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Vorrichtung zur Erfassung des Gasanteils in einem unter
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Druck stehenden Flüssigkeitssystem Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zur Erfassung des Gasanteils in einem unter Druck stehenden Flüssigkeitssystem,
wie des Luftanteils in einem Hydrauliksystem, mit einer festen Drossel, an der zur
Erfassung des Gasanteils ein Druckabfall abgreifbar ist, der insbesondere zur gasanteilsabhängigen
Steuerung eines Ventils dient.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-AS 23 19 135) liegt
die feste Drossel gemäß Fig. 1 zwischen Pumpenausgang und Behälter. Vom Druckabfall
an dieser Drossel wird ein als Schieberventil ausgebildetes Sperrventil derart betätigt,
daß die Verbraucherzuleitung und die Verbraucherrückleitung erst geöffnet werden,
wenn die zugeführte Flüssigkeitsmenge einen zulässig kleinen Gasanteil enthält.
Zuvor wird Flüssigkeit mit zu hohem Gasanteil über die feste Drossel direkt zur
Niederdruckseite geleitet. Gemäß Fig. 2 liegt die feste Drossel zusammen mit einer
variablen Drossel, die am Schieber des Sperrventils ausgebildet ist, parallel zum
Verbraucher.
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Die variable Drossel ist vorgesehen, damit die über die feste Drossel
strömende Druckmittelmenge konstant ist.
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In beiden Fällen soll gewährleistet sein, daß dem Verbraucher nur
Druckflüssigkeit zugeleitet wird, die höchstens eine zulässig kleine Gasmenge enthält,
so daß Funktionsstörungen durch Luftansammlungen entfallen. Schwierigkeiten bereitet
es aber, die den Schieber belastende Feder so einzustellen, daß bei jeder Betriebsweise
eine sichere Luftabscheidung erfolgt. Denn wenn die Vorrichtung für eine kleine
Fördermenge ausgelegt ist, muß der Luftanteil sehr groß sein, ehe das Sperrventil
schließt. Ist die Vorrichtung dagegen für eine größere Fördermenge eingerichtet,
besteht die Gefahr, daß das Sperrventil überhaupt nicht öffnet, auch wenn die Druckflüssigkeit
völlig luftfrei ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung
des Gasanteils in einem unter Druck stehenden Flüssigkeitssystem der eingangs beschriebenen
Art anzugeben, bei der unter allen Betriebsbedingungen eine sehr genaue Erfassung
des Gasanteils und damit, bei Bedarf, auch eine sehr genaue gasanteilsabhängige
Steuerung eines zugehörigen Ventils möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die feste Drossel
zusammen mit einer weiteren festen Drossel eine von derselben Flüssigkeitsmenge
durchströmte Reihenschaltung zwischen einem Druck führenden Teil und der Niederdruckseite
des Systems bildet.
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Bei dieser Anordnung ist das Volumen der Flüssigkeit, das durch die
in Reihe liegenden Drosseln strömt, dasselbe; das Volumen des eingeschlossenene
Gases ist aber wegen der Druckabsenkung zwischen den beiden Drosseln größer als
vor der ersten Drossel. Unter sonst gleichen Verhältnissen steigt daher der Druckabfall
an der zweiten Drossel, je höher der Gasanteil ist. Durch Messung dieses Druckab-
falls
oder des Verhältnisses der Druckabfälle an beiden Drosseln läßt sich daher der Gasanteil
mit hoher Genauigkeit bestimmen und gegebenenfalls zur Steuerung ausnutzen.
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Günstig ist es, wenn ein Ableitventil, das vom Druckabfall an mindestens
einem Teil der Reihenschaltung gesteuert ist und das zumindest bei unzulässig hohem
Gasanteil zur Niederdruckseite hin öffnet. Auf diese Weise wird gashaltige Druckflüssigkeit,
die insbesondere beim Einschalten einer Pumpe zu berücksichtigen ist, rasch zur
Niederdruckseite hin abgeführt, so daß entsprechend rasch der Verbraucher mit gasfreier
Druckflüssigkeit beliefert werden kann. Darüber hinaus kann dieser Ableitpfad im
Normalbetrieb ganz oder weitgehend geschlossen werden, so daß entsprechende Verluste
entfallen.
