DE2401202A1

DE2401202A1 - Geraet zur lieferung eines nach einem vorher bestimmten gesetz in der zeit variablen druckes

Info

Publication number: DE2401202A1
Application number: DE19742401202
Authority: DE
Inventors: Cesare Panzeri
Original assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Current assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Priority date: 1973-01-16
Filing date: 1974-01-11
Publication date: 1974-07-25
Also published as: GB1450473A; FR2214052A1; FR2214052B3; IT976905B; JPS507105A

Description

PATENTANWALT 5 KÖLN t MITTELSTR. 7

CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE Rom/Italien, Piazzale delle Scienze 7

"Gerät zur Lieferung eines nach einem vorher bestimmten Gesetz in der Zeit variablen Druckes"

Die Erfindung bezieht sich auf einen eleMrohydraulischen, zur Lieferung eines hydraulischen Druckes geeigneten Apparat, wobei sich der Druck im Zeitablauf nach einem vorher bestimmten und elektronisch programmierbarem Gesetz ändert. Der genannte Apparat weist in Kombination auf eine Quelle für Druckmedium, welche einen hydraulischen, vorzugsweise druckverstärkenden Zylinder speist, welcher zur Lieferung eines Druckmediums an einen Benutz er apparat verwendet wird, wobei der genannte Verstärkerzylinder unter der Kontrolle eines Servoventils versorgt wird, das mit einer Öffnung bergseitig und einer Öffnung talseitig des Primärkolbens verbunden ist, der sich in dem genannten Zylinder bewegt, wobei das genannte Servoventil aufgrund eines Signals arbeitet, das repräsentativ für die Wert- und Zeichendifferenz ist, die zwischen dem Arbeitsdruck, der von einem Drucktransduktor geliefert wird und in ein Signal umgesetzt wird und einem Basissignal, welches von einem Funktionsgenerator von Frequenz und Grosse geliefert wird, wirksam, wird. Die genannten Funktionen sind in der Zeit nach einem vorher bestimmten Gesetz variabel, um den Druck im Verstärkerzylinder zu ändern, bis die genannte Differenz auf null reduziert wird. Erste Mittel sind dabei mit dem Benutzerapparat des genannten Druckes verbunden und geeignet, jeden Druckabfall unter einen vorher bestimmten Wert aufzuzeichnen und in diesem Fall die Versorgung des Druckmediums zum Verstärkerzylinder bei dem Auftreten des genannten Druckabfalls zu unter -

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brechen, wobei die Versorgungsquelle aus dem System ausgeschlossen ist und wobei ausserdem zweite Mittel für das Zählen des Zykluswertes während der Benutzung des Geräts vorhanden sind, sowie dritte Mittel für die Kompensation von FlüssigkeitsVerlusten in dem genannten Zylinder.

Das erfindungsgemässe Servoverstärkergerät kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, insbesondere für alle Geräte und Einrichtungen, in denen ein Druck wirksam werden muss, dessen Wert nach einem vorher bestimmten Gesetz in der Zeitfunktion geändert werden muss, wobei eine Kontrolle in der Breite und in der Frequenz mit hoher Präzision und vollständiger Wiederholbarkeit erfolgt.

Die Ausgangsdruckniveaus können sehr hoch sein, nachdem das Gerät, wie gesagt, einen hydraulischen Verstärker zylinder verwenden kann.

Dementsprechend ist das Anwendungsgebiet äusserst breit im Rahmen der industriellen Automation. Beispielsweise kann dieses Gerät direkt eine Ermüdungsprüfungsmaschine darstellen für steife Behälter, wie z.B. Gasflaschen und ähnliches, für flexible Behälter, beispielsweise flexible Rohre, für oleodynamische Leitungen und ähnliches.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemässen Apparates in seiner Verwendung als ErmüdungsPrüfmaschine für Behälter mit Innendruck,

Fig. 2 eine Axialschnittzeichnung im Detail des Druckservoverstärkers längs der Linie X-X der Fig 3, und

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Fig. 3 eine Sicht von oben des genannten Servo verstärke rs.

