Vorrichtung zur Anzeige von Extremwerten pulsierender hydraulischer Drücke
Zur Anzeige von Extremwerten pulsierender hydraulischer Drücke ist es bei hydraulischen Materialprüfmaschinen bekannt, ein Manometer über ein gesteuertes Ventil, z. B. einen Drehschieber, periodisch an den Messdruckraum anzuschliessen. Der Drehschieber wird dann so eingestellt, dass er jeweils bei Maximal- oder bei Minimaldruck den Messdruckraum mit dem Manometer verbindet. In der Leitung vom Drehschieber zum Manometer herrscht dann ein statischer Druck, der dem Maximum bzw. dem Minimum des im Messdruckraum herrschenden pulsierenden Druckes entspricht, und dieser wird am Manometer angezeigt. Diese bekannten Drehschieberanordnungen haben gewisse Nachteile.
Sie setzen voraus, dass die Lage des Maximums bzw. des Minimums des pulsierenden Druckes genau bekannt ist, so dass der Drehschieber danach eingestellt werden kann. Das ist bei hydraulischen Materialprüfmaschinen, bei denen eine Wechsellast mittels eines Pulsa- tors erzeugt wird, meist der Fall, weil dann der Drehschieber synchron mit dem Pulsator arbeiten kann.
Aber auch hier können durch die Massenkräfte frequenzabhängige Abweichungen des Druckverlaufes vom Pulsatorhub auftreten. Auf jeden Fall muss aber auch dort der Drehschieber sehr genau eingestellt werden, damit tatsächlich stets die Maxima bzw.
Minima des pulsierenden Druckes abgegriffen werden. Es gibt aber auch Fälle, in denen die Lage der Extremwerte überhaupt nicht bekannt oder erfassbar ist. In diesen Fällen ist eine Drehschielberanord- nung der erwähnten Art gar nicht brauchbar.
Es ist eine Anordnung bekannt, bei welcher das Manometer über ein Rückschlagventil an den Messdruckraum angeschlossen ist. Dann stellt sich hinter dem Rückschlagventil am Manometer ein Druck ein, der dem Maximum des pulsierenden Druckes im Messraum entspricht. Da das Manometer aber auch nachfolgen muss, wenn der Maximaldruck im Messraum absinkt, sind parallel zu dem Rückschlagventil Druckausgleichsmittel in Gestalt eines gedrosselten Kanals vorgesehen, über welchen das Öl vom Manometer langsam abfliessen kann, so dass der Öldruck nachfolgt, wenn der Manometerdruck absinkt und daher über das Rückschlagventil kein neues Öl zum Manometer gelangt. In weiterer Ausbildung dieser Anordnung ist auch schon bekannt, ein Maximumund ein Minimummanometer an den Messdruckraum über Rückschlagventile anzuschliessen, von denen das eine zum Manometer und das andere zum Messdruckraum hin öffnet.
Um ein Nachfolgen der Manometer bei absinkendem Maximaldruck oder ansteigendem Minimaldruck zu ermöglichen, sind bei dieser bekannten Anordnung die beiden Manometer über eine gedrosselte Leitung miteinander verbunden.
Diese bekannten Anordnungen bieten in der Praxis Schwierigkeiten, weil die Drosselwirkung der Druckausgleichsmittel von der Viskosität des Öls (oder sonstigen Druckmittels) abhängt. Bei sehr starker Drosselung fliesst das Druckmittel nur sehr langsam von dem Manometer ab oder zu diesem zu, so dass das Manometer insbesondere bei kaltem Druckmittel schnellen Änderungen der Extremwerte nicht zu folgen vermag. Wenn man dagegen die Drosselung vermindert, dann kann bei der Erwärmung des Druckmittels und entsprechend verminderter Viskosität ein Messfehler durch das ab- bzw. zufliessende 01 entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Anzeige von Extremwerten pulsierender hydraulischer Drücke zu schaffen, die von der Viskosität des Druckmittels unabhängig ist, und dies wird dadurch erreicht, dass die Druckausgleichsmittel zwei abwechselnd öffnende, gesteuerte Ventile enthalten, von denen das erste einen Druck ausgleich zwischen dem Messdruckraum und einem hinter dem Rückschlagventil liegenden Hilfsdruckraum und das zweite einen Druckausgleich zwischen dem Hilfsdruckraum und dem Manometer herstellt.
