DE3038283C2 - Überwachungssystem für hydraulische Leitungen und/oder Antriebsgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Überwachungssysteme nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2. Bei bekannten Überwachungssystemen der genannten Art (DE-OS 25 54 484 und 27 59 263, Zeitschrift »Ölhydraulik und Pneumatik«, Nr. 1/79, Aufsatz Wetter »Sicherheitsmaßnahmen an Hydraulikeinrichtungen von Stranggießanlagen«) wird eine Undichtigkeitsanzeige dann ausgelöst, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeit eine vorgegebene Anzahl von Impulsen gezählt worden ist.

ίο Bei Anlagen mit dynamisch belasteten Antrkbsgeräten kommt es in der Anlage zu dynamisch bedingten Ölströmen in einer Größe, die höher liegt als ein bei Undichtigkeiten auftretender Leckölstrom, der in der Anlage tolerierbar ist. Bei Anlagen mit mehreren Verbrauchern kann es weiter durch Ventilschaltungen zu Druckänderungen kommen, die gleichfalls zu erheblichen Ölströmen führen. Schließlich können Ölströme, die die Ermittlung von Undichtigkeiten beeinträchtigen oder unmöglich machen, bereits durch den Drjck steuernde Ventile oder durch Druckspeicher verursacht werden, die innerhalb ihrer Toleranzgrenzen bzw. ihrer Ein- und A.usschahdrücke zu periodischen Schwankungen des Netzdruckes führen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Überwachungssystern der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß auch unter den angegebenen Bedingungen noch eine zuverlässige Anzeige einer Undichtigkeit oder eines Lecks möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in zwei Ausführungen gelöst durch die im Kennzeichen der Patentansprüche 1 bzw. 2 herausgestellten Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 3 und 4.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine Schaltung eines Überwachungssystems gemäß der Errfindung.

F i g. 2 zeigt in einem Diagramm die Arbeitsweise des

Überwachungssystems.

In F i g. 1 ist schematisch eine Schaltung wiedergegeben mit einer hydraulischen Drucksiation 2, deren Pumpe unterstützt von Druckspeichern in eine Drucköl-Verteilerleitung 4 fördert, an die über Steuerventile Hydraulikzylinder angeschlossen sind, die gegen eine Last P wirken. In der Zeichnung sind zwei Schaltungen mit Einzelüberwachung X und Y und eine Schaltung mit Gruppenüberwachung Z wiedergegeben. Bei der Einzelüberwachung X ist in die Arbeitsleitung 10 zum Antriebszylinder 8 zwischen dem Steuerventil 6 und dem Hydraulikzylinder 8 ein Volumenstromsensor 12 eingeschaltet, gegebenenfalls parallel iu antiparallel geschalteten Rückschlagventilen. Der Volumenstrom nach Art eines Zahnradmotors mit runden Zahnrädern (DE-OS 25 54 486) ist mit Detektoren versehen, mit denen die Zahnradbewegungen berührungslos abgetastet werden und die jeweils für diskrete Teilmengen, die dem Volumen der Zähne entsprechen, einen elektrischen Impuls abgeben. Die Detektoren können so angeordnet werden, daß gleichzeitig eine Angabe für die Drehrichtung der Zahnräder gegeben wird. An die zentrale Druckölleitung 4 können weitere Verbraucher in gleicher Weise angeschlossen sein. In der Überwachungszeit ist das Steuerventil so geschaltet, daß die Arbeitsleitung 10 mit der Druckölleitung 4 verbunden ist (Schaltstellung I).

Die von den Detektoren abgegebenen Impulse werden in eine Einrichtung 14 eingespeist, in der die Verarbeitung und Auswertung der Impulse durchgeführt

wird. Daran angeschlossen sind Anzeigemittel 16 für das Auftreten eines Lecks und Anzeigemittel 18 für das Auftreten eines Bruches.

