DE2255353C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Größe der Undichtigkeitsverluste von unter hohem Druck stehenden hydraulischen oder pneumatischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren um eine Vorrichtung zur Messung der Undichtigkeitsverlu ste von unter hohem Druck stehenden hydraulische! oder pneumatischen Bauelementen mit stromauf zun zu prüfenden Bauelement angeordneten Mittein zu Erfassung der durch die Undichtigkeitsverluste bewirk ten Drurkmediumströmung.

Das Problem der Messung von Leckverlusten be flüssigen Druckmedien konnte bisher z. B. dadurch ge löst werden, daß an der undichten Stelle z. B. ein Meß becher aufgestellt wurde und die Zeit bestimmt wurde in der eine bestimmte Flüssigkeitsmenge sich im Meß becher ansammelte. Naturgemäß ist diese Methode nicht für gasförmige Druckmedien brauchbar. Außer· dem lassen sich auf diese Weise innere Leckverluste überhaupt nicht feststellen, z. B. Leckverluste, die entlang dem Kolben eines hydraulischen Arbeitszylinders auftreten. Eine andere häufig angewandte Methode, die sowohl für hydraulische wie pneumatische Bauelemen te geeignet ist, besteht darin, das Bauelement unter Prüfdruck zu setzen, von der Druckquelle zu trennen und den Druckabfall auf Grund der Leckverluste zu

messen.

Diese Methode erlaubt es jedoch nicht, eine quantitative Aussage über die Höhe der Leckverluste bzw. Undichtigkeitsverluste zu machen, da bei dieser Meßmethode die Elastizität der Leitungen und Bauelemente sowie Temperaturschwankungen sehr stark in die Messung eingehen.

Zwar ist in der OS 15 73 746 ein Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung einer Undichtigkeit in einem von einem Strömungsmittel durchströmten System an gegeben. Das hier beschriebene Verfahren und die Vorrichtung arbeiten jedoch nur bei vom Strömungsmittel ständig durchströmten Leitungen und erlaubt es daher nur, eine durch Undichtigkeitsverluste vergrößerte Durchflußmenge festzustellen, wobei in diesem Falle nicht die Größe der Undichtigkeitsverluste interessiert, sondern nur die Tatsache, daß diese ein bestimmtes Maß überschreitet, wobei durch den hierbei auftretenden Druckverlust an einem Drosselventil ein Druckdifferenz-Schalter geschlossen wird und ein ent-

⁶S sprechendes Warnsignal auslöst.

Zur Messung von sehr kleinen Flüssigkeilsmengen, die bei unter statischem Druck stehenden hydraulischen oder pneumatischen Bauelementen und Kreisläu-

fen auftreten, ist dieses Verfahren mit Vorrichtung nicht geeignet

Unter Berücksichtigung der Erkenntnis, daß die Mesjang von sehr kleinen Flüssigkeit- bzw. Gasmengen besonders genau durch Messung der Geschwindigkeit eines in einem Zylinder durch die strömende Flüssigkeit bzw. das Gas verschobenen Meßkolbens, wie in der DT-AS 14 98 424 beschrieben, erfolgen kann, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit zu schaffen, auch kleinste Leckmengen bzw. Undichtigkeitsverluste zu messen, wobei diese Messungen unter vollem Betriebsdruck durchgeführt weiden und sowohl nach außen in Erscheinung tretende Leckverluste bzw. Undichtogkeitsverluste als auch innere Leck- bzw. Undichtigkeitsverluste zu bestimmen gestatten, unabhän- gig von der Art der zu prüfenden Bauelemente, sei es. daß es sich um Absperr-, Druckbegrenzungs- oder Wegeventile handelt, ganz gleich ob Schieber- oder Sitzventile.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei _M einem als Durchflußmesser an sich bekannten, in einem Zylinder durch die Flüssigkeit bzw. dab Gas verschobenen Meßkolben die eine Seite des Meßkolbens mit dem zu prüfenden Bauelement und die andere Seite des Meßkolbens mit einer Druckquelle verbunden wird und daß die Geschwindigkeit der durch die Zufuhr der zur Aufrechterhaltung des Druckes erforderlichen Menge des Druckmediums bewirkten Verschiebung des Meßkolbens gemessen wird.

