DE4344609A1 - Hydrostatisches Lehr- und Trainingsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Lehr- und Trainings­ gerät zur anschaulichen Darstellung wahrscheinlichkeitsnaher hydraulischer/fluidischer Gesetzmäßigkeiten, insbesondere zur Darstellung von Funktionen der Fluidtechnik mit einer vorzugswei­ se vertikal angeordneten Tafel/Demonstrationswand zur systemati­ schen Anordnung fluidischer Bauteile, welche über Leitungsverbin­ dungen zu einer schaltplangleichen Hydraulikanlage vereinigt sind und mittels Meßgeräten eine Volumenstrommessung gegeben ist.

Bekannt sind Hydraulikanlagen (DE-OS 3.242.563) zur Verwirkli­ chung von Lern- und Spielsystemen, die mit Hilfe funktionsfähiger Modelle von Hydropumpe, Regelventil, Hydraulikmotor sowie Impuls­ generator, Hydrospeicher und Druckbegrenzungsventil den schnellen Aufbau sowie die Umstellung und Funktionsbeobachtung von Hydrau­ liksystemen ermöglicht. Diese hydraulischen Komponenten sind über Leitungen mit leicht lösbaren Anschlüssen (Steckverbindungen) verbindbar, so daß Änderungen der Hydraulikanlage zur Untersu­ chung von Funktion und Verhalten unter bestimmten Bedingungen mit geringem Aufwand sowie auf einfache Weise möglich/gegeben sind. Mit funktionsfähigen Modellen dieser Art lassen sich einfach und schnell auch umfangreiche Hydraulikanlagen realisieren, umstel­ len, abändern sowie in ihrem Verhalten beobachten und untersu­ chen, wodurch diese auch als Lehrsysteme gut geeignet sind. Der im Ausführungsbeispiel des vorliegenden Standes der Technik ge­ zeigte Hydromotor ist als Hubzylinder für translatorische Bewe­ gungen ausgebildet, wobei auch der Einsatz als Rotationsmotor in gleicher Weise möglich ist. Diese bekannte Hydraulikanlage be­ sitzt weiterhin einen Elektromotor zum Antrieb der Hydropumpe so­ wie einen Tank/Behälter zur Aufnahme der Druckflüssigkeit, welche aus Wasser oder einer Wasser-Öl-Emulsion besteht. Eine Grundplat­ te mit Steckplätzen dient der leicht lösbaren Befestigung/Festle­ gung der für die Anlage jeweils benötigten Modelle hydraulischer Komponenten.

Weiterhin sind Lehrgeräte für Regelungstechnik bekannt (DE-PS 3.337.149), welche mit einem durchsichtige Wände und Skalenein­ teilung aufweisenden Demonstrationsbehälter ausgerüstet sind, der mit einem Vorratstank für Flüssigkeit zusammenarbeitet. Der was­ serdichte Demonstrationsbehälter besitzt durchsichtige Wände so­ wie eine Skaleneinteilung, welche mittels eines transparenten, lösbar befestigten Blattes mit Strichteilung realisiert wird. Außerdem besitzt der quaderförmige Demonstrationsbehälter eine ebene rechteckförmige Frontwand, die frei ist von Leitungsan­ schlüssen sowie eine innere vertikale Trennwand, welche der Bil­ dung separater Kammern dient.

Unterhalb des Demonstrationsbehälters, der von einer vertikalen Platte getragen wird, ist ein Vorratstank für Flüssigkeit ange­ ordnet, die über eine Förder- sowie eine Rücklaufleitung mitein­ ander verbunden sind. Beide Kammern des Demonstrationsbehälters kommunizieren über einen Stellschieber miteinander, wobei das er­ findungsgemäße Lehrgerät den Nachbau gängiger Schaltungen ermög­ licht und ihr zeitliches Verhalten studiert werden kann. Es las­ sen sich beliebige Regler hinzufügen, deren Regelverhalten anhand des zeitlichen Verlaufes des Pegelstandes im Demonstrationsbehäl­ ter erfaßt und grafisch darstellbar sind. Zweck derartiger Lehr­ geräte, bezeichnet als Regelstreckenmodell, ist die optische Dar­ stellung der Eigenschaften von Regelstrecken anhand des Flusses in sowie aus dem Demonstrationsbehälter und des Flüssigkeits­ niveaus in demselben. Anhand dieser Bewegungsabläufe der einge­ färbten Flüssigkeit erkennt der Lernende Zusammenhänge zwischen den in der Regelungstechnik wichtigen Größen.

