DE3638604C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fluidisches System mit Meßvorrichtung zum Prüfen einer Hydraulikkomponente, dessen Fluid Hochdrücke von mehreren hundert bar und/oder wechselnde Drücke aufweist, welches mit Meß-, Steuer- und/oder Regelleitungen versehen ist, die jeweils mit Meß-, Steuer- und/ oder Regelpunkten des Systems verbunden und zu einer Sammelvor­ richtung zusammengeführt sind.

Im Bereich der Mobilhydraulik sind aus Kostengründen oftmals keinerlei Meßpunkte für die Volumenstrommessung an Hydropumpen- oder -motoren vorgesehen. Stationär eingebaute Präzisions-Tur­ binen-Zahn- oder Ovalradzähler sind zu teuer oder für die oftmals gestellten harten Umgebungs- oder Betriebsbedingungen für jahre­ langen Betrieb nicht geeignet.

Für eine Volumenstromdiagnose eines Pumpenantriebs ist ein fest einzubauender Meßblock, bestehend aus einem Absperrhahn und den Festhälften einer hydraulischen Schnellkupplung bekannt. Im Service- oder Überprüfungsfall wird hierbei ein Volumenstromsensor vom Bedienungspersonal mittels geeigneter Hochdruckschläuche und korrespondierende Loshälften der hydraulischen Schnellkupplung angeschlossen. Diese Lösung ist für viele Anwendungen ebenfalls zu aufwendig und zu teuer.

Mit der EP 8 61 01 980 wird ein fluidisches System mit Meßvor­ richtung vorgeschlagen, bei dem auf einfache Art und Weise mittels eines Multisensorkopfes zu Diagnosezwecken verschiedene Ein­ zeldrücke gleichzeitig gemessen und an einem Instrument ausge­ wertet werden.

Bei dem bereits vorgeschlagenen fluidischen System in Kombination mit einer Meßvorrichtung, bei dem Meß-, Steuer- und/oder Regel­ leitungen mit den entsprechenden Punkten des Systems fest instal­ liert sind und zu einer Sammelvorrichtung führen, werden ebenfalls bereits vorgeschlagene Monokupplungen verwendet, welche zu einer Vielfachkupplung entwickelt werden, um die erfaßten Drücke über eine Multileitung zu übertragen, so daß die Messungen - aufge­ nommen an den verschiedensten Punkten des Systems - an zentraler Stelle und, falls erforderlich, auch gleichzeitig durchgeführt werden können.

Bei diesem Meßsystem werden eine Vielzahl von Sensoren, vorzugs­ weise Drucksensoren, mittels eines einzigen Kuppelvorganges mit den entsprechend zugeordneten Meßstellen oder Meßpunkten des Systems verbunden.

Die Sammelvorrichtung ist dabei als eine unter Betriebsdruck betätigbare Mehrfachschnellkupplung mit einem Dosen- und einem Steckerstück ausgebildet, und das weiterführende Stecker- oder Dosenstück ist mit einer eine Vielzahl von Sensoren aufweisenden Meßvorrichtung und/oder Regelvorrichtungen verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, robuste und nahezu wartungsfreie Meßvorrichtung zum Prüfen einer Hydraulikkomponente anzugeben, welche kompakt ausgebildet ist, zuverlässig und bei hohen Drücken und Wechseldrücken arbeitet und eine lange Lebensdauer aufweist.

Hierbei wird davon ausgegangen, daß Drosseln, Blenden und Venturi­ düsen bekannt sind. Bei der Verwendung dieser Meßelemente wird üblicherweise mit einem kleinen Differenzdruckpegel gearbeitet, um die Leitungsdruckverluste in erträglichen und zulässigen Grenzen zu halten, da moderne Anlagen mit hohem Wirkungsgrad auszulegen sind.