Hierbei würde der Kolben, nachdem der Druck aufgebaut ist, stillstehen, falls keine Leck- bzw. Undichtigkeitsverluste vorhanden sind. Sind jedoch Undichtigkeitsverluste vorhanden, so bewegt sich der Koioen mit einer Geschwindigkeit die den Leckverlusten entspricht und die direkt zur Anzeige der Größe der Leck- Verluste, z. B. in cm³/min verwendet werden kann, da die Druckquelle die durch die Leckverluste verloren gegangene Flüssigkeits- bzw. Gasmenge nachliefert, jedoch nicht direkt in das zu prüfende hydraulische oder pneumatische Bauelement sondern unter Zwischenschaltung des erwähnten Kolbens, dessen Geschwindigkeit gemessen wird.

In weiterer Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, daß zur Durchführung einer Messung zunächst das zu prüfende hydraulische oder pneumatische Bauelement und die beiden Seiten des Kolbens mit der Druckquelle verbunden werden und nachdem der Prüfdruck erreicht ist zur Messung der Meßkolbengeschwindigkeit die Verbindung zwischen dem zu prüfenden hydraulischen oder pneumatischen Bauelement und der so Druckquelle hermetisch abgesperrt wird, so daß eine Druckbeaufschlagung nur noch unter Zwischenschaltung des Kolbens erfolgt

Auf diese Weise wird erreicht daß der Druckaufbau im Meßkreis ohne Verschiebung des Meßkolbens erfolgt Dies ist besonders wichtig, wenn es sich darum handelt, Undichtigkeitsverluste von pneumatischen Bauelementen festzustellen, da wegen der Kompressibilität des verwandten Druckmediums erhebliche Mengen dieses Druckmediums in das zu prüfende pneuma- tische Bauelement eingeführt werden müssen, ehe der Prüfdruck erreicht ist

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit stromauf zum zu prüfenden Bauelement angeordneten Mitteln zur Erfassung der durch die Undichtigkeitsverluste bewirkten Druckmediumströmung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgerät ein an sich bekannter, in einem Zylinder

( f

durch die Flüssigkeit bzw. das Gas verschobene Meßkolben verwendet wird, dessen eine Seite mit dem zu prüfenden Bauelement verbunden ist und dessen andere Seite mit der Druckquelle verbindbar ist mit Mitteln zur Bestimmung der Meßkolbengeschwindigkeit

Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Meßkolben beidseitig mit Prüfdruck beaufschlagbar ist. wobei dessen eine Seite mit einer Druckquelle verbindbar ist und dessen andere Seite einerseits über ein hermetisch dichtendes Absperrventil ebenfalb mit der Druckquelle verbindbar ist und andererseits über eine Druckleitung mit dem zu prüfenden hydraulischen oder pneumatischen Bauelement verbunden ist

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gleitet der Meßkolben dichtungslos mit geringem Spiel im Zylinder, der starkwandig ausgebildet ist und in dessen einem Zylinderdeckel die Leitungsanschlüsse zum Absperrventil und zum zu prüfenden hydraulischen oder pneumatischen Bauelement angeordnet sind und in dessen anderen Zylinderdeckel der Leitungsanschluß zu einem Umschaltventil und in axialer Verlängerung des Zylinders ein druckfestes Rohr, in dem der bewegliche, mit dem Meßkolben über eine Kolbenstange verbundene. Anker eines induktiven Wegaufnehmers gleitet und um das herum die Spule des induktiven Wegaufnehmers gelegt ist sowie ein Leitungsanschluß für eine Druckausgleichsleitung, die mit dem freien Ende des druckfesten Rohres verbunden ist, angeordnet sind.

Dadurch, daß der Kolben dichtungslos im Zylinder gleitet und der bewegliche Anker des induktiven Wegaufnehmers in einem druckfesten Rohr, das mit Druckmedien beaufschlagt ist gleitet so daß für die Kolbenstange keinerlei Dichtung vorgesehen zu werden braucht, erfolgt die Bewegung des Meßkolbens praktisch reibungslos, wodurch die Genauigkeit der Messung sehr stark erhöht wird.

