DE4227657A1 - Ultraschall-Prüfeinrichtung für Gasdruckspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung einer vorgebbaren Sollposition, die von einem innerhalb eines Spei­ chers verfahrbaren Trennelement einnehmbar ist, der mit Gas befüllbar und an einen Fluidkreislauf anschließbar ist.

Dahingehende Speicher, die auch als Gasdruckspeicher bezeich­ net werden und zu denen Kolbenspeicher, Membranspeicher und Blasenspeicher gehören, weisen vor ihrem Anschluß an den jeweiligen Fluidkreislauf auf der Gasseite einen vorgebbaren Druck-Sollwert auf, den man auch als die Gasvorspannung des Speichers bezeichnet. Bei dahingehenden Speichern ist es notwendig, die Gasvorspannung, die zum bestimmungsgemäßen und sicheren Betrieb erforderlich ist, in gewissen zeitlichen Abständen zu kontrollieren, da in Abhängigkeit von der Be­ triebsweise des Speichers mit gewissen Gasverlusten zu rechnen ist. Ferner darf in Sicherheitseinrichtungen die Gasfüllung oder der Gasdruck in einem Speicher einen Mindestwert nicht unterschreiten, damit gewährleistet ist, daß das System seine Funktion aufrechterhält.

In der DE 40 06 905 A1 ist zum Einhalten eines vorgebbaren Druck-Sollwertes in dem Speicher vorgeschlagen worden, einen Meßvorgang durchzuführen, bei dem zumindest zeitweise eine das Gas austauschende Verbindung zwischen dem Speicher und einer nur einen Bruchteil des Speichervolumens aufweisenden Meßkam­ mer hergestellt wird, die über eine entsprechende Druckmeßein­ richtung verfügt. Um den vorgebbaren Druck-Sollwert einzuhal­ ten, wird bei einem Unterschreiten desselben so lange die Verbindung zwischen dem Speicher und einer Nachfülleinrichtung über die dann als Dosierkammer dienende Meßkammer hergestellt, bis der Druck-Istwert im Speicher wieder gleich dem Sollwert ist. Für dieses bekannte Verfahren zur Feststellung der Gas­ vorspannung ist gerätetechnisch ein hoher Aufwand erforderlich und ein vollautomatischer Betrieb ist nur mit einer kompli­ ziert aufbauenden Steuerung erreichbar, was die bekannte Überprüfungsvorrichtung teuer in Herstellung und Betrieb werden läßt.

Um den gerätetechnischen Aufwand zu verringern, ist in der nachveröffentlichten DE 41 16 482 für einen Blasenspeicher vorgeschlagen worden, bei einer vorgebbaren Lage des Trennele­ mentes (Speicherblase) den ihm in dieser Lage zuordenbaren Gasdruck-Sollwert mittels eines fluidseitig angeordneten Druckwertaufnehmers zu messen, wobei die Lageüberwachung des Trennelementes über die mittels einer Überwachungseinrichtung feststellbare Schließstellung des Tellerventils des Speichers erfolgt. Dennoch ist für jeden einzelnen zu überwachenden Speicher ein hoher gerätetechnischer Aufwand erforderlich. Ferner ist die notwendige Meßeinrichtung zur Verarbeitung der Lagedaten des Tellerventiles und für das Erfassen der Werte des Druckwertaufnehmers auf der Fluidseite technisch aufwen­ dig, was insgesamt die Überprüfungsvorrichtung teuer in Her­ stellung und Betrieb werden läßt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überprüfung eines Gasdruck-Sollwertes in einem Speicher zu schaffen, die kosten­ günstig in der Herstellung und im Betrieb ist und mit der sich eine Vielzahl von Speichern überprüfen läßt, ohne daß diese in ihrer Grundkonstruktion verändert werden müßten.

Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 in seiner Gesamtheit. Dadurch, daß das Trennele­ ment mindestens einen Prüfkörper aufweist, dem eine sichtbare, die Sollposition des Trennelementes kennzeichnende Markierung zugeordnet ist, auf die bezogen eine für den jeweiligen Prüf­ körper vorgesehene Ultraschall-Prüfeinrichtung auf den Spei­ cher aufsetzbar ist, läßt sich mit nur einer einzigen Prüfein­ richtung eine Vielzahl von Speichern einer bestimmten Größen­ ordnung überprüfen, so daß der gerätetechnische Aufwand sich in Grenzen hält. Ferner brauchen die zu überprüfenden Speicher konstruktiv nicht abgeändert zu werden, was einem funktions­ sicheren und kostengünstigen Betrieb der Speicher sowie der mit ihnen ausgerüsteten Anlagen entgegenkommt. Ultra­ schall-Prüfeinrichtungen gehören seit vielen Jahren zum Stand der Technik und mit ihrem Einsatz sind viele Anwender von Gasdruckspeichern aus anderen technischen Bereichen, wie der Werkstoffprüfung, vertraut, so daß technische Probleme bei der Einführung der erfindungsgemäßen Überprüfungsvorrichtungen anwenderseitig nicht zu erwarten stehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Trennelement mehrere, einen vorgebbaren Abstand voneinander aufweisende Prüfkörper auf, wobei die Ultraschall-Prüfeinrichtung ein Handgerät hat, das für jeden Prüfkörper über einen Prüfkopf verfügt. Durch die Verwendung mehrerer Prüfkörper, insbesondere von zwei Prüfkörpern, läßt sich sicher die Position des Trennelementes und damit das Vorhandensein des vorgebbaren Gasdruck-Sollwertes im Speicher feststellen. Bei drei und mehr Prüfkörpern ist ein redundantes System gegeben und der Ausfall eines Prüfkörpers oder Prüfkop­ fes hat nicht das Versagen der gesamten Überprüfungsvorrich­ tung zur Folge. Die Ausgestaltung eines Teiles der Ultra­ schall-Prüfeinrichtung als Handgerät erlaubt einen bedie­ nerfreundlichen mobilen Einsatz, so daß eine Vielzahl von gleichartigen Speichern mit nur einer Prüfeinrichtung in vorgebbaren Zeitabständen überprüfbar ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ist der jeweilige Prüfkörper aus einem Führungsband und/oder aus einem Dichtring des Trennelementes gebildet. Auf diese Art und Weise können bereits üblicherweise bei einem Trennelement vorgesehene Führungsbänder und Dicht­ ringe als Prüfkörper zum Einsatz kommen, so daß konstruktive Änderungen am Trennelement durch Anbringen zusätzlicher Prüf­ körper entfallen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung sind die Markierungen am Außenumfang des Speichers anzubringen, deren Abstand voneinander gleich der Höhe des Trennelementes ist, wobei das Handgerät in eine fluchtende Lage mit den Markierungen bringbar ist. Auf diese Art und Weise ist eine sichere Positionierung des Handgerätes innerhalb der vorgegebenen Markierungen, die durch die Sollage des Trennelementes bestimmt sind, gewährleistet, so daß Meß­ fehler mit Sicherheit vermieden sind. Die Markierungen können auch einen davon abweichenden Abstand einnehmen, so daß eine Art Toleranzfeld gebildet ist, innerhalb dessen der Kolben seine Sollage derart einnehmen kann, daß die Funktionsfähig­ keit des Gasdruckspeichers gemäß den Vorgabewerten noch er­ füllt ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung weist das Handgerät eine Schnittstelle auf, mit der es an eine Meßeinrichtung des Ultraschall-Prüfge­ rätes anschließbar ist. Hierdurch läßt sich stationär die Meßeinrichtung des Ultraschall-Prüfgerätes innerhalb einer hydraulischen Anlage mit den Speichern anordnen und ein Hand­ gerät braucht dann jeweils nur über seine Schnittstelle an eine dem Speicher zugeordnete Schnittstelle der Meßeinrichtung angeschlossen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, daß sich die Meßeinrichtung im Handgerät befindet und die Bedienperson ein optisches oder akustisches Signal erhält, sobald die einander zugeordneten Paare von Prüfkörper und Prüfsensoren einander benachbart gegenüberliegen.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt teilweise in Ansicht, teilweise im Schnitt dargestellt einen Gasdruckspeicher mit aufgesetztem Handgerät.