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Bei einer Ausführungsform ist das Ableitventil ein Überdruckventil,
das öffnet, wenn der Druckabfall an der Reihenschaltung einen vorgegebenen Wert
überschreitet.
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Dies ergibt eine besonders einfache Konstruktion.
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Es besteht auch die Möglichkeit, das Ableitventil mit einem Sperrventil
zu kombinieren, das die Verbraucherleitung bei unzulässig hohem Gasanteil sperrt.
Durch die Sperrungist in erhöhtem Maße gewährleistet, daß der Verbraucher nur gasfreie
oder gasarme Druckflüssigkeit erhält.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß das Ableitventil
durch die Drosselstelle eines Schieber gebildet ist, der eine kleinere, dem Zulaufdruck
der Reihenschaltung zugeordnete Druckfläche und eine größere, entgegegengesetzt
wirkende, mit einem Abgriff zwischen den beiden festen Drosseln verbundene Druckfläche
besitzt.
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Der Schieber nimmt als Funktion des Druckabfalles an den beiden Drosseln
eine passende Gleichgewichtsstellung ein. Das Verhältnis der beiden Druckflächen
kann gemäß einem passenden Druckabfall gewählt werden.
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Hierbei kann die größere Druckfläche durch eine Feder unterstützt
sein. Dann wirken die unterschiedlichen Flächenverhältnisse und die Feder zusammen,
um die Gleichgewichtsstellungen des Schiebers festzulegen. Im Vergleich zu einem
Schieber mit gleich großen Druckflächen und einer Feder kann bei unterschiedlichen
Flächenverhältnissen eine Feder mit einer Kennlinie, die eine geringere Neigung
hat, verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Druckregler vorgesehen ist,
der vom Druckabfall an mindestens einem Teil der Reihenschaltung beaufschlagt ist
und diesen auf einem vorgegebenen Wert hält. Mit Hilfe des Druckgebers kann der
Druckabfall an der Reihenschaltung begrenzt werden, so daß die Verluste gering sind.
Außerdem bildet der vorgegebene Druckabfall einen Bezugswert, auf Grund dessen sich
der Gasanteil mit höherer Genauigkeit bestimmen läßt.
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Günstig ist es, wenn der Druckregler den Druckabfall an der Reihenschaltung
konstant hält und der Druckabfall an der ersten Drossel abgreifbar ist. Der Druckregler
kann in diesem Fall an seiner Druckfläche direkt mit der Niederdruckseite verbunden
sein.
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Der gleiche Vorteil gilt auch, wenn der Druckregler den Druckabfall
an der zweiten Drossel konstant hält und der Druckabfalll an der ersten Drossel
abgreifbar ist.
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Eine andere Alternative besteht darin, daß der Druckregler den Druckabfall
an der ersten Drossel konstant hält und der Druckabfall an der Reihenschaltung abgreifbar
ist. Hier kann bei der Auswertung des abgegriffenen Druckabfalls der eine Meßpunkt
durch die Niederdruckseite gebildet sein.
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Der Druckregler kann ein in Reihe mit der Reihenschaltung angeordnetes
Druckminderventil sein. Auf diese Weise können Druckregelfunktion und Ableitfunktion
voneinander getrennt werden.
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Das Druckminderventil kann mit einem Zusatzventil kombiniert sein,
das erst öffnet, wenn eine ausreichende Druckflüssigkeitsmenge zur Verfügung steht.
Damit ist sichergestellt, daß die Reihenschaltung bevorzugt mit Druckflüssigkeit
versorgt wird und die übrigen Teile des Systems erst dann Druckflüssigkeit erhalten,
wenn die Funktionsweise der Reihenschaltung gewährleistet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer bevorzugter in der
Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1
das Schaltbild einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 das Schaltbild einer zweiten
Ausführungsform, Fig. 3 das Schaltbild einer dritten Ausführungsform und Fig. 4
das Schaltbild einer vierten Ausführungsform.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 bestimmt der Ausgang einer Pumpe 1
die Druckseite 2 eines hydraulischen Systems, während die Niederdruckseite durch
einen Behälter 3 dargestellt ist. Eine Reihenschaltung 4 einer ersten festen Drossel
5 und einer zweiten festen Drossel 6 ist unter Vorschaltung eines als Druckregler
7 wirkenden Druckminderventils 8 zwischen Druckseite 2 und Behälter 3 geschaltet.