Um zu vermeiden, daß der Meßkolben während der Messung oder beim Zurückfahren in die Ausgangsstellung unter dem Einfluß des Druckmediums gegen die Zylinderdeckel fährt sind an den Enden des Zylinders Umführungsleitungen vorgesehen, die in einem Abstand in den Zylinder einmünden, der größer ist als die Meßkolbenhöhe, und die eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum und den Leitungsanschlüssen in den Zylinderdeckeln herstellen. In Verbindung mit einem Umsteuerventil und in den Umführungsleitungen angeordneten Rückschlagventilen, die in Richtung des Zylinderraumes sperren, kann auf diese Weise ein einfaches Zurückführen des Meßkolbens in seine Ausgangsstellung erreicht werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand des in eier Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, wobei

F i g. 1 schematisch die Meßanordnung teilweise im Schnitt gemäß einer ersten Ausführungsform und

F i g. 2 die Meßanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt

Die Meßanordnung gemäß F i g. 1 weist eine Druckquelle in Form einer Hochdruckpumpe t auf, die aus dem Vorratsbehälter 23 das Druckmedium ansaugt das im dargestellten Beispiel aus Hydraulikflüssigkeit besteht, und in eine Hochdruckleitung 21 fördert wobei der Druck mittels des Druckbegrenzungsventils 2 konstant gehalten wird. Mit der Hochdruckleitung 21 ist das Umschaltventil 5 verbunden, das über die Leitung 20 mit dem Zylinderdeckel 6b verbunden ist. Die Zy-

linderdeckel 6a, 6b schließen den starkwandigen Zylinder 6 ab und begrenzen damit gleichzeitig den Weg des Meßkolbens 13, der dichtungslos mit geringem Spiel im Zylinder 6 gleitet

Im Zylinderdeckel 6b ist in axialer Verlängerung des Zylinders 6 das druckfeste Rohr 16 befestigt, um das herum die Spule 9 des induktiven Wegaufnehmers gelegt ist, während der bewegliche Anker 15 dieses induktiven Wegaufnehmers innerhalb des druckfesten Rohres 16 hin und her verschiebbar angeordnet ist und mittels der Kolbenstange 14 mit dem Meßkolben 13 verbunden ist und somit dessen Bewegungen folgt. Ferner weist der Zylinderdeckel 6b noch einen Leitungsanschluß für die Druckleitung 17 auf, die mit dem freien Ende des druckfesten Rohres 16 verbunden ist so daß innerhalb des Zylinders 6 und des druckfesten Rohres 16 an jeder Stelle der gleiche Druck herrscht. Der Zylinderdeckel 6a ist über die Hochdruckleitung 19 mit dem zu prüfenden Bauelement verbunden.

Im dargestellten Beispiel handelt es sich um einen hydraulischen Arbeitszylinder mit dem Zylinder 8 und dem Kolben 8a, wobei die Hochdruckleitung 19 mit dem Druckraum der Kolbenoberseite des Hydraulikzylinders verbunden ist und dieser Hydraulikzylinder zwischen zwei starren Widerlagern eingespannt ist Ein Druckanzeigegerät 7 ist noch an der Hochdruckleitung 19 angeordnet um eine sichtbare Anzeige des Betriebsdrucks in der Meßanordnung zu geben.

Die Spule 9 des induktiven Wegaufnehmers ist mit dem Trägerfrequenzmeßverstärker 10 verbunden, an das wiederum die Anzeigeeinrichtung 11 angeschlossen ist die durch Differenzieren des durch den induktiven Wegaufnehmer gelieferten Signals eine direkte Anzeige der Meßkolbengeschwindigkeit liefert. Das Umschaltventil 5 ist über eine Leitung 22 und eine Drossel 4 mit dem Vorratsbehälter 23 verbunden.

Um eine Messung der Leckverluste des Hydraulikzylinders entlang dem Kolben 8a durchzuführen, wird die Hochdruckpumpe 1 in Betrieb gesetzt und es wird das Umschaltventil 5 in die in der Zeichnung dargestellte Stellung gebracht so daß eine Verbindung zwischen der Hochdruckpumpe 1 und der rechten Seite des Meßkolbens 13 ober die Leitungen 21 und 20 hergestellt wird.

Ist nun der Kolben Sa absolut dicht im Zylinder 8 eingepaßt dann treten keine Leckverluste entlang diesem Kolben 8a auf. und die Hochdruckpumpe 1 braucht diese Leckverluste nicht auszugleichen. Der Meßkolben 12 bleibt daher in seiner Ausgangsstellung stehen, so daß der induktive Wegaufnehmer kein Signal abgibt Treten jedoch Leckverluste auf, so werden diese Verluste durch von der Hochdruckpumpe 1 gefördertes Druckmedium ausgeglichen, das über die Leitung 21, das Umschaltventil 5 und die Leitung 20 in den Zylinder 6 hineinströmt Diese in den Zylinder 6 hmemtre-Sende Rßssigkeitsmenge ist gleich der aas dem Zylinder 6 abffieBenden FSssJgkeitsmenge, die als Leckverlust am Kolben 8z vorbeiffießt Oa sich jedoch zwiscftea der abfließenden Flüssigkeitsmenge und der em-

