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Dokumentenidentifikation DE4116482A1 26.11.1992
Titel Verfahren zum Messen des Druckes eines Gases in einem Gasdruckspeicher und Vorrichtung zum Durchführen desselben
Anmelder Hydac Technology GmbH, 6603 Sulzbach, DE
Erfinder Peter, Günter, 6695 Tholey, DE;
Weber, Norbert, Dipl.-Ing., 6603 Sulzbach, DE
Vertreter Bartels, H.; Fink, H., Dipl.-Ing.; Held, M., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 7000 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 21.05.1991
DE-Aktenzeichen 4116482
Offenlegungstag 26.11.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.11.1992
IPC-Hauptklasse G01L 9/14
IPC-Nebenklasse G01L 7/16   F17C 13/02   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein 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. Bei einer vorgebbaren Lage des Trennelementes 12 wird der ihm in dieser Lage zuordenbare Gasdruck mittels eines fluidseitig angeordneten Druckwertaufnehmers 40 gemessen. Hierdurch ist eine Überprüfung der Gasvorspannung in Gasdruckspeichern möglich, ohne daß die Einsatzbereitschaft für den jeweils zugehörigen Fluidkreislauf beeinträchtigt ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein 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, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Gasdruckspeicher, wie Kolbenspeicher, Membranspeicher oder Blasenspeicher, 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 nun notwendig, die Gasvorspannung, die zum bestimmungsgemäßen Betrieb erforderlich 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 angeschlossenen 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 Gasvorspannungsdruck des in dem Speicher befindlichen Gases, meist in Form von Stickstoffgas, zu überprüfen und gegebenenfalls nachzufüllen. Zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens wird auf der Gasseite eine Füll- und Prüfvorrichtung 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 Füllvorrichtung 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 Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen, die eine Überprüfung der Gasvorspannung in einem Gasdruckspeicher erlauben, ohne daß die Einsatzbereitschaft für den zugehörigen Fluidkreislauf beeinträchtigt ist. Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruches 2.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer vorgebbaren Lage des Trennelementes der ihm in dieser Lage zuordenbare Gasdruck mittels eines fluidseitig angeordneten Druckwertaufnehmers 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, beispielsweise durch Versuchsmessungen ermittelt, kennt. Dieser zuordenbare Gasdruck läßt sich durch den fluidseitig angeordneten 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 Überwachung des Speichers möglich und die Einsatzbereitschaft des Fluidkreislaufes nicht beeinträchtigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt das Einnehmen der vorgebbaren Lage durch das Trennelement mittels einer Überwachungseinrichtung fest, die anschließend die Meßwertaufnahme mittels des Druckwertaufnehmers veranlaßt. Hierdurch läßt sich die Meßwertaufnahme und gegebenenfalls das Nachfüllen des Gasdruckspeichers 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 Blasenspeichers, 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 eingeschlossen, 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 durchbrochen, die eine mögliche Verbindung der Fluidseite des gezeigten Blasenspeichers mit dem nicht dargestellten Fluidkreislauf herstellen.

In der Hohlbüchse 22 ist die Ventilstange 26 des Tellerventiles 16 in Richtung der Längsachse 28 des Blasenspeichers längsverfahrbar geführt und an ihrem einen Ende mit dem Teller 20 verbunden, wohingegen sie an ihrem anderen Ende einen buchsenartigen nicht-magnetischen Schaltgliedträger 30 aufweist, auf dem stoß- und druckfrei als Schaltglied 32 ein Permanentmagnet in Form eines Ringes gelagert ist. Mit seinem flanschartigen Fortsatz 34 kann bei entsprechend weit geöffneter Ventilstellung des Tellerventiles 16 der Schaltgliedträger 30 in eine Ausnehmung der Hohlbüchse 22 eingreifen und mit dieser zusammen einen Anschlag für das Tellerventil 16 in seiner vollständig geöffneten Stellung bilden. Der auf dem Flanschsockel 36 angeordnete 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 Schaltglied 32 mit einem anderen Teil der Überwachungseinrichtung in Form eines in das Anschlußteil 14 einschraubbaren Sensors 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) zusammenwirkt. Auch braucht der Sensor 38 nicht, wie in der Figur dargestellt, seitlich von der Verfahrrichtung des Tellerventiles 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 Tellerventil 16 noch in Richtung der Längsachse 28 gesehen, ein axialer Abstand zu dem derart angeordneten Sensor (nicht dargestellt) verbleibt. Zweckmäßigerweise ist dann das Schaltglied in der Figur gesehen unterhalb des Schaltgliedträgers angeordnet und mit diesem beispielsweise über eine Halteschraube (nicht dargestellt) fest verbunden.

