DE3038283A1

DE3038283A1 - Ueberwachungssystem fuer hydraulische leitungen und/oder antriebsgeraete

Info

Publication number: DE3038283A1
Application number: DE19803038283
Authority: DE
Inventors: Borislav Dipl.-Ing. 5880 Hagen Andreev; Hans 5980 Werdohl Schumacher
Original assignee: Kracht Pumpen und Motorenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kracht Pumpen und Motorenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1980-10-10
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1982-07-15
Also published as: US4425789A; DE3038283C2

Description

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Harro Gralfs

GraHs Patentanwalt Am Burgetpark 8 D 3300 Braunschweifl G«many

Am Bürgerpark 8 D 3300 Braunschweig, Germany Telefon 0531-74798 Cable patmarks braunschweig

a/ws - κ 1069

KRACHT Pumpen- und Motorenfabrik GmbH & Co. KQ Qewerbestr. 20

5980 Werdohl

Überwachungssystem für hydraulische Leitungen und/oder Antriebsgerate

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungssystem für hydraulische Leitungen und/oder Antriebsgeräte mit einem Volumenstromsensor nach Art eines Zahnradmotors, dessen Zahnradbewegungen mit Hj.lfe von Detektoren berührungslos abgetastet werden, die jeweils für diskrete Teilmengen, die dem Volumen eines Zahnes entsprechen, elektrische Impulse abgeben und mit einer Vorrichtung, mit der die Impulse unter Berücksichtigung der Durchflußrichtung durch den Volumenstromsensor und der Impulsfrequenz verarbeitbar und die Ergebnisse als jeweilige Botriebszustände anzeigbar sind.

Bei bekannten überwachungssystemen der genannten Art (DE-OS 25 54 484 und 27 59 263, Zeitschrift "öl, Hydraulik und Pneumatik", Nr. 1/79, Aufsatz Wetter "Sicherheitsmaßnahmen an Hydraulikeinrichtungen von Stranggießanlagen") wird eine Undichtigkeits-

anzeige dann ausgelöst, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeit eine vorgegebene Anzahl von Impulsen gezählt worden ist.

Bei Anlagen mit dynamisch belasteten Antriebsgeräten kommt es in der Anlage zu ölströmungen in einer Größenordnung, die höher liegt als ein bei Undichtigkeiten auftretender Leckölstrom, der in der Anlage tolerierbar ist. Bei Anlagen mit mehreren Verbrauchern kann es weiter durch Ventilschaltungen zu Druckänderungen kommen, die gleichfalls zu erheblichen ölströmungen führen. Schließlich können ölströmungen, die die Ermittlung von Undichtigkeiten beeinträchtigen oder unmöglich machen, bereits durch Druck bestimmende Ventile erreicht werden, die innerhalb ihrer Toleranzgrenzen zu periodischen Schwankungen des Netzdruckes führen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Überwachungssystem der gattungsgemäßen Art derart weiterzuentwickeln, daß auch unter den angegebenen Bedingungen noch eine zuverlässige Anzeige einer Undichtigkeit oder eines Lecks möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen nach überschreiten einer Grenzfrequenz die Impulse gezählt und bei Erreichen einer vorgegebenen Sollanzahl ununterbrochen aufeinanderfolgender Impulse eine Undichtigkeitsanzeige gebildet wird.

Vorzugsweise werden lediglich die Impulse gezählt, die oberhalb der Grenzfrequenz liegen.

Der Impulszähler wird rückgesetzt, wenn die vorgegebene Soll= anzahl in ununterbrochener Zählung nicht erreicht ist.

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Das überwachungBsystem arbeitet umso genauer, je niedriger die Grenzfrequenz gelegt wird. Je niedriger die Grenzfrequenz gelegt wird, umso höher ist andererseits der Einfluß der dynamisch bedingten ölströmungen.

Bei sehr niedrigen Grenzfrequenzen, im Extremfall bei der Grenzfrequenz O, kann der Einfluß der dynamisch bedingten ölströmungen dadurch eliminiert werden, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen für einen vorgegebenen Zeitabschnitt die Anzahl der Impulse ermittelt wird, die sich aus der Differenz der ein- und ausströmenden Flüssigkeitsmenge ergeben, daß weiter Mittel vorgesehen sind, mit denen die Summe der Impulse mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen werden und daß bei Nichterreichen des Sollwertes der Zähler auf den Ausgangswert rückgesetzt wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung eines Überwachungssystems gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Arbeitsweise des Überwachungssystems .