Schließlich ist ein Hydrauliksystem für Unterrichts- und Experi­ mentierzwecke bekannt (DE-PS 3.910.954), welches aus einer Viel­ zahl von Hydraulikelementen in Form von Klarsichtgeräten besteht, die auf einer Gerätewand montiert sind. Diese Gerätewand ist ver­ tikal auf einem fahrbaren Schrank angeordnet, mit einer Auffang­ wanne für Leckage und einem Flüssigkeitstank versehen sowie mit zwei Hydraulikzylindern und Meßinstrumenten ausgerüstet. Eine zentral auf der Gerätewand angeordnete Leistenreihe dient der Aufnahme/Halterung von Hydraulikgeräten/Hydraulikelementen, wel­ che in einem durchsichtigen Kunststoff-Außenrohr angeordnet sind. Es handelt sich hierbei um alle für hydraulische Anlagen notwen­ digen Ventile, Meßgeräte für Volumenstrom und Druck sowie Filter und Druckschalter. Die Außenrohre zur Aufnahme der Hydraulikele­ mente sind gleich lang, mit Endstücken verschlossen und mit Boh­ rungen für die Zu- und Abführung des gefärbten Mediums versehen.

Das Meßgerät für den Volumenstrom ist hierbei mit einem federzen­ trierten Kolben im Außenrohr ausgebildet, der eine Drosselstrecke sowie eine Markierung (Meßskala) aufweist, um die Werte des Volu­ menstromes abzulesen. Die so abgebildeten Hydraulikelemente wer­ den nach einem bestimmten Schaltplan zusammengestellt, zwischen den Leisten der Gerätewand befestigt/montiert und über Schläuche und Steckkupplungen auf der Rückseite der Gerätewand nach Schalt­ plan verbunden.

Außerdem sind Schulungsgeräte für die Fluidtechnik bekannt (DE-PS 4.031.719), welche in anschaulicher Weise fluidische Vorgänge und Funktionen darstellen. Das Hydrauliksystem mit fester Verbindung (Rohre/Schläuche) der fluidischen Bauteile auf einer etwa verti­ kal angeordneten Tafel zeigt hydraulische Geräte, welche mittels bedienbarer oder ansteuerbarer Schaltventile in systematischer Anordnung zu Funktionsschaltungen hydraulisch verbunden sind.

Diese Schulungsgeräte besitzen weder die Möglichkeit der Kombi­ nation elektrischer und mechanischer Meßsysteme zur Volumenstrom­ messung noch den Vorteil einer eindeutigen Meßortfestlegung. Meß­ genauigkeitsvergleiche oder die Messung von Teilvolumenströmen sind mit diesen Schulungsgeräten nicht möglich, so daß derartige Ausbildungsschwerpunkte nicht realisierbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung hydrostatischer Lehr- und Trainingsgeräte zur Messung des Volumenstromes, von Teilvolumen­ strömen sowie zu Vergleichen der Meßgenauigkeit der eingesetzten Meßgeräte, um über reproduzierbare Meßwerte den Auszubildenden- Lernenden eine genaue Fehlerquotendarstellung zu vermitteln, da nicht verbrauchte hydraulische Energie zu nachteiligen Erwärmun­ gen des Übertragungsmediums führt und somit eine wichtige ener­ giepolitische Grundlage für die Ausbildung vorgibt, um negative Verlustdarstellungen von Energie in hydr. Anlagen aufzuzeigen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnen­ den Teil des Schutzbegehrens angegebenen Merkmale gelöst. Diese erfindungsgemäße Messung der am Stromteilpunkt der Hydraulikanla­ ge gebildeten Teilströme als Kombination elektrischer und mechani­ scher Volumenstrommessung zeigt den Auszubildenden, welcher Ener­ gieverlust durch Verwendung von Drosseln eintritt, der immer ei­ nen wirtschaftlichen Nachteil darstellt.