Neben dem Sensor 38 und unterhalb desselben angeordnet ist in dem Anschlußteil 14 noch ein handelsüblicher Druckwertaufnehmer 40 eingeschraubt, mittels dem sich fluidseitig der jeweils im Anschlußteil 14 herrschende Fluiddruck bestimmen 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 Tellerventil 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 entgegen der Kraftrichtung der Druckfeder 18 in dichtender Anlage mit dem in der Figur gesehen oberen Ende des Anschlußteiles 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 Speicherblase 12. Das Gasvolumen in der Blase 12 verringert sich dabei um das aufgenommene Flüssigkeitsvolumen. Bei Flüssigkeitsentnahme 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 zueinander angeordnet, daß unmittelbar vor Erreichen der Schließlage des Tellerventils 16 der Druckwertaufnehmer 40 den Druckwert erfassen kann, wie er fluidseitig im Anschlußteil 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 Druckwertaufnehmer 40 für eine Messung. Bei dieser Messung ist der fluidseitige Systemdruck weitgehend abgefallen, denn ansonsten könnte das Tellerventil 16 nicht schließen und der in der Speicherblase 12 tatsächlich herrschende Gasdruck- Istwert ist unmittelbar über den Druckwertaufnehmer 40 erfaßbar, da Systemdruck und Gasdruck zumindest kurz vor Schließen des Tellerventiles 16 verlustfrei miteinander gekoppelt sind.

Der innerhalb der Speicherblase 12 herrschende Gasdruck-Istwert 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 zuzuordnen ist, die aber wegen der damit einhergehenden Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen dem Inneren des Gehäuses 10 und dem Anschlußteil 14 für eine Messung nicht verwertbar ist. Dieser geringfügige Unterschied zwischen dem Druck-Sollwert 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 Unterschreiten dieses "fiktiven" Druck-Sollwertes einen Nachfüllvorgang 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 ursprünglich herrschende Gasvorspannung umrechenbar ist und der nach Erfassen des tatsächlichen Gasdruck-Istwertes mittels des Druckwertaufnehmers 40 gegebenenfalls einen Nachfüllvorgang 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 erfolgen, wobei die genauesten Meßergebnisse kurz vor dem Aufschlagen des Ventiltellers 20 auf dem Anschlußteil 14 erreichbar 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 anordenbar 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 Druckwerte 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 Temperaturschwankungen 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 Speichergehäuses 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 Überwachungseinrichtung erkennt.

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


Anspruch[de]
  1. 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 angeordneten Druckwertaufnehmers (40) gemessen wird.
  2. 2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einnehmen der vorgebbaren Lage durch das Trennelement (12) mittels einer Überwachungseinrichtung feststellbar ist, die die Meßwertaufnahme mittels des Druckwertaufnehmers (40) veranlaßt.
  3. 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. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Überwachungseinrichtung des Tellerventils (16) ein Schaltglied (32) aufweist, das mit einem am Anschlußteil (14) angeordneten Teil der Überwachungseinrichtung in Form eines Sensors (38) zusammenwirkt.
  5. 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. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (38) in der Verfahrrichtung des Tellerventils (16) oder seitlich davon am Anschlußteil (14) angeordnet ist.
  7. 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. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens einen Temperaturfühler aufweist.






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