Bei sehr hohen Betriebsdrücken und der Darstellung kleiner Diffe­ renzdruckpegel sind die Grenzen der Auswertung des Differenz­ drucksignals über einfache, billige Druckaufnehmersysteme sehr schnell aus grundsätzlichen meßtechnischen Gründen erreicht, weil der Meßfehler beim Differenzdruck in halber Größe direkt in die Volumenstrommessung eingeht.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei dem eingangs aufge­ führten fluidischen System darin, daß in dem fluidischen System der Volumenstrom durch die Hydraulikkomponente (Prüfling) unmittelbar stromabwärts in Abhängigkeit von ihrem Arbeitsdruck meßbar ist, daß in dem fluidischen System mindestens eine in den Arbeitsstrom zuschaltbare Meßblende mit Druckmeßan­ schlüssen integriert ist, welche über Wirkdruckleitungen und Multimeßkupplungen mit einem Multisensorkopf und einer Auswerte­ elektronik zu einer Druck- und Volumenstrommeßeinrichtung ver­ bindbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Meßblende in einem Gehäuse angeordnet, welches eine Eingangs- und eine Ausgangs-Schraub­ verbindung und einen Betriebsströmungskanal mit einem Meßkanal aufweist, wobei sich in dem Betriebsströmungskanal ein betätig­ bares Sperrelement eines Absperrventils befindet, welches in Arbeitsstellung im Betriebsströmungskanal einen druckverlustfreien oder einen nahezu druckverlustfreien Querschnitt aufweist und in Meßstellung den Betriebsströmungskanal der Volumenmeßeinrichtung herme­ tisch schließt, so daß das gesamte Fluid den Meßkanal und die in diesem Kanal angeordnete Meßblende durchströmt.

Zur Herstellung eines kompakten Meßgerätes ist es vorteilhaft, eingangs- und ausgangsseitig zur Blende je eine Bohrung zur Aufnahme eines Drucksensors vorzusehen. Das Meßgerät ist somit als eine Baueinheit ausgebildet und läßt sich in eine hydrauli­ sche Leitung in einfacher Weise mittels Schraub- oder Flanschver­ bindungen einbauen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Meßblende mit einem aus der Volumenstrommeßein­ richtung herausnehmbaren Kopfstück des Absperr- und Durchgangs­ ventils verbunden, und in Achsrichtung der Ventilbohrung ist zwischen dem Hauptströmungskanal und dem Bypass eine Bohrung zur Durchführung der Meßblende und Aufnahme der Blendenbefestigung vorhanden.

Mit Hilfe der Erfindung kann beispielsweise eine Hydropumpe nahezu ideal, d. h. ohne nachträglichen Sensoreinbau in die Leitung und die dabei auftretenden Leckage-Umweltschutzprobleme, bei Voll- und Teillast zu jeder Zeit auf ihren momentanen Quali­ tätszustand überprüft werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer Fluid-Anlage mit Fluid-Lei­ tungen, zusammengeführt zu einer Sammelvorrich­ tung mit einer Meßvorrichtung;

Fig. 2 eine Multimeßkupplung mit Multisensorkopf und einem Volumenstrommeßgerät mit Sensoranschlüssen im Meßzustand mit geschlossenem Ventil;

Fig. 3 eine Ansicht eines Volumenstrommeßgerätes mit seinen Sensoranschlüssen im Betriebszustand mit offenem Ventil;

Fig. 4a einen Längsschnitt eines Volumenstrommeßgerätes mit Sensoren im Betriebszustand mit offenem Ventil,

Fig. 4b einen Längsschnitt eines Volumenstrommeßgerätes mit Sensoren gemäß Fig. 4a, um einen Winkel von 90° gedreht;

Fig. 4c eine Einzelheit Y aus Fig. 4a;

Fig. 5 einen Längsschnitt eines Volumenstrommeßgerätes mit Ventilkörper und Meßblende im Meßzustand mit geschlossenem Ventil.

In der Fig. 1 ist das Schaltbild einer Fluid-Anlage mit Fluid- Leitungen als ein Anwendungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Falle handelt es sich um einen hydraulischen Antrieb mit Hydrozylinder und einer mit Hilfe des Volumenstrommeßgerätes zu überwachenden und zu prüfenden hydraulischen Pumpe.

Die Fluidleitungen a, b, c, d, e, f, g und h sind mit den jewei­ ligen Elementen der Fluid-Anlage verbunden und führen sämtlich zu einer gemeinsamen Sammelvorrichtung 1, welche aus einem Stec­ ker- und einem Dosenstück 2 bzw. 3 besteht.

