DE3530137A1 - Verfahren und vorrichtung zur anzeige des verschleisszustandes von hydraulikaggregaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anzeige des Verschleißzu­ standes von Hydraulikaggregaten, die einen mit Flüssigkeitspumpe und Flüssigkeitsmotor ausgestatteten geschlossenen Arbeitskreis­ lauf aufweisen, dem ständig ein konstantes Flüssigkeitsvolumen zu­ geführt und ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen entzogen wird.

Durch die deutsche Patentschrift 10 60 819 sind Hydraulikaggregate bekanntgeworden, deren geschlossener Arbeitskreislauf mit einer Flüssigkeitspumpe und zwei wechselweise beaufschlagbaren Flüssig­ keitsmotoren versehen ist. Beide Seiten des Arbeitskreislaufs sind durch Leitungen mit einer gemeinsamen Zahnradpumpe verbunden, die über Rückschlagventile ständig ein konstantes Flüssigkeitsvolumen in die jeweilige Saugseite des Kreislaufes einspeist. Über ein zwischen den beiden Kreislaufseiten liegendes Spülventil, das vom Beaufschlagungsdruck der jeweiligen Druckseite des Arbeitskreis­ laufs in eine Schaltstellung gerückt wird, in der es die Saugseite des Arbeitskreislaufs mit dem Sumpf verbindet, fließt ständig ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen aus dem Arbeitskreislauf zum Sumpf ab.

Mit der Betriebsdauer nimmt auch der Verschleiß in Hydraulikaggre­ gaten zu und macht sich störend bemerkbar. Und zwar sind es vor allem Flüssigkeitspumpe und Flüssigkeitsmotor, die einem stärkeren Verschleiß unterliegen. Dieser Verschleiß äußert sich in einer ständigen Zunahme der Leckverluste und in einer Verschlechterung des volumetrischen Wirkungsgrades des Hydraulikaggregates und so­ mit letztlich in einer Verringerung der Leistung dieses Aggrega­ tes. Bei hochbelasteten Winden, beispielsweise von Bergwerksma­ schinen, deren Flüssigkeitspumpe und Flüssigkeitsmotor im unmit­ telbaren Bereich des Ölsumpfes liegen, ist der Bedienungsmann ei­ ner solchen Maschine außerstande zu erkennen, was die eigentliche Ursache der Verringerung der Windenleistung ist.

Ziel der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, die in einem Hydraulikaggregat der eingangs erläuterten Gattung auftre­ tenden Leckverluste in ihrer Gesamtheit zu erfassen und anzuzei­ gen.

Die Erfindung geht dazu von dem eingangs erläuterten Stand der Technik aus und schlägt vor, das dem Arbeitskreislauf des Hydrau­ likaggregates zugeführte und das dem Arbeitskreislauf entzogene Flüssigkeitsvolumen ständig zu messen, beide Meßwerte miteinander zu vergleichen und Meßwertdifferenzen anzuzeigen und beim Errei­ chen eines kritischen Wertes zum Auslösen eines Signals zu nutzen. Da unterschiedliche Volumen der dem Arbeitskreislauf zufließenden und der ihm zur Kühlung und Filterung entzogenen Flüssigkeit stets auf Leckverluste hinweisen, kann diese Volumendifferenz zur Kon­ trolle und zur Anzeige der im Kreislaufsystem vorhandenen Leckage genutzt werden. Anhand dieser Differenz ist jederzeit eine genaue Information über die Höhe der Leckverluste möglich, die zur Beur­ teilung des Verschleißzustandes des Hydraulikaggregates dienen kann.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist es auch möglich, nur die Verringerung des dem Arbeitskreislauf fortlaufend entzogenen Flüs­ sigkeitsvolumens zu ermitteln und anzuzeigen und falls diese einen kritischen Wert überschreitet, mit deren Hilfe ein Signal auszulö­ sen. In diesem Fall erstreckt sich die Messung nur auf den abgeh­ enden Flüssigkeitsstrom, was den Meßaufwand reduziert.

Das Erfindungsproblem läßt sich aber auch lösen, indem man den in der Ablaufleitung des Arbeitskreislaufs vor einer Drosselstelle herrschenden Staudruck fortlaufend mißt, anzeigt und beim Errei­ chen eines kritischen Wertes zum Auslösen eines Signals nutzt. Da Drücke sich wesentlich genauer ermitteln lassen als Flüssigkeits­ volumen und das mit erheblich geringerem baulichen Aufwand, ist diese Methode besonders vorteilhaft zur Beurteilung des Ver­ schleißzustandes von Hydraulikaggregaten. Hervorzuheben ist hier­ bei die Genauigkeit der ermittelten Meßwerte, weil Flüssigkeits­ volumen und Flüssigkeitsdruck durch die Beziehung v = √ p mitein­ ander verknüpft sind, so daß bereits kleine Änderungen des Durch­ flußvolumens große Druckänderungen hervorrufen, was wesentlich zu einer exakten Meßwerterfassung beiträgt.