In Fig. 1 wird mit 1 eine Druckmedienquelle bezeichnet, mit 2 der hydrau-. lische Druckverstärker in schematischer Form mit der Versorgungsleitung 3 und der Steuerung eines Servoventils 4, mit 5 die Servo verstärkungseinrichtung zur Steuerung des genannten Servoventils 4 in Reaktion auf ein Differentialsignal, das erhalten wird durch Vergleich eines Signals aus dem Funktionsgenerator 6, der ein Signal abgibt, das repräsentativ ist für die Funktion p=f (t) bei dem genannten Servoventil 4, und andererseits einem Signal aus einem Drucktransduktor 7, das geeignet ist, den Wert des Drucks des Arbeitsmediums festzustellen, das sich im Schaltkreis 8 befindet, der an dem Behälter 9 mündet, an dem die Prüfung durchgeführt wird und der den genannten Wert in ein entsprechendes elektrisches Signal umsetzt. Der Druckverstärker 2 ist mit dem Servoventil 4 durch zwei Leitungen 1 Oa und 10b verbunden, wobei das genannte Servoventil 4 dafür sorgt, über eine Öffnung mit regulierbarer Grosse für eine geeignete Zeit die Leitung 3 mit den Leitungen 10a und 10b zu verbinden, je nachdem, welchen Wert und welches Vorzeichen das Steuersignal an dem genannten Servoventil 4 hat, das an sich bekannt ist. Der genannte Verstärker 2 weist zwei koaxiale, zylindrische Kammern 11 und 12 auf, die nacheinander angeordnet sind, wobei die Kammer 11 einen grösseren Durchmesser als die Kammer 12 hat, und wobei in den genannten Kammern ein doppelter Kolben 14, 15 untergebracht ist, wobei der grössere Kolben 14 immer in der Kammer 11 läuft, während der kleinere Kolben 15 in der Kammer 12 läuft und in die Kammer 11 hineinlaufen kann, und zwar mit seinem Ende, über das er mit dem grösseren Kolben 14 verbunden ist. Die Leitungen 10a und 10b münden jeweils in der Nähe der beiden Enden der Kammer 11, weshalb die Öffnungen 10a und 10b für die Aufnahme des Druckmediums in der genannten Kammer 11 immer einerseits (10a) bergseitig und andererseits (10b) talseitig des Kolbens 14 angeordnet sind. Die Kammer 12 wird mit einer Leitung 8 in Verbindung gebracht, in der sich ein Medium befindet, das über den Stutzen 13 eingespeist wird, und das im geschlossenen Kreis arbeitet, vorzugsweise ist es das

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gleiche Medium, wie es aus der Quelle 1 kommt. Die genannte Leitung 8 mündet bei diesem Ausführungsbeispiel an einem Behälter 9, der einer Ermüdungsprobe unterzogen wird. Wie bereits gesagt wurde, ist in Fig. 1 der Druckverstärker 2 schematisch dargestellt, während die Figuren 2 und 3 eine detailliertere Darstellung liefern.

Der Doppelkolben bzw. Differentialkolben 14, 15 weist ein Verhältnis zwischen den Querschnitten der Hauptkolben 14 und 15 auf, das repräsentativ ist für das vorgesehene Verstärkungsverhältnis der Drücke) wobei das na-

j türlich von den besonderen Betriebsbedingungen des Gerätes abhängig ist,

in das die erfindungsgemässe Vorrichtung eingebaut wird. Daraus folgt, dass die Förderleistung des Niederdruckzylinders 11, in dem der Kolben arbeitet, grosser ist als die Förderleistung des Zylinders 12 für hohen Druck, indem sich der Kolben 15 bewegt, der bei diesem Ausführungsbeispiel die Kompression nach einem bestimmten Gesetz bei dem Medium bewirkt, das im Kreis 8 zirkuliert und das dementsprechend auf die Innenwände des Behälters 9 einen Druck ausübt.