Der Druckausgleich, der ein Nachfolgen des Manometers bei Absinken des Maximaldruckes bzw. bei Ansteigen des Minimaldruckes gestattet, wird also nach der Erfindung nicht durch eine Drossel bewirkt, deren Strömungswiderstand von der Viskosität des Druckmittels abhängt und sich daher z. B. mit der Temperatur ändert. Vielmehr erfolgt ein Druckausgleich über Ventile, die periodisch vollständig öffnen, so dass vollständig definierte, von der Viskosität des Druckmittels unabhängige Verhältnisse erhalten werden.
Man kann nun natürlich nicht einfach ein das Manometer mit dem Messdruckraum verbindendes Rückschlagventil mittels eines gesteuerten Ventils periodisch kurzschliessen. Dann würde bei jedem Öffnen des gesteuerten Ventils der Druck am Manometer auf den im Augenblick des Öffnens gerade herrschenden Messdruck absinken bzw. ansteigen (je nachdem ob es sich um ein Maximum- oder ein Minimummanometer handelt). Nach Schliessen des Ventils würde der Manometerdruck über das Rückschlagventil wieder auf den neuen Extremwert ansteigen bzw. absinken. Da das Öffnen des gesteuerten Ventils mit keiner definierten Phasenlage zu den Druckschwankungen erfolgen soll, weil man sonst ja wieder die zu vermeidenden Nachteile des bekannten Drehschiebers in Kauf nehmen müsste, würde die Manometeranzeige im Rhytmus der Ventilbestätigung vibrieren. Man muss daher eine Art Druckschleuse vorsehen.
Es wird in einer ersten Phase ein hinter dem Rückschlagventil liegender Hilfsdruckraum zunächst durch Öffnen des ersten gesteuerten Ventils auf einen Druck unterhalb des Maximaldrukkes bzw. oberhalb des Minimaldruckes gebracht.
Nach dem Schliessen dieses gesteuerten Ventils steigt der Druck in dem Hilfsdruckraum über das Rückschlagventil wieder auf den Maximalwert an bzw. sinkt er auf den Minimalwert ab. In einer zweiten Phase wird dann der im Hilfsdruckraum herrschende Druck am Manometer wirksam. Das Manometer stand unter dem Druck, welcher bei der vorangegangenen Druckabtastung herrschte, und wird nun von dem neuen Druck im Hilfsdruckraum beaufschlagt, der sich von dem vorangehenden nur relativ wenig unterscheidet. Das Manometer folgt somit dem Maximal- bzw. Minimaldruck sowohl nach oben als auch nach unten, ohne dass Vibrationen auftreten.
Die Anordnung kann so getroffen werden, dass mit dem Rückschlagventil ein zweites Rückschlagventil gleichsinnig in Reihe liegt, welches parallel zu dem zweiten gesteuerten Ventil den Hilfsdruckraum mit dem Manometer verbindet, so dass ein Druckanstieg beim Maximummanometer bzw. ein Druckabfall beim Minimummanometer über dieses Rückschlagventil unmittelbar am Manometer wirksam wird.
Bei hydraulischen Materialprüfmaschinen ist übelicherweise je ein Manometer zur Maximum- und zur Minimumanzeige vorgesehen. Dabei kann in an sich bekannter Weise zur Maximumanzeige ein erstes Manometer (Maximummanometer) mit zum Manometer hin öffnenden Rückschlagventilen und zur Minimumanzeige ein zweites Manometer (Minimummanometer) mit zum Messdruckraum hin öffnenden Rückschlagventilen vorgesehen sein. Die Erfindung kann hierbei in der Weise verwirklicht werden, dass je ein gesteuertes Ventil parallel zu jedem Rückschlagventil angeordnet ist. Die Anordnung kann aber auch so getroffen werden, dass die Hilfsdruckräume von Maximum- und Minimummanometer durch ein gesteuertes Ventil miteinander verbunden sind. Dabei wird gegenüber der ersterwähnten Anordnung ein gesteuertes Ventil eingespart.
Die beiden Ventile zwischen Hilfsdruckräumen und Manometern können gleichzeitig und das zwischen den Hilfsdruckräumen liegende Ventil anschliessend öffnen.