Die Volumenstromsensoren nach Art eines Zahnradmotors haben ein sehr hohes Auflösungsvermögen, das in der Größenordnung von 1 cm³ liegt. Durch den Volumenstromsensor werden daher auch geringste Flüssigkeitsströmungen angezeigt. Bei dynamisch belasteten Antrieben kommt es zu Ölströmungen innerhalb der Arbeitstleitung i0, die einmal aus der Arbeitsleitung 10 in das zentrale Druckölnetz 4 zurückströmen bzw. umgekehrt aus dieser Leitung in die Arbeitsleitung 10 fließen. Es kommt weiter zu nicht unerheblichen Ölströmungen innerhalb der Arbeitsleitungen 10, die durch Druckstöße beim Öffnen und Schließen von Ventilen für andere Verbraucher bedingt sind. Schließlich können auch druckbestimmende Mittel, wie Reduzierventile, Druckbegrenzungsventil und dergleichen, aufgrund ihrer Toleranzen zu einem An- und Absteigen des Betriebsdruckes führen, der gleichfalls zu Ölströmungen durch die Volumenstromsensoren führt

Die erwähnten Öistromungen, die aus dem normalen Betrieb eines Hydrauliknetzes mit mehrerer, Verbrauchern resultieren, können in den Arbeitsleitur.gen Größenordnungen annehmen, die höher liegen als tolerierbare Verluste aus Undichtigkeiten. So können die dynamisch bedingten Ölströme durchaus Größenordnungen von 30 cm³/min erreichen. Im Falle eines Lecks würde eine Öiströmung von 30 cm³/min bereits einem Ölverlust von etwa 45 1 pro Tag entsprechen. Mit de; bekannten Bestimmung des Durchflusses durch den Volumenstromsensor pro Zeiteinheit läßt sich bei Anlagen, bei denen dynamisch bedingte Ölströme auftreten, eine Erkennung und Anzeige geringerer Undichtigkeiten, die durchaus Ansatz für bevorstehende Brüche sein können, nicht mehr ermitteln.

Wie trotz der dynamisch bedingten Ölströme, durch die vom Volumenstromsensor Impulse abgegeben werden, eine Erkennung auch bei einer Leckölmenge zu erreichen ist. die kleiner ist als die dynamisch bedingte ' Öiströmung, wird im nachstehenden unter Bezug auf die F i g. 2 beschrieben.

In Fig.2 ist der Durchfluß in l/min über der Zeit aufgetragen. Der Durchfluß pro Zeiteinheit entspricht dabei bei einem gegebenen Volumenstromsensor der Impulsfrequenz.

Bei der Einzelüberwachung X, bei der der Volumenstromsensor 12 dem Steuerventil nachgeschaltet ist, ist unter störungsfreien Betriebsbedingungen der Überwachungsbereich des Volumenstromsensors völlig dicht. Das Steuerventil 6 befinaet sich in der Schaltstellung I. Mit einem Druckanstieg in der zentralen Druckölleitung 4, der einen der oben angeführten Gründe haben kann, dringt ein kompressionsbedingter Volumenstrom in den Überwachungsbereich, das ist in den Bereich zwischen dem Volumenstromsensor 12 und dem Kolben des Antriebszylinders 1. Bei einem Druckabfall tritt ein entsprechender Volumenstrom aus.

Einen typischen Verlauf einer Einzdüberwachung nach X zeigt die Linie A in F i g. 2. Theoretisch ist bei dichtem Überwachungsbereich über eine längere Überwachungszeit die Impulssumme 0 zu erwarten, da die Summe der ein- und ausströmenden Volumina 0 ist. Infolge unterschiedlicher Lade- und Entladezeiten eines Druckölspeichers kommt es bei Aufladungen zu relativ steil ansteigenden Volumenströmen, während die Entlade-Volumenströme relativ langsam ablaufen. Ein Volumenstromsensor der genannten Art hat zwar einen sehr tief reichenden Linearitatsbereich. Bei extrem kleinen Volumenströmen, wie sie bei der Entladung eines Druckölspeichers auftreten, können die Volumenstiöme jedoch größenmäßig in den nicht linearen Meßbereich des Volurnenstromsensors absinken. Das führt über die Zeit dazu, daß die Impulssumme zum Plus-Bereich tendiert. Um diese vom Volumenstromsensor abhängige positive Impulszählung zu kompensieren, wird vorgesehen, eine Rückstellung der Impulszählung in

ίο vorgegebenen längeren Abständen vorzunehmen. Eine solche Rücksetzung auf 0 kann beispielsweise im Abstand von Stunden erfolgen.