Wenn der Pumpendruck mit P1 bezeichnet wird, herrscht in der Leitung 9 zwischen
Druckregler 8 und Reihenschaltung 4 ein konstanter Druck P2, am Abgriff 10 zwischen
den beiden Drosseln 5 und 6 ein variabler Druck P3 und am Ausgang der Reihenschaltung
4 ein konstanter Behälterdruck P4.
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Der Druckregler 7 weist einen Schieber 11 auf, der zwei gleich große
Druckflächen 12 und 13 besitzt. Die Druckfläche 12 ist durch den Druck P2, die Druckfläche
13 durch den Behälterdruck P4 und eine Feder belastet. Infolgedessen öffnet die
das Druckminderventil bildende Drosselstelle 8 soweit, daß der Druck P2 in der Leitung
9 konstant bleibt.
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Die Druckseite 2 führt zu einem kombinierten Ventil 15, das einen
Schieber 16 aufweist, der zwei gleich große Druckflächen 17 und 18 besitzt. Die
erste Druckfläche 17 ist vom Druck P2, die zweite Druckfläche 18 vom Druck P3 und
von einer Feder belastet. Durch zwei gegensinnig arbeitende Drosselstellen wird
ein Ableitventil 20, das zum Behälter 3 führt und ein Sperrventil 21 gebildet, das
zur Verbraucherleitung 22 führt.
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Im Normalbetrieb, wenn die Druckflüssigkeit keine Luft enthält, haben
die Druckabfälle an den festen Drosseln 5 und 6 ein festes Verhältnis. Der Druck
P3 hat einen so geringen Wert, daß der Schieber 16 nach rechts bewegt ist, so daß
das Ableitventil 20 geschlossen und das Sperrventil 21 geöffnet ist Wenn dagegen
die Druckflüssigkeit in erheblichem Maße Luft enthält, ist der Druckabfall an der
festen
Drossel 5 im Vergleich zum Druckabfall an der festen Drossel
6 kleiner. Da der Druck P2 konstant gehalten wird, nimmt der Schieber 16 eine Stellung
ein, in der das Ableitventil 20 geöffnet und das Sperrventil 21 ganz oder teilweise
geschlossen ist. Infolgedessen kann die lufthaltige Druckflüssigkeit vom Pumpenausgang
2 über das Ableitventil 20 zum Behälter 3 strömen, während der Verbraucher keine
wesentlichen Mengen an lufthaltiger Druckflüssigkeit empfängt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden für entsprechende Teile
um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. In diesem Fall sorgt das Druckminderventil
108 des Druckreglers 107 dafür, daß der Druckabfall an der zweiten festen Drosssel
106 konstant bleibt. Zu diesem Zweck ist die Druckfläche 112 des Schiebers 111 mit
dem Abgriff 110 verbunden und demnach vom Druck P3 belastet, während die gleich
große Druckfläche 113 vom Behälterdruck P4 und der Feder 114 belastet ist. Desweiteren
dient der Druckabfall an der ersten festen Drossel 105 zur Betätigung des kombinierten
Ventils 115. Dessen Schieber 116 ist an seiner kleineren Druckfläche 117 mit dem
geregelten Zulaufdruck P2 beaufschlagt und an seiner größeren Druckfläche 118 durch
den Druck P3 am Abgriff 110 und die Feder 119. Außerdem ist beim Druckregler 107
das Druckminderventil 108 mit einem Zusatzventil 123 kombiniert, das durch eine
zweite Drosselstelle des Schiebers 111 gebildet wird und erst öffnet, wenn eine
ausreichende Druckflüssigkeitwsmenge zur Verfügung steht, die dann über eine Leitung
124 zum kombinierten Ventil 115 geleitet wird.