Eine Gruppe von Verbindungsleitungen des Dosenstückes 3 ist direkt mit einer Meßvorrichtung integral verbunden, während eine andere Gruppe von Fluidverbindungsleitungen oder elektrischen Leitern aus der Meßvorrichtung zu einem entfernt gelegenen Meß-, Steuer- und Regelgerät geführt ist. Die Sammelvorrichtung mit der Mehrfachschnellkupplung 1 und dem integrierten Meßgerät ermöglicht alle angesprochenen Variationen. Als Fluid-Anlage kommt jede Anlage in Frage, welche beispielsweise mit einer Hy­ draulik ausgerüstet ist. Es können mobile oder stationäre Anlagen sein. Zu den mobilen Anlagen zählen Erdbewegungsanlagen, wie Bagger, Rammvorrichtungen, ferner Transportfahrzeuge auf Rädern oder Ketten, Hebefahrzeuge oder dergleichen.

Die Mehrfachschnellkupplung 1, welche Bestandteil der Sammelvor­ richtung ist, kann jeweils gleichzeitig Hochdrücke von mehreren hundert bar oder wechselnde Drücke aufweisen.

Die Volumenstrommeßeinrichtung 4 mit ihren Sensormeßanschlüssen 5 oder 6 liegt vor der zu prüfenden Pumpe 7. Die Sensoranschlüsse 5 und 6 sind über die Leitungen g und h mit dem Dosenstück 2 verbunden.

Mit 8 ist ein Wegeventil bezeichnet, welches vor einem Drossel­ rückschlagventil 9 und einem entsperrbaren Rückschlagventil 10 sowie dem Arbeitszylinder 11 liegt. Die Ausgangsleitung 12 aus dem Arbeitszylinder führt über ein Sicherheitsventil 13 zum Wegeventil 8. Die Indexbezifferungen 1* bis 4* sowie 6* und 7* sind Druckmeßpunkte, welche sämtlich zum Dosenstück 2 führen. Hierzu zählen auch die Sensoranschlüsse 5 und 6.

Die Fig. 2 zeigt die Volumenstrommeßvorrichtung 4 mit ihren Sensoranschlüssen 5 und 6 im Meßzustand, welche über die Leitungen g und h mit dem Dosenstück 2 und dem Steckerstück 3 verbunden sind. Die Volumenstrommeßvorrichtung 4 ist mit einem Sperrventil 14 versehen, welches die Stellungen "Auf" und "Zu" einnehmen kann. Das Sperrventil (14) befindet sich in der Fig. 2 in Stel­ lung "Zu".

Die Fig. 3 zeigt die Volumenstrommeßvorrichtung 4 mit ihren Sensoranschlüssen 5 und 6 im Betriebszustand. Die Leitungen g und h sind mit dem Steckerstück 3 und dem Dosenstück 2 verbunden. Das Sperrventil 14 befindet sich in Stellung "Auf". Eine Schraub­ schutzkappe 15 dient dem mechanischen Schutz des Dosenstückes 2.

Die Fig. 4a zeigt einen Längsschnitt eines Volumenstrommeßgerätes 4 mit Sensoren 5 und 6 im Betriebszustand mit offenem Absperrven­ til 14, die Fig. 4b einen Längsschnitt des Volumenstrommeßgerätes 4, um einen Winkel von 90° gedreht. Die Fig. 4c zeigt die Einzel­ heit Y aus der Fig. 4a, und zwar das Ventil 14 im geschlossenen Zustand.

Die Volumenstrommeßeinrichtung 4 besteht aus einem Gehäuse 16 mit einer Eingangs- und einer Ausgangs-Schraubverbindung 17 und 18. Der Betriebsströmungskanal 19 ist als Bypass zum Meßströmungs­ kanal 20 ausgebildet. In dem Betriebsströmungskanal 19 befindet sich ein betätigbares Ventil- oder Sperrelement 14 eines Absperr­ ventils, welches in der Fig. 4a in Arbeitsstellung bzw. in geöff­ neter Stellung dargestellt ist.

