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Vorrichtung zum überwachen dev Druckes 1md/ouer
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der Geschwindigkeit von flüssigen oder gasförmigen Medien in Leitunssysteuen,
insbesondere aes Druckes in Schmiermittelleitungen Die Erfinaung betrifft eine Vorrichtung
zum überwachen des Druckes und/oder der Geschwinaigkeit von flüssigen oder gasförmigen
Medien in Leitungssystemen, insbesondere des Druckes in Schmiermittelleitungen.
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Unter flüssigen Medien sind im folgenden verflüssigtes Gas, Kalt-
und Heißwasser und flüssige Treibstoffe zu verstehen, sowie Schmierstoffe (Öle,
Fette).
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Unter gasförmigen Medien sind im folgenden Wasserdampf, Erdgas usw.
zu verstehen.
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Diese Medien können die Leitungen durchströmen, sie können auch in
ihnen stehen.
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Der Druck dieser Medien wird im allgemeinen mittels Manometer überwacht,
während die Geschwindigkeit im allgemeinen uninteressant ist und mehr Wert auf eine
Durchflußmessung gelegt wird (Orlicek, Reuther, zur Technik der Mengen- und Durchflußmessung
von Flüssigkeiten). Aus einem Druckabfall kann ohne weiteres bei konstantem Zufluß
auf aufgetretene undichte stellen in den betreffenden Leitungsabschnitten geschlossen
werden. In vielen Fällen ist es jedoch von
besonderem Wert derartige
Strömungen zu Beginn, u.k.
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währena ihrer Ausbildung zu erfassen, um ti'olgeschäuen zu vermeiden.
Beispiele hierfür sina Kühlkreisläufe in Kraftwerken und Kernkraftwerken, Wärmetauscher,
Erdgasleitungen und dergleichen. Entsprechend ergibt sich bei konstantem Zufluß
zu im Dypass geschalteten Leitungen, aus dem Geschwindigkeitsabfall des Mediums
in einem bei tungsstrang ein otörungsfall im gesamten System.
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Entsprechende Probleme ergeben sich auf dem Gebiet der behmiertechnik.
im allgemeinen erfolgt bei großen Maschinenanlagen aie Versorgung der Xagerstellen
über eine zentrale Schmierleitung von aer zu aen Lagern separate Leitungen abzweigen.
Sin Beispiel hierfür sind die Bührungsrollen in Stranggußanlagen, die im allgemeinen
aus einer feststehenden Achse mit darauf in Lagern angeordneten Rollenkörpern bestehen,
deren Lager aufgrund der extremen Betriebsbedingungen einzeln in der weise geschmiert
werden, daß zu Jedem trager jeweils eine radiale und eine axiale Bohrung, die in
der Achse verlaufen, führen und mit auf den Stirnseiten der Achsen angeflanschten
Mengenverteilern in Verbindung stehen, die an eine ZufluBleitung angeschlossen sind.
Diese Mengenverteiler sind an sich bekannt (Prospekt P 174 der firma De Limon Fluhme
& Co., Düsselaorf, US-PX 3 653 466). Entscheidend ist hierbei, daß Jedes Lager
einen zusammenhängenden Schmierfilm aufweist.
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Zu diesem Zwecke ist nicht nur dafür zu sorgen, daß eine entsprechende
Schmiermittelmenge zu den Lagern gelangt, es muß auch ein bestimmter Schmiermitteldruck
aufrecht
erhalten werden. Falls zum Beispiel ein Labyrinthring eines
aerartigen Lagers defekt wird, z.B. durch Verschleiß, dringt zu viel Schmiermittel
nach außen, sodaß der behmiermittelfilm reißt una das lager sich nach kurzer Zeit
festfrißt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, aie es erlaubt Störungen so rechtzeitig zu erkennen und
Gegenmaßnahmen zu ergreifen, daß Schäden wie zum Beispiel das Festfressen von Lagern
vermieden werden.
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Diese Aufgabe wiru erfindungsgemäß gelöst durch einen gegen das Medium
geschützten Magneten, einen von dem Medium beaufschlagbaren, den Feldverlauf des
Magneten beeinflussenden Körper und ein gegen das Medium geschütztes in dem Magnetfeld
aerart angeordnetes, magnetisch steuerbares Bauelement, daß seine elektrische Ausgangsgröße
von der Stellung des Körpers im Magnetfeld abhängig ist.
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Der den Feldverlaul des Magneten beeinflussende Körper besteht zum
Beispiel aus ferromagnetischem Material, der als Schutz gegen ein aggressives Medium
eine Ummantelung aus Kunststoffmaterial aufweisen kann.