In Fig. 1 ist schematisch eine Schaltung wiedergegeben mit einer hydraulischen Druckstation 2, deren Pumpe unterstützt von Druckspeichern in eine Drucköl-Verteilerleitung k fördert, an die über Steuerventile Hydraulikzylinder angeschlossen sind, die gegen eine Last P wirken. In der Zeichnung sind zwei Schaltungen mit Einzelüberwachung X und Y und eine Schaltung mit GruppenUberwachung Z wiedergegeben. Bei der Einzelüberwachung X ist in die Arbeitsleitung 10 zum Antriebszylinder 8 zwischen dem

Steuerventil 6 und dem Hydraulikzylinder 8 eiin Volumenstromsensor 12 eingeschaltet, gegebenenfalls parallel zu antiparallel geschalteten Rückschlagventilen. Der Volumenstrom nach Art eines Zahnradmotors mit runden Zahnrädern (DE-OS 25 54 ^86) ist mit Detektoren versehen, mit denen die Zahnradbewegungen berührungslos abgetastet werden und die jeweils für diskrete Teilmengen, die dem Volumen der Zähne entsprechen, einen elektrischen Impuls abgeben. Die Detektoren können so angeordnet werden, daß gleichzeitig eine Angabe für die Drehrichtung der Zahnräder gegeben wird. An die zentrale Druckölleitung 4 können weitere Verbraucher in gleicher Weise angeschlossen sein. In der Überwachungezeit ist das Steuerventil so geschaltet, daß die Arbeitsleitung 10 mit; der Druckölleitung i| verbunden ist (Schaltstellung I).

Die von den Detektoren abgegebenen Impulse werden in eine Einrichtung 14 eingespeist, in der die Verarbeitung und Auswertung der Impulse durchgeführt wird. Daran angeschlossen sind Anzeigemittel 16 für das Auftreten eines Lecks und Anzeigemittel 18 für das Auftreten eines Bruches.

Die Volumenstromsensoren nach Art eines Zahnradmotors haben ein sehr hohes Auflösungsvermögen, das in der Größenordnung von 1 cm liegt. Durch den Volumenstromsensor werden daher auch geringste Flüssigkeitsströmungen angezeigt. Bei dynamisch belasteten Antrieben kommt es zu ölströmungön innerhalb der Arbeitsleitung 10, die einmal aus der Arbeifcsleitung 10 in das zentrale Druckölnetz 4 zurückströmen bztf. umgekehrt aus dieser Leitung in die Arbeitsleitung 10 fließen. Es kommt weiter zu nicht unerheblichen ölströmungen innerhalb der Arbeiteleitungen 10, die durch Druckstöße beim öffnen und Schließen von Ventilen für andere Verbraucher bedingt sind. Schließlich können auch druckbestimmende Mittel, wie Reduzier-

ventile, Druckbegrenzungsventile und dergleichen, aufgrund ihrer Toleranzen zu einem An- und Absteigen des Betriebsdruckes führen, der gleichfalls zu ölströmungen durch die Volumenstromsensoren führt.

Die erwähnten ölströmungen, die aus dem normalen Betrieb eines Hydrauliknetzes mit mehreren Verbrauchern resultieren, können in den Arbeitsleitungen Größenordnungen annehmen, die höher liegen als tolerierbare Verluste aus Undichtigkeiten. So können die dynamisch bedingten ölströrae durchaus Größenordnungen von 30 cnr/min erreichen. Im Falle eines Lecks würde eine ölströmung von 30 cnr/min bereits einem Ölverlust von etwa M5 1 pro Tag entsprechen. Mit der bekannten Bestimmung des Durchflusses durch den Volumenstromsensor pro Zeiteinheit läßt sich bei Anlagen, bei denen dynamisch bedingte ölströme auftreten, eine Erkennung und Anzeige geringerer Undichtigkeiten, die durchaus Ansatz für bevorstehende Brüche sein können, nicht mehr ermitteln.