Das Absperrventil 14 ist derartig ausgelegt, daß es im Betriebs­ strömungskanal 19 einen oder nahezu einen druckverlustfreien Querschnitt aufweist und in Meßstellung 19 der Volumenmeßeinrich­ tung 4 hermetisch schließt, so daß das gesamte Fluid den Meß­ strömungskanal 20 und eine in diesem angeordnete Meßblende 21 durchströmt. Eingangs- und ausgangsseitig zur Meßblende 21 sind Drucksensoren 5 und 6 angeordnet. Um auch die Temperatur bei den Messungen sofort berücksichtigen zu können, ist mindestens einer der Drucksensoren 5 oder 6 mit einem Temperatursensor integriert.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Betriebsströmungskanal 20′ als Bypass zum Meßströmungskanal 19′ ausgebildet ist. Hierbei ist die im Bypass oder im Meßströ­ mungskanal 19′ der Volumenstrommeßeinrichtung 4 liegende Meßblende 21 austauschbar ausgebildet.

In einer Ausführungsform ist hierbei die Meßblende 21 mit dem aus der Volumenstrommeßeinrichtung 4 herausnehmbaren Kopfstück 22 des Absperr- und Durchgangsventils 14 verbunden, wobei in Achsrichtung der Ventilbohrung zwischen dem Meßströmungskanal 19* und dem Bypass oder Betriebsströmungskanal 20* eine Bohrung 23 zur Durchführung der Meßblende 21 und Aufnahme der Blenden­ befestigung vorhanden ist.

Es ist nach der Erfindung jedoch auch möglich, die Meßblende 21 und abhängig von dem Kopfstück 22 des Ventils 14 durch eine durch die Gehäusewandung 24 vorgesehene Bohrung 25 zu führen und mit Hilfe von Hochdruckdichtungen abzudichten.

Claims (6)

1. Fluidisches System mit Meßvorrichtung zum Prüfen einer Hydraulikkomponente, dessen Fluid Hoch­ drücke von mehreren hundert bar und/oder wechselnde Drücke aufweist, welches mit Meß-, Steuer- und/oder Regelleitungen versehen ist, die jeweils mit Meß-, Steuer- und/oder Regel­ punkten des Systems verbunden und zu einer Sammelvorrichtung zusammengeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem fluidischen System der Volumenstrom durch die Hydraulikkompo­ nente (Prüfling) (7) unmittelbar stromabwärts in Abhängigkeit von ihrem Arbeitsdruck meßbar ist, daß in dem fluidischen System mindestens eine in den Arbeits­ strom zuschaltbare Meßblende (21) mit Druckmeßanschlüssen (5, 6) integriert ist, welche über Wirkdruckleitungen (g, h) und Multimeßkupplungen (2) mit einem Multisensorkopf (3) und einer Auswerteelektronik zu einer Druck- und Volumen­ strommeßeinrichtung verbindbar ist.

2. Fluidisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßblende in einem Gehäuse (16) angeordnet ist, welches eine Eingangs- und eine Ausgangs-Schraubver­ bindung (17 bzw. 18) und einen Betriebsströmungskanal (19) mit einem Meßkanal (20) aufweist, wobei sich in dem Betriebs­ strömungskanal (19) ein betätigbares Sperrelement eines Absperrventils (14) befindet, welches in Arbeitsstellung im Betriebsströmungskanal (19) einen druckverlustfreien oder einen nahezu druckverlustfreien Querschnitt aufweist und in Meßstellung den Betriebsströmungskanal (19) der Volumenstrommeßeinrichtung (4) hermetisch schließt, so daß das gesamte Fluid den Meßkanal (20) und die in diesem Kanal angeordnete Meßblende (21) durchströmt.

3. Fluidisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im Meßkanal (20) des Gehäuses (16) liegende Meßblende (21) austauschbar ausgebildet ist.

4. Fluidisches System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßblende (21) mit einem aus dem Gehäuse (16) herausnehmbaren Kopfstück (22) des Absperr- und Durch­ gangsventils verbunden ist und in Achsrichtung der Ventil­ bohrung (23) zwischen dem Hauptströmungskanal (20*) und dem Meßkanal (19*) eine Bohrung zur Durchführung der Meßblende (21) und Aufnahme der Blendenbefestigung vorhanden ist.

5. Fluidisches System nach Anspruch 1 oder einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ anschlüsse eingangs- und ausgangsseitig zur Meßblende (21) angeordnet sind und jede Bohrung zur Aufnahme je eines Drucksensors (5 bzw. 6) ausgebildet ist.

6. Fluidisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Drucksensoren (5 oder 6) einen integrierten Temperatursensor aufweist.