In der Nähe des Endes des Zylinders 12 in Verbindung mit der Leitung 8 ist ein Transduktor 7 montiert, der geeignet ist, den Prüfdruck mit elektronischen Mitteln zu messen, wobei der genannte Druck des Mediums talseitig des Kolbens 15 in ein Signal umgesetzt wird, das zum Servoverstärker 5 gesandt wird, wo es im Summierungskern verglichen wird mit einem elektrischen Basissignal aus dem Funktionsgenerator 6. Dieser Generator 6

übermittelt ein Signal, das dementsprechend eine Sinus-, Rechteck-, Trapez-, Rampen-, Impuls- oder ähnliche Form mit elektronisch programmierbarer und der Funktion entsprechender Frequenz und Amplitude aufweisen kann, wobei die Funktion den Druck mit der Zeit in der Weise verbindet, dass erhalten wird, dass der Prüfling, beispielsweise der Behälter 9, einem Druck ausgesetzt wird, dessen Wert dem Zeitänderungsgesetz entspricht und wobei evtl. identische Zyklen ablaufen.

Dementsprechend bildet das evtl. Differenzsignal zwischen dem von dem - 5 -

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Der Doppelkolben bzw. Differentialkolben 14, 15 weist ein Verhältnis zwischen den Querschnitten der Hauptkolben 14 und 15 auf, das repräsentativ ist für das vorgesehene Verstärkungsverhältnis der Drücke, wobei das natürlich von den besonderen Betriebsbedingungen des Gerätes abhängig ist, in das die erfindungsgemässe Vorrichtung eingebaut wird. Daraus folgt, dass die Förderleistung des Niederdruckzylinders 11, in dem der Kolben arbeitet, grosser ist als die Förderleistung des Zylinders 12 für hohen Druck, indem sich der Kolben 15 bewegt, der bei diesem Ausführungsbeispiel die Kompression nach einem bestimmten Gesetz bei dem Medium bewirkt, das im Kreis 8 zirkuliert und das dementsprechend auf die Innenwände des Behälters 9 einen Druck ausübt.

In der Nähe des Endes des Zylinders 12 in Verbindung mit der Leitung 8 ist ein Transduktor 7 montiert, der geeignet ist, den Prüfdruck mit elektronischen Mitteln zu messen, wobei der genannte Druck des Mediums talseitig des Kolbens 15 in ein Signal umgesetzt wird, das zum Servoverstärker 5 gesandt wird, wo es im Summierungskern verglichen wird mit einem elektrischen Basissignal aus dem Funktionsgenerator 6. Dieser Generator 6 übermittelt ein Signal, das dementsprechend eine Sinus-, Rechteck-, Trapez-, Rampen-, Impuls- oder ähnliche Form mit elektronisch programmierbarer und der Funktion entsprechender Frequenz und Amplitude aufweisen kann, wobei die Funktion den Druck mit der Zeit in der Weise verbindet, dass erhalten wird, dass der Prüfling, beispielsweise der Behälter 9, einem Druck ausgesetzt wird, dessen Wert dem Zeitänderungsgesetz entspricht und wobei evtl. identische Zyklen ablaufen.

j Dementsprechend bildet das evtl. Differenzsignal zwischen dem von dem

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Transduktor 7 gelieferten und dem vom Funktionsgenerator 6 gelieferten '

Signal nach Wert und Vorzeichen das Fehlersignal zur Steuerung des Servo- ί ventils 4, weshalb, wenn diese Differenz beispielsweise einen negativen Wert j hat, d.h. wenn der Druck im Arbeitsmedium geringer ist als der vorgesehene Druck, Medium in die Kammer 11 bergseitig des Kolbens 14 über die Leitung 10a so lange eingegeben wird, bis der Fehler beseitigt ist; wenn das Signal ' das umgekehrte Vorzeichen hat, wird Medium in die Kammer 11 über die ; Öffnung 10b so lange eingegeben, bis der Fehler beseitigt ist. Das genannte Servoventil 4 bewirkt dementsprechend, dass der Druck nach dem vorge- ι sehenen Programm mit optimaler Genauigkeit und absoluter Wiederholbarkeit aufgebaut wird.