Als Speicher findet ein als Ganzes mit 10 bezeichneter Kolben­ speicher Anwendung. Dahingehende Kolbenspeicher sind bekannt, so daß auf deren technischen Aufbau nur noch insoweit einge­ gangen wird, als er im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ultraschall-Prüfeinrichtung steht. Der Kolbenspeicher 10 ist beidseitig mit Verschlußteilen 12,14 versehen, die durchgehen­ de Anschlußbohrungen 16 bzw. 18 aufweisen. Die Anschlußbohrun­ gen 16 und 18 dienen dem Anschluß des Speichers an eine Stick­ stoffquelle bzw. an einen Fluidkreis (beides nicht darge­ stellt).

Innerhalb des Kolbenspeichers 10 ist ein Kolben 20 längsver­ fahrbar angeordnet, der das Trennelement des Speichers 10 bildet und mithin einen Gasraum 22 von einem Fluidraum 24 dichtend trennt. Der Kolben 20 weist umfangseitig einen Dicht­ ring 26 sowie endseitig jeweils ein Führungsband 28 bzw. 30 auf. Die Kunststoffbänder 28 und 30 können aus Kunststoffmate­ rialien gebildet sein und dienen als Schutz vor Abrieb und Verschleiß beim Verfahren des Kolbens 20 längs dem zylindri­ schen Umfangsgehäuse 32 des Speichers 10.

Vor seinem ersten Einsatz in einer Hydraulikanlage wird der Gasdruck- oder Hydrospeicher mit einer vorgebbaren Gasfüllung im Gasraum 22 befüllt, so daß sich im Gasraum 22 ein Gas­ druck-Sollwert ergibt. Je nach vorgegebenem Gasvorfülldruck nimmt das Trennelement eine Sollposition ein, beispielsweise eine Lage, wie sie in der Figur dargestellt ist. Die Sollage des Kolbens 20 läßt sich vorher ermitteln und durch zwei Markierungen 34 am Außenumfang des Gehäuses 32 angeben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht der Abstand der beiden Markierungen 34 voneinander in Verfahrrichtung des Kolbens 20 gesehen seiner Kolbenlänge bzw. Kolbenhöhe. Um vorab die Sollposition des Kolbens 20 bei dem Gasdruck-Soll­ wert zu ermitteln, kann bereits die Ultraschall-Prüfeinrich­ tung eingesetzt werden, die im folgenden näher erläutert wird.

Die Ultraschall-Prüfeinrichtung verfügt über ein Handgerät 36 mit einem bügelartigen Handgriff 38. Der Handgriff 38 greift an einem plattenartigen Vorderteil 40 des Handgerätes 36 an, in das stirnseitig drei Prüfköpfe 42 eingelassen sind, die ins Freie münden und die bündig mit der Stirnseite des Vordertei­ les 40 abschließen. Bei den Prüfköpfen 42 handelt es sich um handelsübliche Ultraschall-Sensoren, wobei jeder Prüfkopf 42 Ultraschall-Wellen aussenden und empfangen kann.

Wie die Figur zeigt, wird das Handgerät 36 in fluchtende Anlage mit den beiden Markierungen 34 zwischen diesen auf den Kolbenspeicher 10 an seinem Außenumfang aufgesetzt. Ist der Kolben 20 in seiner in der Figur gezeigten Sollage, ist dann jedem Prüfkopf 42 gegenüberliegend ein Prüfkörper angeordnet, entweder bestehend aus einem Führungsband 28, 30 oder dem Dichtring 26. Die von den Prüfköpfen 42 abgestrahlten Schall­ wellen werden im Bereich der Dichtung 26 sowie der Führungs­ bänder 28 und 30 anders reflektiert als beim Übergang in Stahl des Gehäuses 32 und des Kolbens 20. Durch Verknüpfen der rückläufigen Signale in den Prüfköpfen 42 wird dann nur bei gleichzeitigem Mehrfachecho ein optisches oder akustisches Signal der Bedienperson angezeigt, so daß die Kolbenstellung und damit der Gasdruck eindeutig bestimmbar sind.