Zur weiteren Verbesserung dieser Methode kann die Drossel in einer von der Ablaufleitung, vor deren Druckbegrenzungsventil ausgehen­ den, das Druckbegrenzungsventil überbrückenden Bypass-Leitung an­ geordnet sein, die einen den Staudruck vor der Drossel erfassen­ den, mit einer Signaleinrichtung versehenen Druckmesser aufweist. Über diesen Nebenauslaß geht ständig ein verhältnismäßig kleines Flüssigkeitsvolumen vor dem Druckbegrenzungsventil der Ablauflei­ tung zum Sumpf ab. Da das Druckbegrenzungsventil den Flüssigkeits­ druck in der Ablaufleitung weitgehend konstant hält, macht sich in der Bypass-Leitung ein Druckabfall erst dann bemerkbar, wenn das aus dem Arbeitskreislauf über die Ablaufleitung austretende Flüs­ sigkeitsvolumen kleiner als das durch die Bypass-Leitung abflie­ ßende Flüssigkeitsvolumen wird. Folglich kann dieses Verfahren zur unmittelbaren Anzeige und zum Auslösen eines Signals beim Auftre­ ten eines kritischen Wertes genutzt werden, wenn man Bypass-Lei­ tung und Drossel derart auslegt, daß sie bei dem durch das Druck­ begrenzungsventil bestimmten Druck ein Flüssigkeitsvolumen passie­ ren lassen, das dem um das größt zulässige Leckölvolumen vermin­ derte Fördervolumen der Spülpumpe entspricht.

Vorteilhaft ist es, wenn der vor der Drosselstelle herrschende Staudruck einstellbar ist. Es läßt sich dann die Durchflußmenge der Drossel exakt auf den jeweiligen Bedarfsfall einstellen und unterschiedlichen Gegebenheiten des Hydraulikaggregates Rechnung tragen, die beispielsweise durch eine andere Liefermenge der Spülpumpe bedingt sein können.

Eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens setzt einen Arbeits­ kreislauf voraus, der mit einer Spülpumpe verbunden ist und ein zwischen beiden Kreislaufseiten liegendes und die jeweilige Saug­ leitung mit dem Sumpf verbindendes Spülventil aufweist. Bei einem Hydraulikaggregat dieser Bauart kann nach einem weiteren Erfin­ dungsmerkmal sowohl die Zulaufleitung der Spülpumpe als auch die Ablaufleitung des Spülventils mit je einer das durchströmende Flüssigkeitsvolumen erfassenden Meßeinrichtung ausgerüstet sein, die dem Durchtrittsvolumen proportionale elektrische Signale er­ zeugen und einem die Signaldifferenz bildenden Glied zuleiten, das mit einer Anzeigevorrichtung und mit einer Signaleinrichtung ver­ bunden ist. Dabei können als Meßeinrichtungen Turbinendurchfluß­ messer, Ovalradzähler, Ultraschall-Strömungsmesser oder Staugeräte benutzt werden.

Mit geringerem baulichen Aufwand arbeitet allerdings eine in der Ablaufleitung hinter einem Druckbegrenzungsventil angeordnete Drossel im Zusammenwirken mit einem zwischen Druckbegrenzungsven­ til und Drossel angeordneten, den Staudruck vor der Drossel erfas­ senden, mit einer Signaleinrichtung verbundenen Druckmesser. Dabei kann mit Hilfe einer die Drossel überbrückenden, mit einem Druck­ begrenzungsventil ausgestatteten Bypass-Leitung der Staudruck vor der Drossel eingestellt und den Gegebenheiten des Hydraulikaggre­ gates angepaßt werden.

Diese Anordnung läßt sich weiter verbessern und von Druckschwan­ kungen unabhängig machen, indem man eine von der Ablaufleitung vor deren Druckbegrenzungsventil ausgehende, das Druckbegrenzungsven­ til überbrückende Bypass-Leitung vorsieht, die mit einer Drossel versehen ist und einen den Staudruck vor der Drossel erfassenden, mit einer Signaleinrichtung versehenen Druckmesser aufweist. Legt man Bypass-Leitung und Drossel so aus, daß in ihnen der Flüssig­ keitsdruck erst abfällt, wenn die Leckverluste des Arbeitskreis­ laufs einen unzulässigen Wert annehmen, so kann der Druckmesser zum unmittelbaren Auslösen der Signaleinrichtung eingerichtet sein.