Zur Lecküberwachung wird in der elektronischen Zähl- und Auswertevorrichtung 14 ein Sollimpulswert vorgegeben. Wird dieser Sollimpulswert erreicht, bevor eine Rücksetzung des Zählers nach der vorgegebenen Zeit erfolgt, bedeutet dies, daß Öl austritt, daß also ein Leck vorhanden ist. Bei Erreichen Jer .Sollimpulszahl wird dann eine Leckanzeige 16 gegeben.

Eine Überwachung auf Bruch geht bei der Einzelüberwachung X davon aus, daß be', .inem Bruch sehr viel größere Olmengen austreten. Eint Differenzierung eines Bruchs kann dadurch erfolgen, daß eine Grenzfrequenz vorgegeben wird, die bei dynamisch bedingten

Volumenströmen in dichten Überwachungsabschnitten nicht e^rreicht wird. Wird die Grenzfrequenz erreicht, wird über die Vorrichtung 14 Bruchalarm 18 ausgelöst, der verbunden sein kann mit einem Schnellschluß des Steuerventils 6.

Bei der Einzelüberwachung Y, die in F i g. 1 mit zwei verschiedenen Steuerventilen 6a, 6b dargestellt ist, ist der Volumenstromsensor 12a, 12b den Steuerventilen jeweils vorgeschaltet. Dadurch wird von den Volumenstromsensoren auch der konstruktionsbedingte Leckölstrom der nachgeschalteten Steuerventile 6a und 6b mit erfaßt. Ein solcher Lecko'strom führt zu einer positiven Impulszählung. Um hier gleichfalls kleine Leckölströmungen im Überwachungsbereich erfassen zu können, wird für die Impulszählung eine Grenzfrequenz ^fi festgelegt, die höher liegt als die Zählfrequenz, die sich aufgrund des normalen Leckölstroms des Steuerventils einste.jt. Auf diese Weise wird der Durchfluß mit einer Impulsfrequenz unterhalb einer Grenzfrequenz /Ί von der Zählung ausgeschlossen. Die Impulszählung setzt erst ein, wenn die Impulsfolge die Grenzfrequenz /i überschreitet.

In dem Diagramm nach Fig. 2 ist hierfür als Beispiel ein Durchfluß entsprechend der Kurve L aufgezeichnet. Bis zum Zeitpunkt ty liegt ein Durchfluß vor, der zu einer Impulsfrequenz führt, die unter der Grenzfrequenz liegt und beispielsweise auf den Leckölstrom der Ventile zurückzuführen ist. Es erfolgt keine Impulszählung. Zum Zeitpunkt fi wird die Grenzfrequenz überschritten und die Impulszählung beginnt. Der Durchfluß folgt der voll ausgezogenen Linie L₀, die das schraffierte Feld begrenzt. Die Linie Z₄, unterschreitet zum Zeitpunkt i2 wieder die Grenzfrequenz f\. Die Anzahl der vom Zeitpunkt /ι bis zum Zeitpunkt /2 gezählten Impulse ist geringer als die Impulszahl, die als Sollimpulszahl für ein Leck vorgegeben ist. Damit handelt es sich bei der Ölmenge, die oberhalb der Grenzfrequenz impulsmäßig erfaßt worden ist, um einen dynamisch bedingte^ VoIusrnehstrom. Zum Zeitpunkt t₂ erfolgt dann.eine Rücksetzung des Zählers.