Die Qualität einer derartigen kombinierten Messung bezüglich Meß­ zeit sowie Meßgenauigkeit beider Verfahren (mechanisch und elek­ trisch) erfolgt in nur einem Arbeitsgang, d. h., es ist nur ein Arbeitsschritt erforderlich. Auch unterschiedliche Teilströme des als Übertragungsmedium dienenden Hydrauliköles, welche nach dem Stromteilpunkt anliegen, werden in vorteilhafter Weise durch elektrische Volumenstrommessung in nur einem Arbeitsschritt be­ stimmt. Mittels dieser erfindungsgemäßen Lehrgeräte kann die höhere Meßgenauigkeit der elektrischen Messung mit lediglich ei­ nem Arbeitsschritt nachgewiesen werden. Diese hohe Meßgenauigkeit durch elektrische Messung ermöglicht genaueste Ermittlungen auch kleinster Förderstromdifferenzen, wodurch den Auszubildenden alle Verluste an Volumenstrom bestimmbar und exakt ablesbar darge­ stellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Volumenstrom-Meßgeräte zur mechanischen und elektrischen Messung über eine Leitung in Reihe geschaltet, wodurch die eingebundene Drossel den in der Anlage vorhandenen Druckstromverbraucher, d. h., einen Hydromotor in Form eines Arbeitszylinders, simuliert. Mit der Einstellung genannter Drossel kann der Auszubildende das jeweils gewünschte bzw. benötigte Verhältnis der Teilströme be­ stimmen. Damit ist die energiepolitische Bedeutung der schal­ tungsgemäß angeordneten Drossel und deren wirtschaftliche Notwen­ digkeit darstellbar, da durch die direkte Abführung eines Teilvo­ lumenstromes über das Druckbegrenzungsventil eine nachteilige Er­ wärmung des Übertragungsmediums Öl erfolgt. Somit kann bei offe­ ner Drossel der als Nutzstrom fungierende Teilvolumenstrom einen freien Druckumlauf in der hydraulischen Anlage bei reduzierter Antriebsleistung für die Hydropumpe durch Energieeinsparung für den sie treibenden Elektromotor sichern. Demgegenüber ist bei ge­ schlossener Drossel ein hoher Energieverbrauch für den Elektro­ motor der Hydropumpe zu verzeichnen, da der als Verluststrom fungierende Teilvolumenstrom über das Druckbegrenzungsventil dem Ölbehälter zugeführt wird, wodurch eine negative Ölerwärmung des Teilvolumenstromes durch diese Zirkulation eintritt.

Die mögliche Gestaltung des mechanischen Volumenstrom-Meßgerätes als durchsichtigen Meßbehälter mit bestimmter quadratischer Grundfläche veranschaulicht optisch das Verhältnis beider Teilvo­ lumenströme durch eine ablesbare Skala in Millimeterteilung. Die quadratische Grundfläche von 1 dm² sichert die direkte und ge­ naue Ablesbarkeit der Größe des Förderstromes der Hydropumpe auf 2 Dezimalstellen ohne jegliche Umrechnung.

Nachfolgend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher dargestellt, wobei die Zeichnung den Wirkschaltplan einer Hydrau­ likanlage für Lehr- und Trainingsgeräte beinhaltet.

Das gezeigte Lehr- und Trainingsgerät ist in bekannter Weise als fahrbares kompaktes hydraulisches Grundaggregat 1 mit mindestens einer Aufbauwand 2 ausgebildet. Genannte Aufbauwand 2 dient der Aufnahme der hydraulischen Geräte sowie der sie verbindenden Lei­ tungen, wobei diese Aufbauwand 2 aus einer Grundwandplatte 2a sowie einer beigeordneten Wechselwandplatte 2b besteht.

Das Grundaggregat 1 besitzt einen Ölbehälter 3, eine elektro-mo­ torisch angetriebene Hydropumpe 4 sowie ein Druckbegrenzungsven­ til 5 in einer Zweigleitung 6 zum Ölbehälter 3. Der von genannter Hydropumpe 4 abgegebene Gesamtvolumenstrom Qfges gelangt über eine Druckleitung 7 sowie ein Rückschlagventil 8 zu einem Strom­ teilpunkt 9 im Bereich der Grundwandplatte 2a.

Auf dieser Grundwandplatte 2a führt vom Stromteilpunkt 9 jeweils eine Leitung 10 sowie 11 zu einem mechanischen Volumenstrom-Meß­ gerät 12. Über die Leitung 10 gelangt der erste Teilstrom Qf1 über ein Druckbegrenzungsventil 13 zum mechanischen Meßgerät 12, während über die Leitung 11 der zweite Teilstrom Qf2 über ein elektrisches Volumenstrom-Meßgerät 14 sowie eine nachgeordnete Drossel 15 ebenfalls zum mechanischen Meßgerät 12 geführt wird. Die Größe der Teilströme Qf1/Qf2 wird festgelegt bzw. vorbe­ stimmt durch die Einstellung der Drossel 15 in der Leitung 11, wobei das elektrische Volumenstrom-Meßgerät 14 den Teilstrom Qf2 in der Leitung 11 mit höchster Genauigkeit (0,01 dm³/min) mißt.

