DE4116482A1 - Verfahren zum messen des druckes eines gases in einem gasdruckspeicher und vorrichtung zum durchfuehren desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Druckes eines Gases in einem Gasdruckspeicher, der an einen Fluid­ kreislauf anschließbar ist und bei dem das Gas über ein Trennelement von einem Fluid getrennt ist, sowie eine Vorrich­ tung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Gasdruckspeicher, wie Kolbenspeicher, Membranspeicher oder Blasenspeicher, weisen vor ihrem Anschluß an den jeweiligen Fluidkreislauf auf der Gasseite einen vorgebbaren Druck-Soll­ wert auf, den man auch als die Gasvorspannung des Speichers bezeichnet.

Bei dahingehenden Speichern ist es nun notwendig, die Gas­ vorspannung, die zum bestimmungsgemäßen Betrieb erforder­ lich ist, in gewissen zeitlichen Abständen zu kontrollieren, da in Abhängigkeit von der Betriebsweise des Speichers mit gewissen Gasverlusten zu rechnen ist. Hierzu ist es bisher notwendig gewesen, den Fluidkreislauf mit dem jeweils ange­ schlossenen Speicher drucklos zu machen, jedenfalls zumindest den Teil der Anlage, die den Speicher betrifft, um dann in diesem drucklosen Zustand den Druck-Sollwert bzw. den Gas­ vorspannungsdruck des in dem Speicher befindlichen Gases, meist in Form von Stickstoffgas, zu überprüfen und gege­ benenfalls nachzufüllen. Zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens wird auf der Gasseite eine Füll- und Prüfvorrich­ tung auf den Speicher aufgesetzt, mit der mittels eines Manometers der tatsächlich auf der Gasseite herrschende Druck-Istwert gemessen wird. Unterschreitet dieser Druck- Istwert den Wert der Gasvorspannung, wird mittels der Füllvor­ richtung der Speicher befüllt und dieser Füllvorgang mittels des Manometers überwacht. Die dahingehende Vorgehensweise ist zeitintensiv und der Speicher samt dem dazugehörigen Teil des Fluidkreislaufes nicht betriebsbereit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen, die eine Überprüfung der Gasvorspannung in einem Gasdruckspeicher erlauben, ohne daß die Einsatzbereit­ schaft für den zugehörigen Fluidkreislauf beeinträchtigt ist. Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. eine Vorrichtung zum Durchführen die­ ses Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruches 2.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer vorgeb­ baren Lage des Trennelementes der ihm in dieser Lage zuorden­ bare Gasdruck mittels eines fluidseitig angeordneten Druck­ wertaufnehmers gemessen.

Die vorgebbare Lage des Trennelementes, das aus einem Kolben, einer Membran oder einer Blase bestehen kann, ist derart gewählt, daß man den dazu zuordenbaren Gasdruck, beispiels­ weise durch Versuchsmessungen ermittelt, kennt. Dieser zu­ ordenbare Gasdruck läßt sich durch den fluidseitig angeord­ neten Druckwertaufnehmer messen und ins Verhältnis zu dem gewünschten Gasdruck-Sollwert bzw. der Gasvorspannung setzen. Bei einem Unterschreiten dieses letztgenannten Wertes durch den Gasdruck-Istwert ist der Gasdruckspeicher mittels der angesprochenen Füllvorrichtung erneut befüllbar. Mit der angesprochenen Vorgehensweise ist eine kontinuierliche Über­ wachung des Speichers möglich und die Einsatzbereitschaft des Fluidkreislaufes nicht beeinträchtigt. Die erfindungs­ gemäße Vorrichtung stellt das Einnehmen der vorgebbaren Lage durch das Trennelement mittels einer Überwachungseinrich­ tung fest, die anschließend die Meßwertaufnahme mittels des Druckwertaufnehmers veranlaßt. Hierdurch läßt sich die Meßwertaufnahme und gegebenenfalls das Nachfüllen des Gas­ druckspeichers automatisieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt die einzige Figur den unteren Teil eines Blasenspei­ chers, wobei die dem Betrachter zugewandte linke Bildhälfte den Speicher in einer seiner Arbeitsstellungen und die rechte Bildhälfte in der Meßstellung wiedergibt.

Der Gasdruckspeicher in Form des Blasenspeichers gemäß der Zeichnung weist als Gehäuse 10 einen Stahlbehälter auf.