Folgt,der Durchfluß des Zählers beispielsweise der gestrichelt eingezeichnete Linie L\, ist zu einem Zeitpunkt /3 in ununterbrochener Folge eine Ölmenge durchgeflossen, die größer ist als die vorgegebene Soll-

ölmenge, mit anderen Worten, die Zahl der dabei abgegebenen Impuls ist größer als die vorgegebene Sollimpulszahl. Es wird dann zum Zeitpunkt h eine Leckanzeige gegeben. Entsprechendes gilt, wenn der Öldurchfluß entsprechend der gestrichelten Linie Li folgt. Es handelt sich hier um einen wesentlich steileren Durchflußanstieg. Die vorgegebene Sollimpulszahl ist hier bereits zum Zeitpunkt u, erreicht, zu dem dann eine Leckanzeige gegeben wird. Ein Volumenstromsensor in der Schaltung der Einzelüberwachung Vzeigt auch Änderungen des Leckölstromes des Steuerventils, oder aber auch Undichtigkeiten der Kolbendichtung im Zylinder an. wenn durch Verschleiß die hierdurchfließenden Lecköl mengen zu Durchflüssen führen, bei denen Zählimpulse mit einer Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz auftreten. Durch Einstellung der Grenzfrequenz f\ entsprechend dem Leckölstrom des Steuerventils im Zeitpunkt des Einbaus kommt es bei Vergrößerungen des Leckölstroms des Steuerventils zu einer ständigen Überschreitung der Grenzfrequenz und damit zu einer kontinuierliehen positiven Impulszählung, die die Vergrößerung des Leckölstromes des Steuerventils als Leck anzeigt. Entsprechendes gilt für die Kolbendichtung.

Für die Bruchanzeige wird bei der Einzelüberwachung nach der Schaltung Y zeckmäßig eine zweite, beispielsweise um eine Größenordnung höher liegende Grenzfrequenz /2 vorgegeben, um eine Differenzierung zwischen Leck und Bruch zu ermöglichen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 14 kann dabei so ausgelegt werden, daß bereits bei Erreichen der Grenzfrequenz /2 Bruchalarm ausgehst wird, d. h. zum Zeitpunkt f?, an dem die Durchflußkurve B bzw. B\ die Grenzfrequenz /? überschreitet. Um sicherzugehen, kann aber auch nach Überschreiten der Grenzfrequenz /j noch eine Impulszählung vorgenommen werden. Die Sollimpulszahl ist dann für die Kurve B beispielsweise zum Zeitpunkt u> erreicht und für die sehr viel steilere Kurve B\ zum Zeitpunkt ti. Es würde dann zum Zeitpunkt 4 bzw. zum Zeitpunkt r? Bruchalarm ausgelöst.

Bei der Gruppenüberwachung nach der Schaltung Z in F i g. 1 werden die Arbeitsleitungen und Antriebe einer Antriebsgruppe durch je einen Volumenstromsensor in der gemeinsamen Druck- und Rückleitung überwacht. Hierbei ist es zweckmäßig, den Arbeitsölstrom durch den Volumenzählern zugeordneten Bypass-Ventile fließen zu lassen, um mit kleinen Volumenzählern arbeiten zu können. Die Bypass-Ventile müssen jedoch ein solches Druckgefälle erzeugen, daß der zu einer Leck- oder Brucherkennung gewählte Volumenstrom auf alle Fälle durch den Volumenstromsensor fließt Die Überwachung erfolgt bei Stillstand der Antriebsgeräte und geöffneten Steuerventilen.

Bei der Schaltung nach Z werden die Durchflüsse beider Volumenstromsensoren 12eund \2d miteinander verglichen. Bei nach außen völlig dichtem Überwachungsbereich zeigt der Volumenstromsensor 12c/einen etwas größeren Durchfluß an als der Volumenstromsensor 12e. Die Differenz entspricht dem Entspannungsvolumen des Ve'umenstroms zwischen dem Eintritt unter Druck aus der Leitung 4 und dem im wesentlichen drucklosen Austritt in die Rückleitung 5.