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Unter magnetisch steuerbaren Bauelementen sind im Sinne der Erfindung
magnetfeldabhängige Widerstände, Feldplatten, weiterhin Rallgeneratoren und Nagnetaioden
usw. zu verstehen.
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Unter Beaufschlagen des Körpers durch das Medium ist zu verstehen,
daß entweder das ruhende Medium gegen den Körper ansteht oder das strömende Medium
den Körper anströmt.
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Der Magnet kann ein Elektromagnet sein, er ist im bevorzugten Salle
ein stabförmiger Dauermagnet.
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In weiterer Ausgestaltung aer Erfindung ist der Körper in einer Bypasaleitung
des Leitangssystems als versc:ii&obarer Kolben ausgebildet, woo-i uer Magnet
und das magnetisch steuerbare Bauelement als Baueinheit in der :;anä der Bypassleitung
eingeschraubt sein können. Unter Bypassleitung ist im Sinne der Erfindung ein zu
einer Leitung strömungstechnisch parallel geschalteter Leitungsabschnitt zu verstehen
oder ein angeflanschter Rohrabschnitt an dessen Ende die Baueinheit angeordnet ist.
Im letzteren Falle ist es nur möglich den Druck zu messen.
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Auf dem Gebiet der Schmiermitteltechnik ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
erfindungsgemäß der Kolben eines Schmiermittelventils der Körper. Gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel ist auf diesem Gebiet bei einem mehrere Kolben aufweisenden
Verteiler erfindungsgemäß der eine Kolben der den Feldverlauf des Magneten beeinflussende
Körper.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das magnetisch
steuerbare Bauelement und der als stabförmiger Permanentmagnet ausgebildete Magnet
in einem gemeinsamen, mit dem Leitungssystem beziehungsweioe dem Schmiertnittelsystem
verbindbaren Gehäuse unter Bildung einer Baueinheit angeordnet. In einer bevorzugten
Ausführungsform weist das Gehäuse eine axiale Bohrung auf, wobei in der Bohrung
in Längsrichtung ein Stabmagnet, vor dem einen Pol des Stabmagneten das magnetisch
steuerbare Bauelement und vor
diesem in Richtung zum Medium ein
Verschlußstück angeoranet sind. Dieses Verschlußstück dient einerseits dazu, um
bei hohen Drücken das Bauelement vor Beschädigungen Ztl schützen, zum anderen ist
es in eiÄer' vorteilhafteren Ausgestaltung der Erfindung aus ferromagnetischem Material
hergestellt und aerart vor aem magnetisch steuerbaren Bauelement angeordnet, daß
es das Streufeld im Bereich des einen Pols derart bündelt im Bereich aes Bauelementes
und des Körpers, daß schon geringfügige Verschiebungen des Körpers die Ausgangsspannung
des magnetisch steuerbaren Bauelementes erheblich beeinflussen.Das Verschlußstück
hat deshalb allgemein eine hohe Permeabilität.
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Zum Auswerten der Ausgangsgröße des magnetisch steuerbaren Bauelementes
sind diesem ein Differenzierglied und/oder mindestens ein Schwellwertglied nachgeschaltet.
Durch die Differentiation der Ausgangsspannung des magnetisch steuerbaren Bauelementes
ergibt sich bei ruhendem Medium ein eindeutiger Rückschluß auf eine Druckänderung.
Diese Druckänderung kann auch dadurch erfaßt werden, daß dem magnetisch steuerbaren
Bauelement bzw. Differenzierglied parallel geschaltete Schwellwertglieder nachgeschaltet
sind, sodaß eindeutig feststellbar ist, ob der Druck ansteigt oder abfällt und ob
er einen vorgegebenen unkritischen Bereich über- bzw. unterschreitet. Zu diesem
Zwecke können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwei Schwellwertgliedern eine
Auswerteeinrichtung nachgeschaltet sein, die feststellt, ob innerhalb einer vorgegebenen
Zeit ein vorgegebener Sollwert für den Druck undoder die Geschwindigkeit
und/oder
einer Kolbenstellung erreicht wird oder nicht.
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Die Erfinaung ist in der Zeichnung anhand von Ausührungsbeispielen
erläutert.-Es zeigen: Fig.1 ein Ausführungsbeispiel ,í;r aie Geschwindigkeitsmessung
in einem strömenaen Medium, Fig.2 ein Ausführungsbeispiel für aie Druckmessung in
einem strömenden bzw. ruhenden Medium, Fig.3 ein Ausführungsbeispiel für die Ausbilaung
aes Körpers als verschiebbarer Kolben in einer Bypassleitung, Fig.4a,b die Ausbildung
des Körpers als Ventilkörper eines Schmiermittelventils, Pig.S die Ausbildung des
Körpers als den einen Kolben eines zwei Kolben aufweisenden Verteilers für Schmiermittel,
ein ein Ausführungsbeispiel für die tberwachung des Kolbens eines Vierwegeventils,
Fig.7 ein weiteres Ausführungsbeispiel, Fig.8 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
für aie Auswertung der Meßwerte (Blockschaltbild) und i'ig.9 einen Ausschnitt aus
Fig.8.