Wie trotz der dynamisch bedingten ölströme, durch die vom Volumenstromsensor Impulse abgegeben werden, eine Erkennung auch bei einer Leckölmenge zu erreichen ist, die kleiner ist als die dynamisch bedingte ölströmung; wird im nachstehenden unter Bezug auf die Fig. 2 beschrieben.

In Fig. 2 ist der Durchfluß in l/min über der Zeit aufgetragen. Der Durchfluß pro Zeiteinheit entspricht dabei bei einem gegegebenen Volumenstromsensor der Impulsfrequenz.

Bei der Einzelüberwachung X, bei der der Volumenstromsensor dem Steuerventil nachgeschaltet ist, ist unter störungsfreien Betriebsbedingungen der Überwachungsbereich des Volumenstromsensors völlig dicht. Das Steuerventil- 6 befindet sich in der

Schaltstellung I. Mit einem Druckanstieg in der zentralen Druckölleitung M, der einen der oben angeführten Gründe haben kann, dringt ein kompressionsbedingter Volumenstrom in den Überwachungsbereich, das ist in den Bereich zwischen dem Volumenstromsensor 12 und dem Kolben des AntriebszjPlinders 1. Bei einem Druckabfall tritt ein entsprechender Volumenstrom aus.

Einen typischen Verlauf einer Einzelüberwachung nach X zeigt die Linie A in Fig. 2. Theoretisch ist bei dichtem Überwachungsbereich über eine längere Überwachungszeit die Impulssumme O zu erwarten, da die Summe der ein- und ausströmenden Volumina O ist. Infolge unterschiedlicher Lade- und Entladezeiten eines Druckölspeichers kommt es bei Aufladungen zu relativ steil ansteigenden Volumenströmen, während die EntMde-Volumenströme relativ langsam ablaufen. Ein Volumenstromsensor der genannten Art hat zwar einen sehr tief reichenden Linearitätsbereich. Bei extrem kleinen Volumenströmen, wie sie bei der Entladung eines Druckölspeichers auftreten, können die Volumenströme jedoch größenmäßig in den nicht linearen Meßbereich des Volumenstromsensors absinken. Das führt über die Zgit dazu, daß die Impulssumme zum Plus-Bereich tendiert. Um diese vom Volumenstromsensor abhängige positive Impulszählung zu kompensieren, wird vorgesehen, eine Rückstellung der Impulszählung in vorgegebenen längeren Abständen vorzunehmen. Eine solche Rücksetzung auf O kann beispielsweise im Abstand von Stunden erfolgen.

Zur Lecküberwachung wird in der elektronischen Zähl- und Auswerte vorrichtung 14 ein Sollimpulswert vorgegeben. Wird dieser Sollimpulswert erreicht, bevor eine RücksetJüung des Zählers nach der vorgegebenen Zeit erfolgt, bedeutet dies, daß öl austritt, daß also ein Leck vorhanden ist. Bei Erreichen der Sollimpulszahl wird dann eine Leckanzeige 16 gegeben.

Eine überwachung auf Bruch geht bei der Einzelüberwachung X davon aus, daß bei einem Bruch sehr viel größere ölmengen austreten. Eine Differenzierung eines Bruchs kann dadurch erfolgen, daß eine Qrenzfrequenz vorgegeben wird, die bei dynamisch bedingten Volumenströmen in dichten überwachungsabschnitten nicht erreicht wird. Wird die Grenzfrequenz erreicht, wird über die Vorrichtung Ik Bruchalarm 18 ausgelöst, der verbunden sein kann mit einem Schnellschluß des Steuerventils 6.