Flässigkeitsinenge der MeSkolben 13 befin

dtg&ett «esscaieben, die der Größe der Leck vertaste proportional ist Da die Reinsag des Meßkolbens 13 im EySsder β 3a8eist gering ist and aacb keine weiteren

: ra der Meftebondnong auftreten könchea des beiden Kolbenseiten nur

aosrei-

tankte» Ksfees eusgxeebesif der GröBe der Leckverluste zu verschieben, ohne daß jedoch entlang dem Meßkolben 13 Leckverluste auftreten könnten, die das Meßergebnis verfälschen.

Ist der Meßkolben 13 in seiner äußersten linken Stellung angelangt so ist die Messung beendet, und er kann wieder in seine äußerste rechte Stellung zurückgeführt werden, indem das Umschaltventil 5 so umgeschaltet wird, daß eine Verbindung zwischen den Leitungen 20 und 22 hergestellt wird.

Um das Spiel des Meßkolbens 13 im Zylinder 6 unabhängig vom Prüfdruck möglichst konstant zu halten, ist der Zylinder 6 sehr starkwandig ausgeführt Die übrigen Bauteile der Vorrichtung brauchen jedoch dieser Forderung nicht zu genügen und sind so bemessen, daß sie dem Prüfdruck einwandfrei standhalten, wobei eine dem Prüfdruck entsprechende elastische Aufweitung jedoch zugelassen ist. Auf diese Weise lassen sich für die Meßanordnung normale Hochdruckrohrleitungen und Fittings verwenden und nur der Zylinder 6 ist eine Sonderanfertigung.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 sind zusätzlich zu den in F i g. 1 gezeigten Einzelheiten ein hermetisch dichtendes Absperrventil 3 zwischen die Hochdruckleitung 21 und den Zylinderdeckel 6a angeordnet. Ferner sind an den Enden des Zylinders 6 die Umführungsleitungen 6c vorgesehen, die in einem Abstand in den Zylinder 6 einmünden, der größer ist als die Meßkolbenhöhe und die eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum und den Leitungsanschlüssen in den Zylinderdeckeln 6a, 6b herstellen.

In den Uniführungsleitungen 6c sind Rückschlagventile 12 vorgesehen, die in Richtung des Zylinderraums sperren.

Die Messung der Leckverluste des Hydraulikzylinders entspricht im wesentlichen der mit Bezug auf die Fig.) beschriebenen Messung. Jedoch wird bei der Vorrichtung gemäß Fig.2 zunächst das hermetisch dichtende Absperrventil 3 geöffnet nachdem die Hochdruckpumpe 1 in Betrieb gesetzt wurde, und es wird das Umschaltventil 5 in eine Stellung gebracht die die Leitung 20 mit der Leitung 22 in Verbindung bring».

Hierdurch entsteht auf Grund des Abflusses vom Druckmedium durch die Drossel 4 hindurch auf der rechten Seite des Meßkolbens 13 ein geringerer Druck als auf der linken Seite und dieser bewegt sich nach rechts, bis er die Umfühningsleitung 6c überfahren hat In diesem Moment erfolgt über diese Bohrung 6c ein Druckausgleich und der Kolben bleibt stehen. Jetzt wird das Umschaltventil 5 in die in der Zeichnung dargestellte Stellung gebracht so daß eine Verbindung zwischen der Hochdruckpumpe 1 und der rechten Seite des Meßkolbens 13 über die Leitungen 21 und 20 hergestellt wird.

Danach wird das hermetisch dichtende Absperrventil 3 geschlossen und es treten die mit Bezug auf die Fig. 1 beschriebenen Verhältnisse ein, d.h. der Meflkolben 13 bewegt sieb mit einer den Leckverlusten entsprechenden Geschwindigkeit nach links, falls Leckverluste am Kolben 8a auftreten.

Um den Meßkoiben IJ nach Beendigung äec Messung in seine äußerste rechte Steflung zurückzuführen, wird das hermetisch dichtende Absperrvend 3 geöffnet and das Umschaltventil S so inageschaüet. daß dft* Verbindung zwischen den Lotungen 20 aod 22 betg*· stellt wird.