Während der Pumpphase (steigender Druck) können - und das passiert im allgemeinen unvermeidlicherweise - interne Volumenverluste beim Hochdruckzylinder 12 und beim Niederdruckzylinder 11 auftreten, weshalb es angezeigt ist, dass das Arbeitsmedium dera von der Quelle 1 gelieferten Medium entspricht. Das wiederholte Auftreten der genannten Verluste in den sukzessiven identischen Zyklen würde den Kolben 15 in die Nähe des Bodens 11a des Niederdruckzylinders 11 und entsprechende Funktionsunfähigkeit bewirken.

Das wird vermieden durch eine Öffnung 16, einer sogenannten Verstopfungsöffnung, die der zweite Kolben 15 kurz vor der Rücklaufphase nach dem ersten Arbeitszyklus öffnet, wobei über die Leitung 17 aus der Quelle 1 Medium entnommen wird und ein Druckmediumzusatz mit festem Druck von aussen in die Hochdruckkammer 12 des Verstärkungssystems eingegeben wird, wo- ι

bei der Druck etwas höher ist als der minimale Basis druck laut Funktion

j p=f(t), womit verhindert wird, dass der Druck des Arbeitsmediums aufgrund j dieser Verluste unterhalb des genannten Minimalwerts absinken kann, welcher sich aus dem Druckgesetz ergibt, wie es bei normalen Betriebsbedingungen vorherrscht.

Das Servosystem befindet sich dementsprechend immer im Überdruck bezügl.

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des genannten Minimaldrucks und wird dahin tendieren, diesen zu annullieren indem der Rücklauf des Kolbens 14 bis zum Kopf lla des Zylinders 11 fortgesetzt wird, auf dem der Kolben 14 sich stossfrei aufsetzen kann, nachdem sowohl der Kolben 14 als auch der genannte Kopf lla mit traditionellen Stossdämpfereinrichtungen versehen sind.

Nach dem Ansteigen des Basisdrucks beginnt der Kolben 15 einen neuen Pumpzyklus am Arbeitsmedium in der Leitung 8 und im Behälter 9, wobei jedoch die Volumenverluste am Zylinder 12 und am Kolben 15 sowie am Zylinder 11 durch Heranführung von Druckflüssigkeit aus der Öffnung 16 ausgeglichen werden.

Das erfindungsgemässe System ist vollautomatisch. Wenn der Druckfehler einen gewissen programmierten Wert übersteigt, wie es beispielsweise bei einem Bruch des Behälters 9 oder sonstigen Anomalien passieren kann, wird die Druckmedienquelle 1, insbesondere eine Gruppe, bestehend aus Tank und Pumpe, aus dem Gerät ausgeschlossen durch ein an sich bekanntes elektronisches Gerät vom logischen Typ, das die Einspeisung am Servoventil 4 unterbricht. Identisch wird ein Impulszähler mit logischen Elementen an sich bekannter Art eingebaut, der die Zyklen der Druckeinwirkung am Prüfling 9 zählt.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

Apparat zur Lieferung eines in der Zeit mit vorher bestimmter Gesetzmässigkeit variablen Druckes, dadurch gekennzeich- ; η e t , dass er aufweist eine Druckmediumquelle in Verbindung mit einem

hydraulischen Zylinder, in dem ein Kolben mit einer Kolbenstange wirksam ! ist, deren zur Verbindung mit dem Kolben entgegengesetztes Ende als Mit- \ tel zur Übertragung eines Drucks benutzt wird, welcher im Verbrauchergej rät anzuwenden ist, wobei der genannte Zylinder in der Nähe der beiden j Enden mit Einlassöffnungen versehen ist, welche durch einen Verteiler ge- ' steuert werden, der durch ein Servoventil gesteuert wird, das in die Heranj führungsleitung des genannten Mediums eingebaut ist, wobei das genannte j Servoventil von einem Fehlersignal gesteuert wird, welches repräsentativ ΐ ist für die Differenz nach Wert und Vorzeichen zwischen Arbeitsdruck, wie er talseitig des Kolbens über einen Drucktransduktor festgestellt und in

j ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das den genannten Druck reprä-I sentiert und einem Basissignal aus einem Funktionsgenerator, der nach ! Frequenz und Amplitude in der Zeit variabel ist nach einem vorher bestimm I ten Gesetz, und zwar in der Weise, dass dem Hydraulikzylinder berg- oder j talseitig des Kolbens, je nach dem Fehlervorzeichen, Druckmedium mit j einer Menge zugeführt wird, welche repräsentativ ist für die Amplitude des j Fehlersignals, womit der genannte Fehler beseitigt wird, wobei erste Mit- ; tel vorgesehen sind, um die Funktion dann automatisch zu unterbrechen, ! wenn der Arbeitsdruck aufgrund von Fehler an dem genannten Gerät oder I am Verbrauchergerät unter einen bestimmten Minimalwert abfälllt, und

zweite Mittel zur Durchführung des Zählens der Druckzyklen, welche über- ; tragen wurden, sowie dritte Mittel zur Kompensation von Medienverlusten

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an dem Austrittsbereich der Stange des Antriebskolbens.

j 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrau-

lische Zylinder so ausgebildet ist, dass er auch als Druckverstärker fungie-

! ren kann, weshalb der genannte Zylinder eine Hauptkammer mit niedrigem i

Druck aufweist, wobei in der Nähe des Endes derselben sich Einlassöffnungen öffnen, welche vom Servoventil gesteuert werden, einen Kolben, der ! in der genannten Hauptkammer läuft, während die Kolbenstange mit geringej rem Durchmesser in einem zweiten Zylinder läuft, der in Serie zum vorge- ^; nannten montiert ist und zu diesem koaxial ist, wobei das Ende der genannten Kolbenstange als Kolben in dem genannten zweiten Zylinder fungiert, der

j als Hochdruckzylinder wirksam wird, wobei der genannte zweite Zylinder

oder Hochdruckzylinder an seinem talseitigen Ende mit einem Schaltkreis in Verbindung gebracht wird, in den Arbeitsmedium eingegeben wird, wobei dieser Schaltkreis an dem Apparat mündet, in dem der nach einer vorher bestimmten Gesetzmässigkeit in der Zeit variable Druck Verwendung finden soll.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Aus gangs öffnung des Hochdruckzylinders talseitig des Kolbens / der Kolbenstange, die darin wirkt, ein Transduktor vorgesehen ist, der geeignet ist, den Druck des Arbeitsmediums festzustellen und in ein Signal umzusetzen, das an einen Servo verstärker weitergegeben wird, wobei ein Summierungskern vorgesehen ist, welcher auch das Basissignal aus dem Funktionsgenerator mit elektronischen Programmiermitteln erhält.

4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Rücklaufhubs der Kolbenstange / des Kolbens im Hochdruckzylinder eine geeichte Öffnung vorgesehen ist, welche mit der Quelle für Druckmedium verbunden und so angeordnet ist, dass sie von der genannten Kolbenstange / dem genannten Kolben dann geöffnet werden kann, wenn die Druckwerte unterhalb des Minimalwertes der Basisfunktion des Druckgesetzes ab-

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sinken, wobei der Druckverlust auf Austritten des Mediums aus dem Hochdruck in den Niederdruckzylinder beruht.

5. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung vorhanden ist, um den Apparat von der Speisung an Druckmedium zu trennen, wenn der Arbeitsdruck unter einen vorher bestimmten Wert absinkt, wobei die Vorrichtung dazu aus logischen Elementen besteht.

6. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zähleinrichtung für die übertragenen Druckzyklen vorhanden ist für den Fall,

; dass sich der Druck nach einem zyklischen Gesetz ändert, wobei die Vorrichtung aus einer elektrischen Logik oder einer sonstigen, funktionell ι äquivalenten Einrichtung besteht.

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