In den vorgenannten Fällen empfiehlt es sich, die Drossel als Meß­ blende auszubilden, da sie ein besonders störungsunempfindliches, weitgehend verlustfrei arbeitendes Bauteil bildet.

In den Abbildungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Schaltplan eines Hydraulikaggregates, des­ sen Zulaufleitung und Ablaufleitung mit je ei­ ner Meßeinrichtung ausgestattet sind;

Fig. 2 einen entsprechenden Schaltplan, in welchem die Mengenabnahme der Hydraulikflüssigkeit durch eine in der Ablaufleitung liegende Meß­ blende erfaßt wird.

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung

Der in der Fig. 1 dargestellte geschlossene Arbeitskreislauf 1 eines Hydraulikaggregates besitzt eine Flüssigkeitspumpe 2, die von einem nicht dargestellten Antriebsmotor angetrieben wird, und einen Flüssigkeitsmotor 3, dem - je nach Drehrichtung der Flüssig­ keitspumpe 2 - Druckflüssigkeit von der einen oder anderen Seite des Arbeitskreislaufes 1 zugeführt wird. Zwischen den beiden Sei­ ten a,b des Arbeitskreislaufes 1 befindet sich ein Spülventil 4, das der Beaufschlagungsdruck der Flüssigkeitspumpe 2 in eine Schaltstellung rückt, in der es die Saugseite a des Arbeitskreis­ laufes 1 über die Leitung 5 mit dem Sumpf 6 verbindet. Aus diesem Sumpf 6 saugt die Spülpumpe 7 über das Filter 8 ständig Flüssig­ keit an und speist sie über die Rückschlagventile 9 oder 10, die in den Leitungen 11 oder 12 liegen, in die Saugseite a des Ar­ beitskreislaufes 1 ein. Gleichzeitig hat das Spülventil 4 unter dem Arbeitsdruck der im Ausführungsbeispiel beaufschlagten Kreis­ laufseite b die dargestellte Schaltstellung eingenommen, in der die Seite a des Arbeitskreislaufes 1 mit dem Sumpf 6 verbunden ist. Folglich fließt hier ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen ständig zum Sumpf 6 ab. Sowohl in der zur Spülpumpe 7 führenden Zulaufleitung 13 als auch in der Ablaufleitung 5 des Spülventils 4 befindet sich je eine Meßeinrichtung 14, die das in der Zeitein­ heit durchströmende Flüssigkeitsvolumen erfaßt und ein der Größe dieses Volumens entsprechendes elektrisches Signal bildet, das über die Leitungen 15, 16 einem die Signaldifferenz bildenden Glied 17 zu geht. Dieses Glied 17 steht mit einer Anzeigevorrich­ tung 18 und mit einer Signaleinrichtung 19 in Verbindung. Flüssig­ keitsdifferenzen werden daher sofort erfaßt und angezeigt. Sie weisen stets auf Leckverluste hin, die, wenn sie ein vorgegebenes Maß überschreiten, ein optisches oder aber akustisches Signal aus­ lösen.

In dem Schaltplan nach der Fig. 2 besitzt nur die Ablaufleitung 5 des Spülventils 4 eine in Strömungsrichtung hinter dem Druckbe­ grenzungsventil 20 angeordnete Meßblende 21. Der vor dieser Meß­ blende 21 auftretende Staudruck wird ständig vom Druckmesser 22 erfaßt und angezeigt. Beim Überschreiten eines vorgegebenen Grenz­ wertes betätigt er eine nicht dargestellte Signaleinrichtung und zeigt damit an, daß die Leckverluste des Arbeitskreislaufes 1 ein tragbares Maß überschritten haben.

In dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 geht von der Ablauf­ leitung 5 zwischen Spülventil 4 und Druckbegrenzungsventil 20 eine Bypass-Leitung 23 ab, die das Druckbegrenzungsventil 20 überbrückt und zum Sumpf 6 führt. Sie ist anstelle der Ablaufleitung 5 mit einer Meßblende 21 ausgestattet und steht zwischen Meßblende 21 und Ablaufleitung 5 mit einem Druckmesser 22 in Verbindung. Wäh­ rend des Betriebes hält das Druckbegrenzungsventil 20 den Flüssig­ keitsdruck in der Ablaufleitung 5 konstant, und das abgehende Flüssigkeitsvolumen strömt teils über das Druckbegrenzungsventil 20, teils über die Meßblende 21 der Bypass-Leitung 23 dem Sumpf 6 zu. Leckverluste vermindern daher nur das durch die Ablaufleitung 5 über das Druckbegrenzungsventil 20 abgehende Flüssigkeitsvolu­ men, nicht aber das Flüssigkeitsvolumen, das über die Meßblende 21 der Bypass-Leitung 23 abgeht. Hier tritt eine Verminderung der dem Sumpf 6 zugehenden Flüssigkeit erst dann auf, wenn das Druckbe­ grenzungsventil 20 schließt und das um die Leckverluste des Hy­ draulikaggregates 1 verminderte Fördervolumen der Spülpumpe 7 in seiner Gesamtheit über die Bypass-Leitung abfließt. Bei entspre­ chender Auslegung der in der Bypass-Leitung 23 angeordneten Meß­ blende 21 kann dieser Druck zur Abgabe eines Signals herangezogen werden, das auf unzulässige Leckverluste des Hydraulikaggregates 1 hinweist.

In dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 wird die in der Fig. 2 mit 21 bezeichnete Meßblende von einer Bypass-Leitung 23 über­ brückt, die mit einem einstellbaren Druckbegrenzungsventil 20 aus­ gestattet ist. Letzteres bestimmt die Höhe des Staudruckes vor der Meßblende 21 und damit auch die über die Meßblende abgehende Flüs­ sigkeitsmenge, deren Größe einstellbar ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur Anzeige des Verschleißzustandes von Hydraulikag­ gregaten, die einen mit Flüssigkeitspumpe und Flüssigkeitsmotor ausgestatteten geschlossenen Arbeitskreislauf aufweisen, dem ständig ein konstantes Flüssigkeitsvolumen zugeführt und ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen entzogen wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das dem Arbeitskreislauf (1) zugeführte und das dem Arbeitskreislauf (1) entzogene Flüssigkeitsvolumen ständig gemessen wird und beide Meßwerte miteinander verglichen und Meßwertdifferenzen angezeigt und beim Erreichen eines kri­ tischen Wertes zum Auslösen eines Signals genutzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Verringerung des dem Arbeitskreislauf (1) fortlaufend entzoge­ nen Flüssigkeitsvolumens ermittelt und angezeigt wird und beim Überschreiten eines kritischen Wertes ein Signal auslöst.

3. Verfahren zur Anzeige des Verschleißzustandes von Hydraulikag­ gregaten, die einen mit Flüssigkeitspumpe und Flüssigkeitsmotor ausgestatteten geschlossenen Arbeitskreislauf aufweisen, dem ständig ein konstantes Flüssigkeitsvolumen zugeführt und ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen entzogen wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der in der Ablaufleitung (5) des Arbeits­ kreislaufs (1) vor einer Drosselstelle (21) herrschende Stau­ druck fortlaufend gemessen, angezeigt und beim Erreichen eines kritischen Wertes zum Auslösen eines Signals genutzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vor einer Drosselstelle (21) herrschende Staudruck innerhalb einer von der Ablaufleitung (5) ausgehenden, ein Druckbegrenzungsven­ til (20) der Ablaufleitung (5) überbrückenden Bypass-Leitung (23) ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vor der Drosselstelle (21) herrschende Staudruck einstellbar ist.

6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, deren Arbeitskreislauf mit einer Spülpumpe verbunden ist und ein zwi­ schen beiden Kreislaufseiten liegendes und die jeweilige Saug­ seite mit dem Sumpf verbindendes Spülventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufleitung (13) der Spülpumpe (7) und die Ablaufleitung (5) des Spülventils (4) mit je einer Vo­ lumenmeßeinrichtung (14) ausgerüstet sind, die dem Durchtritts­ volumen proportionale elektrische Signale erzeugen und einem die Signaldifferenz bildenden Glied (17) zuleiten, das mit ei­ ner Anzeigevorrichtung (18) und mit einer Signaleinrichtung (19) verbunden ist.

7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 3, ge­ kennzeichnet durch eine in der Ablaufleitung (5) hinter einem Druckbegrenzungsventil (20) angeordnete Drossel (21) und einen zwischen Druckbegrenzungsventil (20) und Drossel (21) ange­ schlossenen, den Staudruck vor der Drossel erfassenden, mit ei­ ner Signaleinrichtung verbundenen Druckmesser (22).

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine die Drossel (21) überbrückende, mit einem Druckbegrenzungsventil (20) ausgestattete Bypass-Leitung (23).

9. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drossel (21) in einer von der Ab­ laufleitung (5), vor deren Druckbegrenzungsventil (20) ausgeh­ enden, das Druckbegrenzungsventil (20) überbrückenden Bypass- Leitung (23) angeordnet ist, die einen den Staudruck vor der Drossel (21) erfassenden, mit einer Signaleinrichtung versehe­ nen Druckmesser (22) aufweist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7, 8 und 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drossel (21) als Meßblende ausgebildet ist.