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In wig. 1a ist mit 1 ein Ausschnitt einer Rohrleitung bezeichnet.
In ihr ist ein mit 2 bezeichneter Halter angeordnet, auf dem in etwa in der Achse
des Rohrabschnittes eine mit 3 bezeichnete und schematisch dargestellte Baueinheit
angeordnet ist, die einen nicht dargestellten
Magneten iind ein
magnetisch steuerbares Bauelement (ebnfalls nicht dargestellt) aufweist. In dem
Rohrabschnitt ist ein zweiter Halter 4 angeordnet, der einen in der Rohrachse verschiebbaren
Körper zuführt und zwar derart, daß er vor der nicht angeströmten Stirnseite der
Baueinheit durch das Medium so verschiebbar ist, daß aer Feldverlauf des Magneten
geändert wird. Die Strömungsrichtung des Mediums ist lurch den Pfeil A angezeigt.
Fig. 1b zeigt eine perspektivische Anordnung der Halter und des auf ihnen angeordneten
Körpers bzw. Baueinheit. Beiae Halter weisen sternförmig angeordnete Profilstäbe
6 bzw. 7 auf, die mit einem in der Achse des Rohrabschnittes verlaufenden weiteren
Profilabschnitt 8 bzw. 9 verbunden sind (vgl. Fig. 1a).
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Auf dem weiteren Profilabschnitt 8 ist die Baueinheit 3 befestigt,
währena der weitere Profilabschnitt 9 des Halters 4 ein Rundprofil ist, zwischen
dessen beiden Anschlägen 11 und 12 cier Körper 5 verschiebbar ist und unter der
Vorspannung einer Druckfeder 13 steht, die ihn in seiner Ruhelage gegen den Anschlag
12 drückt. Wie aus Fig. 1a,1b hervorgeht, ist der Querschnitt des Körpers größer
als der Querschnitt der Baueinheit, sodaß der Körper durch das strömende Medium
aus seiner Ruhelage verschoben werden kann.
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In Fig. 2 ist mit 15 ein Abschnitt einer Rohrleitung bezeichnet, die
von einem Medium in beliebiger Richtung durchströmt wird. Das Medium kann auch in
der Leitung stehen. Die Leitung weist einen Abzweig 16 auf, der durch
eine
Baueinheit 17 abgeschlossen ist. Diese Baueinheit besteht aus dem Gehäuse 18, in
das eine Membrane 19 eingesetzt ist, die auf ihrer von dem Medium abgewanaten Seite
einen Körper 20 aufweist. In dem Gehäuse ist die schematisch mit 21 bezeichnete
3aueinheit angeordnet, die einen nicht dargestellten Magneten und ein ebenfalls
nicht dargestelltes magnetisch steuerbares-Bauelement aufweist. Durch eine :3bewegung
Qer llembran wird der Körper bewegt unu andert den Feldlinienverlaur' des Magneten,
sodaß sich der Ausgangswert des magnetisch steuerbaren Bauelementes ändert. Durch
hinreichend lange Bemessung des Abzweigs wird bei strömenden Medien der statische
Druck gemessen, sodaß bei einer zusätzlichen Anordnung einer Vorrichtung nach Fig.
1 sowohl Druck- als auch Geschwindigkeitsänderungen des strömenden Mediums erfaßt
werden. Bei ruhendem Medium ist die Vorrichtung nach Fig. 2 als Anzeige für Druckänderungen
besonders einfach einsetzbar.
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)?ig. 3 zeigt eine Abwandlung der Fig. 1 insofern als die gesamte
Vorrichtung in einem als Bypass angeordneten Leitungsabschnitt angeordnet ist und
der Körper als Kolben ausgebildet ist (gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche
Teile).
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In der Fig. 4a,4b ist im Schnitt ein Schmiermittelventil 24 in den
beiden Arbeitsstellungen bezeichnet, dessen Kolben 25 der das Magnetfeld der Baueinheit
26 ändernde Körper ist. Das Schmierventil ist auf einem Mengenverteiler
27
angeordnet, über dessen beide Bohrungen 28 bzw.
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29 je nach der Stellung aes Steuerkolbens 30 (r'ig. 4a bzw.