In dem Gehäuse 10 werden das Gas in Form von Stickstoff und die Druckflüssigkeit in Form von Hydrauliköl durch eine geschlossene elastisch ausgebildete Blase 12 voneinander getrennt. Hierbei ist das Gas im Inneren der Blase 12 einge­ schlossen, die im Sinne der Erfindung das Trennelement des Gasdruckspeichers darstellt. An seinem in der Figur gesehen unteren Ende weist das Gehäuse 10 ein Anschlußteil 14 in üblicher und daher nicht näher beschriebener Weise auf, über das der Blasenspeicher an einen Fluidkreislauf (nicht dargestellt) anschließbar ist, der offen oder geschlossen sein kann.

Das Anschlußteil 14 bildet im wesentlichen einen Hohlzylinder aus und das mittig in ihm geführte Tellerventil 16 ist aus einem nicht-magnetischen Werkstoff gebildet. Ein Kraftspeicher in Form einer Druckfeder 18 stützt sich mit seinem einen Ende an dem in der Figur gesehen unteren Teil des Tellers 20 des Tellerventiles 16 und mit seinem anderen Ende an einer Hohlbüchse 22 ab, die mittig im Anschlußteil 14 und als Bestandteil desselben angeordnet ist. Das die Hohlbüchse 22 mit dem Anschlußteil 14 verbindende Verbindungsteil (nicht dargestellt) ist von mindestens zwei Längsbohrungen 24 durch­ brochen, die eine mögliche Verbindung der Fluidseite des gezeigten Blasenspeichers mit dem nicht dargestellten Fluid­ kreislauf herstellen.

In der Hohlbüchse 22 ist die Ventilstange 26 des Teller­ ventiles 16 in Richtung der Längsachse 28 des Blasenspei­ chers längsverfahrbar geführt und an ihrem einen Ende mit dem Teller 20 verbunden, wohingegen sie an ihrem anderen Ende einen buchsenartigen nicht-magnetischen Schaltglied­ träger 30 aufweist, auf dem stoß- und druckfrei als Schalt­ glied 32 ein Permanentmagnet in Form eines Ringes gelagert ist. Mit seinem flanschartigen Fortsatz 34 kann bei ent­ sprechend weit geöffneter Ventilstellung des Tellerventi­ les 16 der Schaltgliedträger 30 in eine Ausnehmung der Hohlbüchse 22 eingreifen und mit dieser zusammen einen An­ schlag für das Tellerventil 16 in seiner vollständig geöff­ neten Stellung bilden. Der auf dem Flanschsockel 36 angeord­ nete Permanentmagnet 32 weist in dieser Anlagestellung, wie dies insbesondere die linke Figurenhälfte zeigt, einen axialen Abstand zu der Unterseite der Hohlbüchse 22 auf und kommt mithin mit dieser nicht in Anlage.

Das Schaltglied 32 ist Teil einer Überwachungseinrichtung für die Position des Tellerventiles 16, wobei das Schalt­ glied 32 mit einem anderen Teil der Überwachungseinrichtung in Form eines in das Anschlußteil 14 einschraubbaren Sen­ sors 38 zusammenwirkt, dessen Gehäuse ebenfalls aus einem nicht-magnetischen Werkstoff gebildet ist. Bei dem Sensor 38 handelt es sich um einen sogenannten Reed- oder Hallsensor, der aus einem mittels des Magneten 32 betätigbaren Schalter gebildet ist bzw. den Halleffekt ausnutzt. Dahingehende Sensoren sind auf dem Markt frei erhältlich und werden daher an dieser Stelle nicht mehr näher beschrieben.

Dank der derart ausgebildeten Überwachungseinrichtung ist ein berührungsloses und damit verlustfreies Erfassen der Lage des Tellerventiles 16 und wie noch gezeigt werden wird der Blase 12 möglich. Das Schaltglied 32 kann aber auch aus einem Hocken gebildet sein, der mit einem feststehenden derart betätigbaren Schalter (nicht dargestellt) zusammen­ wirkt. Auch braucht der Sensor 38 nicht, wie in der Figur dargestellt, seitlich von der Verfahrrichtung des Tellerven­ tiles 16 am Anschlußteil 14 angeordnet zu sein, sondern kann vielmehr in der Verfahrrichtung des Tellerventiles 16, also in Richtung der Längsachse 28, in der Figur gesehen unterhalb des Schaltgliedträgers 30 liegen, wobei darauf zu achten ist, daß auch bei vollständig geschlossenem Teller­ ventil 16 noch in Richtung der Längsachse 28 gesehen, ein axialer Abstand zu dem derart angeordneten Sensor (nicht dargestellt) verbleibt. Zweckmäßigerweise ist dann das Schalt­ glied in der Figur gesehen unterhalb des Schaltgliedträgers angeordnet und mit diesem beispielsweise über eine Halte­ schraube (nicht dargestellt) fest verbunden.