Die Anordnung nach der Schaltung Zhat den Vorteil, daß mit zunehmender Anzahl der Antriebszylinder die Zahl der Volumenstromsensoren gleich bleibt. Ein Nachteil besteht darin, daß ein Leck oder ein Bruch jeweils innerhalb der Gruppe gesondert lokalisiert werden muß.

Die Gruppenüberwachung nach der Schaltung Z kann Vorteile in Verbindung mit einem Mikroprozessor bieten. Die Überwachung ist dann während der gesamten Betriebszeit durchführbar, ebenso ist eine automatische Lokalisierung einer Undichtigkeit, sei es ein Leck oder ein Bruch, möglich. Die Volumenstromsensoren sind dann ohne Bypass-Ventile im Hauptstrom der Druck- und Rücklaufleitungen anzuordnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überwachungssystem für hydraulische Leitungen und/oder Antriebsgeräte mit einem Volumenstromsensor nach Art eines Zahnradmotor, dessen Zahnradbewegungen mit Hilfe von Detektoren berührungslos abgetastet werden, die jeweils für diskrete Teilmengen, die dem Volumen eines Zahnes entsprechen, elektrische Impulse abgeben und mit einer Schaltung, mit der die Impulse zählbar, unter Berücksichtigung der Durchflußrichtung durch den Volumenstromsensor und der Impulsfrequenz verarbeitbar und die Ergebnisse als jeweilige Betriebszustände anzeigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung Mittel aufweist, mit denen nach Oberschreiten einer Grenzfrequenz die Impulse gezählt werden und die Summe mit einer vorgegebenen Sollanzahl verglichen wird, daß bei Erreichen der vorgegebenen Sollanzahl oberhalb der Grenz/-equenz ununterbrochen aufeinanderfolgender Impulse eine Undichtigkeitsanzeige gebildet wird, und daß der Impulszähler rückgesetzt wird, wenn die vorgegebene Sollanzahl oberhalb der Grenzfrequenz ununterbrochen aufeinanderfolgender Impulse nicht erreicht ist.

2. Überwachungssystem für hydraulische Leitungen und/oder Antriebsgeräte mit einem Volumenstromsensor nach Art eines Zahnradmotors, dessen Zahnradbewegungen mit Hilfe von Detektoren berührungslos abgetastet werden, die jeweils für diskrete Teilmengen, die dem Volumen eines Zahnes entsprechen, elektrische Impulse abgeben und mit einer Schaltung, mit der die l.npulse zählbar, unter Berücksichtigung der Barchflußrichtung durch den Volumenstromsensor verarbei^/ar und die Ergebnisse als jeweilige Betriebszustände anzeigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung Mittel aufweist, mit denen für einen vorgegebenen Zeitabschnitt als Summe die Anzahl der Impulse ermittelt wird, die sich aus der Differenz der Impulse ergibt, die einerseits auf die einströmende und andererseits auf die ausströmende Flüssigkeitsmenge zurückgeht, und mit denen weiter die Summe der Impulse mit einer vorgegebenen Sollanzahl verglichen wird, daß bei Erreichen der Sollanzahl innerhalb des vorgegebenen Zeitabschnittes eine Undichtigkeitsanzeige gebildet wird, und daß bei Nichterreichen der Sollanzahl innerhalb des vorgegebenen Zeitabschnittes der Impulszähler rückgesetzt wird.

3. Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Impulszähler und Vergleicher vorgesehen sind, mit denen nach Überschreiten einer Grenzfrequenz, die einem Volumenstrom bei einem Bruch entspricht, die Impulse gezählt und bei Erreichen einer vorgegebenen Sollan-Sahl oberhalb dieser Grenzfrequenz ununterbrochen aufeinanderfolgender Impulse eine Bruchanzeige gebildet wird.

4. Überwachungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind.

"mit denen der Impulszähler rückgesetzt wird, wenn sdie vorgegebene Sollanzahl nicht erreicht ist.