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4b) schmierstoff dem Schmiermit'elventil zugeführt sind über die Bohrungen
31 und 32 åewsils eine bohoierstells (Lager) zugeführt wird. Die Baueinheit besteht
aus dem in die Bohrung für den Kolben 25 einschraubbaren Gewindestopfen 33, der
eine aurchgehende Bohrung 34 aufweist, in aie in Richtung zum Kolben 25 ein Anschlußkabel
für das magnetisch steuerbare Bauelement, ein Stabmagnet 36 una als magnetisch steuerbares
Bauelement eine Bildplatte 37 angeordnet sind. Die Bildplatte befindet sich dicht
vor dem einen Pol des btabmagneten. In aie Stirnfläche des Gewindestopfens ist auf
der Gewindeseite, d.h. in Richtung zum Schmierstoff als Verschlußstück 38 ein btahleinsatz
angeordnet, der den Feldlinienverlauf derart beeinflußt, daß schon bei geringfügigen
Verschiebungen des Kolbens 25 die Bildplatte ihren elektrischen Widerstand erheblich
ändert. Fig. 5 zeigt einen an sich bekannten Mengenverteiler für Schmierstoffe im
schnitt. Der mit 40 bezeichnete Mengenverteiler weist zwei Kolben 41 und 42 auf,
deren Bewegungsablauf mittels der Scheibe 45 gesteuert wird, über deren Bohrung
der Schmierstoff zugeführt wird.
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Erfindungsgemäß dient einer der Kolben in der Fig. der Kolben 41 als
Körper, der das j"iagnetfeld der Baueinheit ändert, die in dergleichen Weise wie
diejenige in Fig. 4 ausgebildet ist und einen der Verschlußstopfen 44 ersetzt.
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Die mit Fig. 4 übereinstimmenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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Fig. 6 zeigt die Sberwachung eines an sich bekannten Vierwegeventils
50 nach dem erfindungsgemäßen Prinzip.
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Die ordnungsgemäße Bewegung des Kolbens 53 ues Vierwegeventils wird
durch die in sein Gehäuse eingeschraubte Vorrichtung 26 nach iUig. 4 bzw. 5 überwacht.
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Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausfahrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung für die überwachung es Druckes bzw. der Geschwindigkeit des aurch eine
Leitung 6G strömenden Mediums. In die Wanaung der Leitung ist die 3augrunpe 63 eingeschraubt,
die aus einem Materialstück mit Außengewinde und einer Bohrung 64 besteht. In die
onrunO 64 ist aie Baueinheit 26 (vgl. 'ig. 4) eingeschraubt, sowie die unter der
Vor spannung einer Druckfeder 62 anstehende Kugel 61 eingesetzt, die gegen eine
umlaufenue Schulter ansteht (nicht bezeichnet) und zum Teil in das Medium ragt.
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Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung für
die Auswertung der Meßwerte (Blockschaltbild), die mit 75 bezeichnet ist. Sie besteht
aus einem Verstärker 70, dem uie Meßwerte der Vorrichtung 26 zugeführt werden. Dem
Verstärker 70 ist ein Differenzierglied 72 nachgeschaltet, dessen Ausgang mehrere
einstellbare Komparatoren 71 parallel nachgeschaltet sind, die jeweils nach Erreichen
eines vorgegebenen Schwellwertes durchschalten. Den einen Komparatoren 71 sind an
sich bekannte Ausgabebausteine 73 nachgeschaltet. Mittels der Ausgabebausteine 73
wird z.B. die oberschreitung vorgegebener
Druckstufen bzw. werden
BruckaDfälle bzw. aie stellung von Kolben angezeigt, die aie Funktion z.B. des Körpers
5 in Fig. 1 haben. Den beiden unteren Komparatoren ist eine Auswerteeinheit 74 nachgeschaltet.
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Diese ist in li'ig. 9 vergrößert dargestellt und besteht aus an sich
bekannten Bauelementen.
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Gemäß Fig. 9 ist für den oberen Komparator ein Schwellwert o1 und
den unteren ein Schwellwert b2 vor gegeben mit b 2. Beiden Komparatoren ist eine
gemeinsame Auswerteeinheit 74 nachgeschaltet. Diese stellt fest ob innerhalb einer
vorgebbaren Zeit der Sollwert des Druckes bzw. der Geschwindigkeit bzw. einer Kolbenstellung
erreicht wird bzw. nicht oder unterschritten wird bzw. nicht und gibt ein entsprechendes
Signal ab.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Uberwachungseinrichtung
auch auf anderen Gebieten der Technik eingesetzt werden z.B. als ocnalteinrichtung
für die Bremsleuchten von Kraftfahrzeugen und zwar derart, daß bei einem vorgegebenen
Druck im Bremssystem aie üblichen Bremsleuchten und bei weiterer Bruckerhöhung die
zusätzlichen Bremsleuchten aufleuchten.