Neben dem Sensor 38 und unterhalb desselben angeordnet ist in dem Anschlußteil 14 noch ein handelsüblicher Druckwert­ aufnehmer 40 eingeschraubt, mittels dem sich fluidseitig der jeweils im Anschlußteil 14 herrschende Fluiddruck bestim­ men läßt. Sensor 38 und Druckwertaufnehmer 40 verfügen beide über entsprechende elektrische Anschlüsse 42, mittels denen sie an eine Rechnereinheit (nicht dargestellt) anschließbar sind, die den Sensor 38 und den Druckwertaufnehmer 40 für einen Meßvorgang ansteuert und die die Meßwert-Auswertung vornimmt.

Zum besseren Verständnis wird anhand der oben erläuterten Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren näher dargestellt. Vor Ausliefern des Blasenspeichers an den Abnehmer und damit vor Anschließen desselben an den Fluidkreislauf wird über ein Gasventil (nicht dargestellt), das an dem dem Teller­ ventil 16 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 10 angeordnet ist, die Speicherblase 12 mit Gas eines vorgebbaren Druck- Sollwertes befüllt, den man auch als Gasvorspannung des Blasenspeichers bezeichnet. Die derart mit Gas vorgespannte Speicherblase 12 füllt dann den Stahlbehälter 10 ganz aus und schließt das Tellerventil 16, so daß der Teller 20 ent­ gegen der Kraftrichtung der Druckfeder 18 in dichtender Anlage mit dem in der Figur gesehen oberen Ende des Anschluß­ teiles 14 ist. Das Tellerventil 16 verhindert mithin ein Austreten der Speicherblase 12 aus dem Inneren des Gehäuses 10 und schützt sie im übrigen vor Beschädigung.

Ist der Blasenspeicher an den Fluidkreislauf bzw. an das Hydrosystem angeschlossen und erreicht oder übersteigt der Druck des Fluids den Wert der vorgebbaren Gasvorspannung, dann öffnet das Ventil, was in der linken Bildhälfte der Figur dargestellt ist. Das Fluid fließt in das Innere des Speichers und komprimiert den Stickstoff in der Speicher­ blase 12. Das Gasvolumen in der Blase 12 verringert sich dabei um das aufgenommene Flüssigkeitsvolumen. Bei Flüssig­ keitsentnahme aus dem Speicher wird die Speicherblase 12 wiederum größer und nimmt beispielsweise die in der Figur gesehen rechte Position ein. In dieser Stellung ist das Tellerventil 16 nahezu geschlossen und die Speicherblase 12 nimmt weitestgehend eine Stellung ein, wie sie sie innehat, wenn sie mit dem Druck-Sollwert bzw. der Gasvorspannung ursprünglich geladen wird, bei der sich das Tellerventil 16 in Schließstellung befindet.

Das Schaltglied 32 und der Sensor 38 sind nun derart zuein­ ander angeordnet, daß unmittelbar vor Erreichen der Schließ­ lage des Tellerventils 16 der Druckwertaufnehmer 40 den Druckwert erfassen kann, wie er fluidseitig im Anschluß­ teil 14 herrscht. In dieser Meßstellung, also unmittelbar vor dem Aufschlagen des Ventiltellers 20 auf seinem Sitz, betätigt das Schaltglied 32 den Sensor 38 und dieser wiederum mittels der Recheneinheit (nicht dargestellt) den Druckwert­ aufnehmer 40 für eine Messung. Bei dieser Messung ist der fluidseitige Systemdruck weitgehend abgefallen, denn anson­ sten könnte das Tellerventil 16 nicht schließen und der in der Speicherblase 12 tatsächlich herrschende Gasdruck- Istwert ist unmittelbar über den Druckwertaufnehmer 40 erfaß­ bar, da Systemdruck und Gasdruck zumindest kurz vor Schließen des Tellerventiles 16 verlustfrei miteinander gekoppelt sind.

Der innerhalb der Speicherblase 12 herrschende Gasdruck-Ist­ wert wird in der Meßstellung, wie er in der Figur gesehen rechts dargestellt ist, auch bei einem gasverlustfreien Betrieb, wie er anfänglich gegeben sein mag, geringfügig größer sein als bei vollständig zugeschlagenem Tellerventil 16; einer Stellung, die dem eigentlichen Gasdruck-Sollwert zuzu­ ordnen ist, die aber wegen der damit einhergehenden Unterbre­ chung der Fluidverbindung zwischen dem Inneren des Gehäuses 10 und dem Anschlußteil 14 für eine Messung nicht verwertbar ist. Dieser geringfügige Unterschied zwischen dem Druck-Soll­ wert bei geschlossenem Ventil 16 und dem "fiktiven" Druck- Sollwert kurz vor Schließen des Ventiles 16 ist aber mittels der Recheneinheit kompensierbar, die aus Vergleichsmessungen den zuordnebaren Gasdruck-Sollwert für die Speicherblase 12 in der Meßstellung kennt und bei einem etwaigen Unter­ schreiten dieses "fiktiven" Druck-Sollwertes einen Nachfüll­ vorgang automatisch veranlaßt.