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Wenn die Druckflüssigkeit keine Luft enthält und genügend Druckflüssigkeit
gefördert wird, nimmt der Schieber 111 eine Stellung ein, in der der Druckabfall
an der festen Drossel 106 konstant ist. Auch der Druckabfall an der festen Drossel
105 hat dann einen vorbestimmten Wer. Das Zusatzventil 123 ist ausreichend weit
geöffnet. Hat dagegen die
Druckflüssigkeit einen erheblichen Luftanteil,
bewegt sich der Schieber 111 nach links, so daß zwar der Druckabfall an der festen
Drossel 106 konstant bleibt, die über die Reihenschaltung 104 geförderte Druckflüssigkeitsmenge
aber kleiner ist. Dies bedeutet, daß der Druckabfall an der festen Drossel 105 sich
verringert. Der Schieber 116 bewegt sich nach rechts. Infolgedessen schließt das
Sperrventil 121, während das Ableitventil 120 öffnet. Auf diese Weise wird lufthaltige
Druckflüssigkeit rasch in den Behälter gefördert.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 werden für entsprechende Teile
um 200 gegenüber Fig. 1 erhöhte Bezugszeichen benutzt.
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In diesem Fall wird der Druckabfall an der ersten festen Drossel 205
konstant gehalten. Zu diesem Zweck ist der Schieber 211 des Druckreglers 207 an
der einen Druckfläche 212 vom Druck P2 in der Leitung 209 und an der anderen Druckfläche
213 vom Druck P3 am Abgriff 210 und von der Feder 214 beaufschlagt. Der Schieber
211 hat zwei gegensinnig arbeitende Drosselstellen, von denen die eine das Druckminderventil
208 und die andere das Sperrventil 221 bildet, das zur Verbraucherleitung 222 führt.
Das Ableitventil ist hier als Überdruckventil ausgeführt, das der Reihenschaltung
204 parallel geschaltet ist.
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Im Normalbetrieb, wenn die Druckflüssigkeit kein Gas enthält, regelt
der Druckregler 207 den Druck P2 so, daß der Druckabfall an der Drossel 205 konstant
ist. Dementsprechend ist auch der Druckabfall an der Drossel 206 konstant. Wenn
die Druckflüssigkeit dagegen Luft enthält, steigt der Druckabfall an der festen
Drossel 206 an, während derjenige an der Drossel 205 nach wie vor konstant gehalten
wird.
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Infolgedessen nimmt der Druckabfall an der Relhenschaltung 204 zu.
Wenn soviel Luft enthalten ist, daß der Druckabfall der Reihenschaltung den Ansprechwert
des Überdruckventil 220 überschreitet, öffnet dieses und die lufthaltige Druckflüssigkeit
kann direkt zum Behälter 203 abfließen.
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Da der Schieber 211 sich bei lufthaltiger Druckflüssigkeit nach links
bewegen muß, um den Druckabfall in der Drossel 205 konstant zu halten, wird gleichzeitig
das Sperrventil 221 in gewünschter Weise geschlossen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 werden für entsprechende Teile
um 300 gegenüber Fig. 1 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Der Schieber 311 weist
zwei Drosselstellen auf, von denen die eine ein Ableitventil 320 und die andere
ein Sperrventil 321 bildet. Der Schieber hat eine kleinere Druckfläche 312, die
unter dem Einfluß des Zulaufdrucks P1 steht, und eine größere Druckfläche 313, die
mit dem Abgriff 310 verbunden und daher mit dem Druck P3 beaufschlagt wird.
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Bei dieser Schaltung nimmt der Schieber 311 jeweils eine Stellung
ein, die vom Verhältnis des Druckabfalls an der ersten festen Drossel 305 zum Druckabfall
an der Reihenschaltung 304 und dem Verhältnis der Größen der Druckflächen 312 und
313 abhängt. Bei ausreichend kleinem Luftanteil geht der Schieber 311 in die rechte
Endlage, bei störendem Luftanteil in die linke Endlage.
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Die beschriebenen Vorrichtung ist nicht nur für hydraulische oder
hydrostatische Anlagen geeignet, sondern kann immer dann verwendet werden, wenn
ein gasförmiges und ein flüssiges Medium in Mischung auftreten, z.B. bei Emulsionen.
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Beispielsweise kann man das Meß- oder Steuerverfahren dazu ausnutzen,
den Gasanteil bei der Herstellung von Schaumstoff im richtigen Verhältnis einzustellen.
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