Die Öffnungsfrequenz der gesteuerten Ventile kann auf die zu erwartende Änderungsgeschwindig keit der Extremwerte abgestimmt werden und braucht nicht mit der Frequenz der Druckschwankungen übereinzustimmen. Sie kann vielmehr wesentlich geringer sein, was bei hohen Lastwechselfrequenzen vorteilhaft ist. Das Öffnen der Ventile braucht aber nicht in einer bestimmten zeitlichen Beziehung zu den Druckschwankungen zu erfolgen, so dass keine Fehler durch falsche Einstellung von Drehschiebern oder dgl. auftreten können.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben:
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur Anzeige von Druckmaxima;
Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Anzeige von Druckminima und
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, mittels welcher sowohl Druckmaxima als auch Druckminima angezeigt werden.
Mit 1 (Fig. 1) ist eine Leitung bezeichnet, in welcher ein pulsierender öldruck herrscht, von welchem das Maximum gemessen werden soll. Zu diesem Zweck ist die Leitung 1 über eine Leitung 2, mit zwei in Reihe liegenden Rückschlagventilen 3 und 4 mit einem Manometer 5 verbunden. Parallel zu den Rückschlagventilen 3 und 4 liegen gesteuerte Ventile 6 bzw. 7, beispielsweise Drehschieber oder Magnetventile. Die Ventile 6 und 7 werden so gesteuert, dass sie abwechselnd öffnen.
Beim Öffnen des Ventils 6, während das Ventil 7 geschlossen ist, stellt sich in dem Hilfsdruckraum 8 hinter dem Rückschlagventil 3, der in diesem Augenblick gerade in der Messdruckleitung herrschende Druck ein. Dieser Druck ist jedenfalls kleiner als der Maximaldruck oder höchstens gleich gross wie dieser, je nachdem, zu welchem Zeitpunkt das Ventil 6 öff net. Nach Schliessen des Ventils 6 steigt dieser Druck im Raum 8 auf den augenblicklichen Maximaldruck an, wenn nämlich der Druck in der Leitung 1 auf diesen Wert ansteigt und das Manometer 5 hin öffnende Rückschlagventil 3 aufdrückt. Wenn ein Ansteigen des Maximaldruckes erfolgt, dann wird dieser ansteigende Druck nach Aufdrücken des Rückschlagventils 4 unmittelbar in die Druckleitung 9 zum Manometer 5 übertragen. Andernfalls erfolgt ein Druckausgleich zwischen den Räumen 8 und 9 beim Öffnen des Ventils 7.
Es erfolgt also eine periodische Abtastung des Druckes in der Leitung 1. Der Druck im Hilfsdruckraum 8 wird durch Öffnen des Ventils 6 periodisch auf einen geringeren Wert herabgesetzt und baut sich dann über Rückschlagventil 3 wieder bis zu dem jeweils herrschenden Maximalwert auf. Dieser Wert wird dann über Rückschlagventil 4 oder Ventil 7 auf das Manometer 5 und Raum 9 übertragen. Der Druck am Manometer macht dadurch den Druckabfall beim Öffnen des Ventils 6 nicht mit. Die Druckunterschiede zwischen Raum 8 und 9 - entsprechend dem Maximaldruck bei der derzeitigen und der vorangegangenen Abtastung - sind in der Regel gering. Die Manometeranzeige ändert sich praktisch stetig.
Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung für die Messung von Minimaldrücken. Entsprechende Teile sind in Fig. 2 zum Unterschied von Fig. 1 durch einen Strich (') gekennzeichnet. Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur dadurch, dass die beiden Rückschlagventile 3', 4' nicht zum Manometer 5' sondern zur Messdruckleitung hin öffnen.
Bei Fig. 3 sind zwei Manometer 5a und 5b für die Maximum- und die Minimum anzeige vorgesehen. Die Anordnung entspricht im Grundprinzip der von Fig. 1 und 2, und entsprechende Teile sind mit dem gleichen Bezugszeichen wie dort und einem a (Fig. 1) bzw. einem b (Fig. 2) gekennzeichnet. Statt der getrennten gesteuerten Ventile 6 und 6' ist jedoch nur ein einziges 6" vorgesehen, das die beiden Hilfsdruckräume 8a und 8b miteinander verbindet. Beim Öffnen des Ventils 6" wird in den beiden Hilfsdruckräumen 8a und 8b ein gemeinsamer mittlerer Druck eingestellt, der sich über Ventil 3a zum Maximaldruck auf- und über Ventil 3b zum Minimaldruck abbaut. Die so erhaltenen Drücke in den Hilfsdruckräumen 8a und 8b werden dann über die Rückschlagventile 4a, 4b oder die gesteuerten Ventile 7a, 7b auf die Manometer 5a, 5b übertragen.