Aus dem eben Gesagten wird deutlich, daß auch in einer anderen vorgebbaren Lage des Trennelementes sich dieser Lage ein "fiktiver" Druck-Sollwert zuordnen läßt, der auf die ursprüng­ lich herrschende Gasvorspannung umrechenbar ist und der nach Erfassen des tatsächlichen Gasdruck-Istwertes mittels des Druckwertaufnehmers 40 gegebenenfalls einen Nachfüllvor­ gang in Gang setzt. Vorzugsweise wird aber die Druckmessung des Druckwertaufnehmers 40 zur Vermeidung von Meßfehlern immer bei gleicher Stellung des Ventiltellers bzw. der damit einhergehenden gleichen Stellung der Speicherblase 12 erfol­ gen, wobei die genauesten Meßergebnisse kurz vor dem Auf­ schlagen des Ventiltellers 20 auf dem Anschlußteil 14 erreich­ bar sind. Mit dem dahingehenden Verfahren würde sich auch eine Druckerhöhung über den Druck-Sollwert hinaus feststellen und korrigieren lassen.

Mittels eines Temperaturfühlers (nicht dargestellt), der neben dem Druckwertaufnehmer 40 in dem Anschlußteil 14 anor­ denbar wäre, könnte der bei der jeweiligen Messung herrschende Temperaturwert mit erfaßt werden, so daß der Rechner in der Lage wäre, die bei dieser Temperatur herrschenden Druck­ werte auf diejenigen Druckwerte umzurechnen, die bei dem ursprünglichen Befüllen des Blasenspeichers zum Erzielen der Gasvorspannung mit der dabei herrschenden Temperatur gemessen werden. Meßfehler aufgrund von Temperaturschwan­ kungen können damit ausgeschlossen werden.

Das an dem Tellerventil angebrachte Schaltglied könnte auch unmittelbar an dem Trennglied angebracht sein, beispielsweise an oder in dem Kolben eines Kolbenspeichers, der dann mit einem Sensor zusammenwirken könnte, der außerhalb des Spei­ chergehäuses angebracht ist.

Im übrigen ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein vollständiger Gasverlust in der Blase feststellbar, wie er bei einem Riß in der Blasenhaut auftreten kann, denn das Tellerventil schließt dann nicht mehr, was die Überwa­ chungseinrichtung erkennt.

Die vorstehende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich nur auf die Angabe von Merkmalen, die für die beispiels­ weise Verkörperung der Erfindung wesentlich sind. Soweit daher Merkmale in der Beschreibung und in der Zeich­ nung offenbart und in den Ansprüchen nicht genannt sind, dienen sie erforderlichenfalls auch zur Bestimmung des Gegen­ standes der Erfindung.

Claims (8)

1. Verfahren zum Messen des Druckes eines Gases in einem Gasdruckspeicher, der an einen Fluidkreislauf anschließbar ist und bei dem das Gas über ein Trennelement von einem Fluid getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorgebbaren Lage des Trennelementes (12) der ihm in dieser Lage zuordnebare Gasdruck mittels eines fluidseitig ange­ ordneten Druckwertaufnehmers (40) gemessen wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einnehmen der vorgebbaren Lage durch das Trennelement (12) mittels einer Überwa­ chungseinrichtung feststellbar ist, die die Meßwertaufnahme mittels des Druckwertaufnehmers (40) veranlaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruckspeicher ein Blasenspeicher ist, dessen Tellerventil (16) einen Teil der Überwachungseinrichtung und dessen Anschlußteil (14), das für den Anschluß an den Fluidkreislauf vorgesehen ist, den Druckwertaufnehmer (40) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Überwachungseinrichtung des Tellerventils (16) ein Schaltglied (32) aufweist, das mit einem am Anschluß­ teil (14) angeordneten Teil der Überwachungseinrichtung in Form eines Sensors (38) zusammenwirkt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (32) aus einem Magneten und der Sensor (38) aus einem mittels des Magneten betätigbaren Schalter gebildet ist oder den Halleffekt ausnutzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sensor (38) in der Verfahrrichtung des Teller­ ventils (16) oder seitlich davon am Anschlußteil (14) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (32) und der Sensor (38) derart zueinander angeordnet sind, daß unmittelbar vor Erreichen der Schließlage des Tellerventiles (16) der Druckwertaufnehmer (40) den Druckwert erfaßt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens einen Temperaturfüh­ ler aufweist.