Bei der Einzelüberwa.chung Y, die in Fig. 1 mit zwei verschiedenen Steuerventilen 6a, 6b dargestellt ist, ist der Volumenstromsensor 12a, 12b den Steuerventilen jeweils vorgeschaltet. Dadurch wird von den Volumenstromsenspren auch der konstruktionsbedingte Leckölstrom der nachgeschalteten Steuerventile 6a und 6b mit erfaßt. Ein solcher Leckölstrom führt zu einer positiven Impulszählung. Um hier gleichfalls kleine Leckölströmungen im Überwachungsbereich erfassen zu können, wird für die Impulszählung eine Grenzfrequenz f₁ festgelegt, die höher liegt als die Zählfrequenz, die sich aufgrund des normalen Leckölstroms des Steuerventils einstellt. Auf diese Weise wird der Durchfluß mit einer Impulsfrequenz unterhalb eiyier Grenzfrequenz f₁ von der Zählung ausgeschlossen. Die Impulszählung setzt erst ein, wenn die Impulsfolge die Grenzfrequenz f₁ überschreitet.

In dem Diagramm nach. Fig. 2 ist hierfür als Beispiel ein Durchfluß entsprechend der Kurve L aufgezeichnet. Bis zum Zeitpunkt tj, liegt ein Purchfluß vor, der zu einer Impulsfrequenz führt, die unter den Grenzfrequenz liegt und beispielsweise auf den Leckölstrom der Ventile zurückzuführen ist. Es erfolgt keine Impulszählung. Zum Zeitpunkt t/ wird die Grenzfrequenz überschritten und die Impulszählung beginnt. Der Durchfluß folgt der voll ausgezogenen Linie L_Q, die das schraffierte Feld begrenzt. Die Linie L_Q unterschreitet zum Zeitpunkt t₂ wieder

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die Grenzfrequenz f^. Die Anzahl der vom Zeitpunkt t^ bis zum Zeitpunkt t₂ gezählten Impulse ist geringer als die Impulszahl, die als Sollimpulszahl für ein Leck vorgegeben ist. Damit handelt es sich bei der ölmenge, die oberhalb der Grenzfrequenz impulsraäftig erfaßt worden ist, um einen dynamisch bedingten Volumenstrom. Zum Zeitpunkt t₂ erfolgt dann eine Rücksetzung des Zählers.

Folgt der Durchfluß des Zählers beispielsweise der gestrichelt eingezeichneten Linie L₁, ist zu einem Zeitpunkt t, in ununterbrochener Folge eine ölmenge durchgeflossen, die größer ist als die vorgegebene Sollölmenge, mit anderen Worten, die Zahl der dabei abgegebenen Impulse ist größer als die vorgegebene Sollimpulszahl. Es wird dann zum Zeitpunkt t-, eine Leckanzeige gegeben. Entsprechendes gilt, wenn der öldurchfluß entsprechend der gestrichelten Linie Lp folgt. Es handelt sich hier um einen wesentlich steileren Durchflußanstieg. Die vorgegebene Sollimpulszahl ist hier bereits zum Zeitpunkt tjj erreicht, zu dem dann eine Leckanzeige gegeben wird. Ein Volumenstromsensor in der Schaltung der Einzelüberwachung Y zeigt auch Änderungen des Leckölstromes des Steuerventils, oder aber auch Undichtigkeiten der Kolbendichtung im Zylinder an, wenn durch Verschleiß die hier durchfließenden Löckölmengen zu Durchflüssen führen, bei denen Zählimpulse mit einer Frequenz oberhalb der Qrenzfrequenz auftreten. Durch Einstellung der Qrenzfrequenz t^ entsprechend dem Leckölstrom des Steuerventils im Zeitpunkt des Einbaus kommt es bei Vergrößerungen des Leckölstroms des Steuerventils zu einer ständigen Überschreitung der Qrenzfrequenz und damit zu einer kontinuierlichen positiven Impulszählung, die die Vergrößerung des Leckölstroms des Steuerventils als Leck anzeigt. Entsprechende© gilt für die Kolbendichtung.

Für die Bruchanzeige wird bei der EinzelüberWachung nach der Schaltung Y zweckmäßig eine zweite, beispielsweise um eine

Größenordnung höher liegende Grenzfrequenz f~ vorgegeben, um eine Differenzierung zwischen Leck und Bruch zu ermöglichen. Die Signalverarbeitungseinrichtung Ik kann dabei so ausgelegt werden, daß bereits bei Erreichen der Grenzfrequenz fp Bruchalarm ausgelöst wird, d.h. zum Zeitpunkt t,., an dem die Durchflußkurve Y bzw. Y₁ die Grenzfrequenz fp überschreitet. Um sicherzugehen, kann aber auch nach überschreiten der Grenzfrequenz ?2 noch eine Impulszählung vorgenommen werden.. Die Sollimpulszahl ist dann für die Kurve Y beispielsweise zum Zeitpunkt tg erreicht und für die sehr viel steilere Kurve Y₁ zum Zeitpunkt t₇. Es würde dann zum Zeitpunkt tg bzw. zum Zeitpunkt t- Bruchalarm ausgelöst.