Nimmt mithin der Kolben 20 nicht seine in der Figur darge­ stellte Sollposition ein, wird dies über die Ultraschall-Prüf­ einrichtung festgestellt und die verlorengegangene Gasfüllung über die Anschlußbohrung 16 solange ersetzt, bis wieder die Sollposition erreicht ist. Auf diese Art und Weise ist sicher­ gestellt, daß bei Sicherheitseinrichtungen der Gasdruckspei­ cher einen Mindestdruck nicht unterschreitet, der seine Funk­ tionsfähigkeit beeinträchtigen oder gar aufheben könnte.

Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung funktioniert auch ohne weiteres mit zwei Paaren an Prüfköpfen und Prüfkörpern. Es wäre auch denkbar, nur mittels eines Prüfkopfes einen bestimmten Prüfkörper aufzufinden, dem wiederum eine Markie­ rung zuzuordnen wäre. Dieser Prüfkörper müßte allerdings ein charakteristisches Meßbild bei der Ultraschall-Prüfung ergeben und die Ultraschall-Prüfeinrichtung wäre gegebenenfalls auf diese besondere Art einer Signalabgabe zu kalibrieren. Das Ultraschallverhalten dieses Prüfkörpers dürfte jedenfalls nicht vergleichbar dem von Dichtringen oder Führungsbändern sein, die in der Regel für die Funktion des Kolbens notwendig sind.

Das Handgerät weist eine Schnittstelle 44 auf, mit der es an die eigentliche Meßeinrichtung (nicht dargestellt) des Ultra­ schall-Prüfgerätes anschließbar ist, das die aufgenommenen reflektierten Ultraschallsignale verarbeitet. Dahingehende Prüfgeräte oder Prüfeinrichtungen sind aus der Werkstoffprü­ fung bekannt und gehören zum Stand der Technik. Bei entspre­ chender Modifizierung läßt sich die erfindungsgemäße Prüfein­ richtung auch bei Gewichts-, Feder- und Membranspeichern zum Einsatz bringen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Überprüfung einer vorgebbaren Sollposi­ tion, die von einem innerhalb eines Speichers (10) ver­ fahrbaren Trennelement (20) einnehmbar ist, der mit Gas befüllbar und an einen Fluidkreislauf anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (20) minde­ stens einen Prüfkörper aufweist, dem eine sichtbare, die Sollposition des Trennelementes (20) kennzeichnende Mar­ kierung (34) zugeordnet ist, auf die bezogen eine für den jeweiligen Prüfkörper vorgesehene Ultraschall-Prüfeinrich­ tung auf den Speicher (10) aufsetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (20) mehrere, einen vorgebbaren Abstand voneinander aufweisende Prüfkörper aufweist und daß die Ultraschall-Prüfeinrichtung ein Handgerät (36) hat, das für jeden Prüfkörper über einen Prüfkopf (42) verfügt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der jeweilige Prüfkörper aus einem Führungsband (28, 30) und/oder aus einem Dichtring (26) des Trennelemen­ tes (20) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Markierungen (34) am Außenumfang des Spei­ chers (10) anzubringen sind, deren Abstand voneinander gleich der Höhe des Trennelementes (20) ist, und daß das Handgerät (36) in eine fluchtende Lage mit den Markierun­ gen (34) bringbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Handgerät (36) eine Schnittstelle (44) aufweist, mit der es an eine Meßeinrichtung des Ultraschall-Prüfgerätes anschließbar ist.