Es sei noch daran* sen, daß die Messung der M^kolbengeschwindigkeit mittels eines iea Wegaufnehmers deswegen gewählt winde, wdl hk©I»

diesem Falle völlig ohne Gleitdichtungen auskommt, da der bewegliche Anker des induktiven Wegaufnehmers innerhalb des druckfesten Rohres 16 angeordnet ist, während die Spule 9 des induktiven Wegaufnehmers um dieses Rohr 16 herumgelegt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Größe der Undichtigkeitsverluste von unter hohem Druck stehenden hydraulischen oder pneumatischen Bauelementen mit stromauf zum zu prüfenden Bauelement angeordneten Mitteln zur Erfassung der durch die Undichtigkeitsverluste bewirkten Druckmediumströmung, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem als Durchflußmesser an sich bekannten in einem Zylinder (6) durch die Flüssigkeit bzw. das Gas verschobenen Meßkolben (13) die eine Seite des Meßkolbens (13) mit dem zu prüfenden Bauelement (8) und die andere Seite des Meßkolbens (13) mit einer Druckquelle (1) verbunden wird und daß die Geschwindigkeit der durch die Zufuhr der zur Aufrechterhaltung des Druckes erforderlichen Menge des Druckmediums bewirkten Verschiebung des Meßkolbens (13) gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das zu prüfende hydraulische oder pneumatische Bauelement (8) und die beiden Seiten des Meßkolbens (13) mit der Druckquelle (1) verbunden werden und danach zur Messung der Meßkolbengeschwindigkeit die Verbindung zwischen dem zu prüfenden hydraulischen oder pneumatischen Bauelement (8) und der Druckquelle (1) hermetisch abgesperrt wird

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit stromauf zum zu prüfenden Bauelement angeordneten Mitteln zur Erfassung der durch die Undichtigkeitsverluste bewirkten Druckmediumströmung, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgerät ein an sich bekannter in einem Zylinder (6) durch die Flüssigkeit bzw. das Gas verschobener Meßkolben (13) verwendet wird, dessen eine Seite mit dem zu prüfenden Bauelement (8) verbunden ist und dessen andere Seite mit der Druckquelle (1) verbindbar ist mit Mitteln (9,10,11. 15) zur Bestimmung der Meßkolber.geschwindigkeit.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Meßkolben (13) beidseitig mit Prüfdruck beaufschlagbar ist, wobei dessen eine Seite mit einer Druckquelle (1) verbindbar ist und dessen andere Seite einerseits über ein hermetisch dichtendes Absperrventil (3) ebenfalls mit der Druckquelle (1) verbindbar ist und andererseits über eine Druckleitung (19) mit dem zu prüfenden hydraulischen oder pneumatischen Bauelement (8) verbunden ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Meßkolben (13) dichtungslos mit geringem Spiel im Zylinder (6), der starkwandig ausgebildet ist gleitet und in dessen einem Zylinderdeckel (6a) die Leitungsanschlüsse zum Absperrventil (3) und zum zu prüfenden hydraulisch oder pneumatischem Bauelement (8) angeordnet sind und in dessen anderem Zylinderdeckel (6ύ) der Leitungsanschluß zu einem Umschaltventil (5) und in axialer Verlängerung des Zylinders (6) ein druckfestes Rohr (16), in dem der mit dem Meßkolben (13) über eine Kolbenstange (19) verbundene bewegliche Anker (15) eines induktiven Wegaufnehmers gleitet, und um das herum die Spule (9) des induktiven Wegaufnehmers gelegt ist, sowie ein Leitungsanschluß für

eine Druckausgleichleitung (17), die mit dem freii Ende des druckfesten Rohres (16) verbunden ist a geordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch geken zeichnet daß an den Enden des Zylinders (6) Ui führungsleitungen (6c) vorgesehen sind, die in eine Abstand in dem Zylinder (6) einmünden, der groß« ist als die Meßkolbenhöhe und die eine Verbindui zwischen dem Zylinderraum und den Leitungsa Schlüssen in den Zylinderdeckeln (6a, 66) herstelle!

7. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch geken zeichnet daß in den Umführungsleitungen (^

ZCICJlΠCΙ« wW ··* UtH Will· Μ·»» ua«^.»!*·· tu**£«*·* ^w

Rückschlagventile (12) vorgesehen sind, die in Ric tung des Zylinderraumes sperrea