Bei der Gruppenüberwachung nach der Schaltung Z in Pig. I werden die Arbeitaleitungen und Antriebe einer Antriebsgruppe durch je einen Volumenstromsensor in der gemeinsamen Druck- und Rückleitung überwacht. Hierbei ist es zweckmäßig, den Arbeitsölstrom durch den Volumenzählern zugeordnete Bypass-Ventile fließen zu lassen, um mit kleinen Volumenzählern arbeiten zu können. Die Bypass-Ventilp müssen jedoch ein solches Druckgefälle erzeugen, daß der zu einer Leck- oder Brucherkennung gewählte Volumenstrqm auf alle Fälle durch den Volumenstromsensor fließt. Die Überwachung erfolgt bei Stillstand der Antriebsgeräte und geöffneten Steuerventilen.

Bei der Schaltung nach Z werden die Durchflüsse beider Volumenstromsensoren 12e und 12d miteinander verglichen. Bei nach außen völlig dichtem Überwachungsbereich zeigt der Volumenstromsensor 12d einen etwas größeren Durchfluß an als der Volumenstromsensor 12e. Die Differenz entspricht dem Entspannungsvolumen des Volumenstroms zwischen dem Eintritt unter Druck aus der Leitung k und dem im wesentlichen drucklosen Austritt in die Rückleitung 5.

Die Anordnung nach der Schaltung Z hat den Vorteil, daß mit zunehmender Anzahl der Antriebszylinder die Zahl der Volumenstromsensoren gleich bleibt. Ein Nachteil besteht darin, daß ein Leck oder ein Bruch jeweils innerhalb der Gruppe gesondert lokalisiert werden muß.

Die Gruppenüberwachung nach der Schaltung Z kann Vorteile in Verbindung mit einem Mikroprozessor bieten. Die Überwachung ist dann während der gesamten Betriebszeit durchführbar, ebenso ist eine automatische Lokalisierung einer Undichtigkeit, sei es ein Leck oder ein Bruch, möglich. Die Volumenstromsensoren sind dann ohne Bypass-Ventile im Hauptstrom der Druck- und Rücklaufleitungen anzuordnen.

Claims

Ansprüche

1. Überwachungssystem für hydraulische Leitungen und/oder Antriebsgeräte mit einem Volumenstromsensor nach Art eines Zahnradmotor, dessen Zahnradbewegungen mit Hilfe von Detektoren berührungslos abgetastet werden, die jeweils für diskrete Teilmengen * die dem Volumen eines Zahnes entsprechen, elektrische Impulse abgeben und mit einer Vorrichtung, mit der die Impulse unter Berücksichtigung der Durchflußrichtung durch den Volumenstromsensor und der Impulsfrequenz verarbeitbar und die Ergebnisse als jeweilige Betriebszustände anzeigbar sind, dadurch gekenn° zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen nach überschreiten einer Grenzfr*quenz die Impulse gezählt und bei Erreichen einer vorgegebenen Sollanzahl ununterbrochen aufeinanderfolgender Impulse eine Undichtigkeitsanzeige gebildet wird.

2. überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse gezählt werden, die oberhalb der Qrenzfrequenz liegen.

3. überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszähler rüökgesetzt wird_s wehn die vorgegebene Sollanzahl nicht erreicHt ist.

¹I. überwachungs system nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen für einen vorgegebenen Zeitabschnitt die Anzahl der Impulse ermittelt wird, die sich aus der Differenz der ein- und ausströmenden Flüssigkeitsmenge ergeben, daß weiter Mittel vorgesehen sind, mit denen die Summe der Impulse mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, und daß bei Nichterreichen des Sollwertes der Zähler auf den Ausgangswert rückgesetzt wird.