Das mechanische Meßgerät 12 ist durchsichtig, mit einer Meßska­ la sowie einer quadratischen Grundfläche von vorzugsweise 1 dm² ausgebildet, wobei durch das Schließen eines diesem Meßgerät 12 nachgeschalteten Wegeventils 16 das Messen beider Teilströme Qf1 und Qf2 ermöglicht/gesichert wird. Genanntes Wegeventil 16 ist in einer Rücklaufleitung 17 angeordnet, welche vom mechani­ schen Meßgerät 12 zum Ölbehälter 3 führt.

Da beide Teilvolumenströme Qf1; Qf2 sowie der Gesamtvolumenstrom Qfges zur gleichen Zeit gemessen werden, sind keine Einstellfeh­ ler möglich. Mit dem Lehrgerät kann somit eine größtmögliche Ge­ nauigkeit der Volumenstrommessung realisiert werden. Ein direkter Vergleich von Meßzeit und Meßgenauigkeit auf elektrischem und me­ chanischem Weg ist gegeben. Da die Meßgeräte ortsunveränderlich sind, können genaueste Meßreihen für den Volumenstrom realisiert werden.

Die der Grundwandplatte 2a zugeordnete Wechselwandplatte 2b beinhaltet die Leitungsverbindung über ein Wegeventil 18 zu ei­ nem Arbeitszylinder 19 und stellt eine Auswahlmöglichkeit zur Anwendung des Lehr- und Trainingsgerätes dar.

Mittels austauschbarer Wechselwandplatten 2b können die unter­ schiedlichsten Übungskomplexe gemäß Ausbildungsrichtlinie reali­ siert werden, beispielsweise für Abtriebselemente, Steuerventile, Sperrventile, Stromventile, Druckventile und Hydrospeicher.

Bezugszeichenliste

1 - Grundaggregat
2 - Aufbauwand
2a - Grundwandplatte
2b - Wechselwandplatte
3 - Ölbehälter
4 - Hydropumpe
5 - Druckbegrenzungsventil
6 - Zweigleitung
7 - Druckleitung
8 - Rückschlagventil
9 - Stromteilpunkt
10 - Leitung
11 - Leitung
12 - Volumenstrom-Meßgerät
13 - Druckbegrenzungsventil
14 - Volumenstrom-Meßgerät
15 - Drossel
16 - Wegeventil
17 - Rücklaufleitung
18 - Wegeventil
19 - Arbeitszylinder
Qfges - Gesamtvolumenstrom
Qf1 - Teilvolumenstrom
Qf2 - Teilvolumenstrom.

Claims (3)

1. Hydrostatisches Lehr- und Trainingsgerät zur anschaulichen Darstellung wirklichkeitsnaher hydraulischer Gesetzmäßigkeiten, insbesondere der Darstellung von Funktionen der Fluidtechnik mit einer vorzugsweise vertikal angeordneten, mobilen oder stationä­ ren Tafel zur systematischen Anordnung fluidischer Bauteile, wel­ che über Leitungsverbindungen zu einer schaltplangleichen Hydrau­ likanlage vereinigt sind und mittels Meßgeräten eine Volumen­ strommessung gegeben ist, wobei das mechanische Meßgerät zwecks optischer Darstellung des Volumenstromes durchsichtige Wände und Meßskalen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kombination von elektrischer und mechanischer Volumenstrommessung die gleich­ zeitige Messung/Bestimmung der an einem Stromteilpunkt (9) gebil­ deten Teilvolumenströme (Qf1; Qf2) möglich/gegeben ist, die durch Anordnung einer Drossel (15) entstehen, welche in einer Leitung (11) für den Teilvolumenstrom (Qf2) zum mechanischen Volumen­ strom-Meßgerät (12) angeordnet ist.

2. Hydrostatisches Lehr- und Trainingsgerät nach Anspruch 1 da­ durch gekennzeichnet, daß die elektrische Volumenstrommessung durch ein in der Leitung (11) nach dem Stromteilpunkt (9) an­ geordnetes Volumenstrom-Meßgerät (14) erfolgt, während die me­ chanische Volumenstrommessung mittels eines Volumenstrom-Meßge­ rätes (12) realisiert wird, welches mit dem elektrischen Volu­ menstrom-Meßgerät (14) über die Leitung (11) des Teilvolumen­ stromes (Qf2) in Reihe geschaltet ist, bei gleichzeitiger An­ bindung der Leitung (10) des Teilvolumenstromes (Qf1) an die­ ses mechanische Volumenstrom-Meßgerät (12).

3. Hydrostatisches Lehr- und Trainingsgerät nach Anspruch 2 da­ durch gekennzeichnet, daß das mechanische Volumenstrom-Meßgerät (12) aus einem durchsichtigen Meßbehälter mit quadratischer Grundfläche von 1 dm² besteht, welcher eine Meßskala aufweist.