ist eine Getriebedurchflussmesseinrichtung gezeichnet, die in Fig. la veranschaulicht
ist und eine drehbare Ausgangswelle 2 aufweist. 3 ist eine magnetische Kupplung
und 4 ein Reduzierzahnradvorgelege, so dass die Anzeigenadel 6 das volle Zylindervolumen
entsprechend der gesamten Skala auf der Anzeigescheibe anzeigt. Die Anzeigenadel
6 ist durch eine Rutschreibverbindung mit der Reduziergetriebeausgangswelle 5 derart
verbunden, dass ein Reibungsschlupf möglich ist, so dass die Anzeigenadel bei Berührung
deren Fig. 2 bezeichneten Anschläge 9a und 9b unabhängig von der weiteren Drehung
der Ausgangswelle 5 angehalten wird. Wenn die Anzeigenadel 6 hingegen keinen Anschlag
berührt, bewegt sie sich mit der Reduziergetriebeausgangswelle 5 gemeinsam.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform wird eine Bewegung der
Anzeigenadel 6 auf der Skala zugelassen, die dem Flüssigkeitsvolumen, welches während
der Kompressionsperiode
durchgesetzt wird, entspricht. Der Anschlag
22b an dem mit "geschlossen" bezeichneten Skalenende ist so gewählt, dass die Anzeigenadel
6 in einer genügend weit hinter der Stellung für "geschlossen" befindlichen Lage
angehalten wird, um eine freie Bewegung der Anzeigenadel 6 auf Grund des Durchflusses
der Hydraulikflüssigkeit durch das Messorgan 1 bei der Flüssigkeitskompression während
des Anstiegs des Ventilbetätigungsdruckes von seinem der Stellung "geschlossen"
entsprechenden Wert bis zu seinem durch das Druckbegrenzungsventil -13 vorgegebenen
Höchstwert zu ermöglichen. Wenn mithin das Ventil in der bereits beschriebenen-Weise
von seiner geöffneten Stellung in seine Schliesslage überführt wird, bewegt der
zusätzliche Durchfluss entsprechend dem Druckanstieg von P2 auf PO die Anzeigenadel
6 von der Stellung "geschlossen" auf der Skala bis zu dem hiervon beabstandeten
Anschlag 22b. Bei der nachfolgenden Betätigung zum Zwecke des oeffnens muss die
Anzeigenadel zuerst vom Anschlag 22b bis zur Stellung "geschlossen" bewegt werden,
was der Flüssigkeitsexpansion d P = PO - P2 entspricht.
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Somit zeigt die Anzeigenadel keine Ventilbewegung an, bis der Kolben
seinen Hub im Zylinder tatsächlich beginnt.
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Fig. 6 zeigt die Beziehung der Skalenanzeige zur wirklichen Kolben-
und Ventilstellung, woraus sich ergibt, dass diese Relation beim Offnungsvorgang
sowie beim Schliessvorgang stets gleich ist. In der Praxis könnte eine gute Bestätigung
dieses Verhaltens beobachtet werden.
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Darüber hinaus läsat sich eine Bestätigung für den Druck anstieg vom
normalen Arbeitsdruck zum begrenzten Höchstdruck PO durch Beobachtung der Bewegung
der Anzeigenadel von der Stellung "geschlossen" bis zum Anschlag 22b finden. Mit
anderen Worten wirkt die Skalenverlängerung als eine Art der Druckanzeige. Hierdurch
wird die sonst erforderliche Zeit für die Prüfung einer getrennten Druckanzeige
zur Vergewisserung des Schlies-sens den Ventils erspart.
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Mithin wird eine Verbesserung des Anzeigesystems sowie eine einfachere
Bestätigung für das Erreichen des Grenzdruckes erzielt.
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Über das speziell beschriebene Ausführungsbeiepiel hinausgehend sind
Abänderungen möglich. Zum Beispiel kann das 4-Wegeventil elektro-magnetisch oder
von Hand bedient werden, wohingegen das betätigte Ventil von jeder beliebigen Art
sein kann, wie zum Beispiel ein Drosselklappen- oder Schieberventil. Die Betätigungsvorrichtung
für das Ventil kann für eine geradlinige oder eine Drehbewegung oder dergl. ausgeführt
sein. Auch kann die Ventilstellungsanzeige sowohl der Öffnungs- als auch der Schließseite
der Betätigungsvorrichtung zugeordnet sein. Wenn, wie in Fig. 3 dargestellt, die
Anzeige in der Leitung 20 angeordnet wird, ist der Anschlag 22a in Nähe der stellung
"geöffnet" der Skala derjenige, der versetzt angeordnet wird, wobei dann die Arbeitsweise
die gleiche ist.