Gerät zur Ermittlung von rasch auftretenden Druckänderungen Bei hydraulischen Antrieben und bei hydraulischen Regelgetrieben sind Kräfte, Drehmomente oder Leistun gen durch den Druck der Antriebsflüssigkeit im Hydrau- liksystem erfassbar. Wenn Begrenzungen dieser Kräfte, Momente bzw. Leistungen notwendig sind, werden Druckschalter verwendet, die den Pumpenantrieb ab stellen oder über elektromagnetische Ventile die Arbeits- flüssigkeit absperren oder ablenken. Die überdrucksi- cherungen können natürlich auch unmittelbar Ventile beeinflussen.
Es gibt Anwendungsfälle, bei denen Druckschalter allein nur unvollkommen arbeiten. Bei hydraulisch be tätigten Spann- oder Pressvorrichtungen werden zum Be enden der Arbeitsbewegung Druckschalter verwendet. Während der Bewegung ist der Druck im Arbeitszylin der klein und baut sich erst auf, wenn der Arbeitskol ben gegen einen mechanischen Widerstand arbeiten muss, d. h., wenn das zu spannende oder zu pressende Gut die Bewegung des Arbeitskolbens hemmt. Bei Er reichen eines bestimmten Druckes wird die weitere Zu fuhr von Arbeitsflüssigkeit unterbunden.
Vor Erreichen der Endstellung des Arbeitskolbens steigt der Druck relativ langsam an, weil sich das Druck gefässsystem bei Drucksteigerung elastisch verformt.
Wenn Druckschalter ohne zusätzliche Hilfsmittel ver wendet werden, kann es zu Fehlauslösungen des Druck schalters und damit zu Fehlschaltungen durch Druck stösse kommen, die beispielsweise durch andere Hy- draulikantriebe, die von derselben Pumpe versorgt wer den, verursacht werden.
Ein Hilfsmittel zur Unterschei dung der Druckstösse von betriebsmässig auftretenden Druckänderungen ist ein dem Druckschalter nachge schaltetes Zeitrelais, das auf die kurzzeitig wirkenden Druckstösse nicht anspricht und erst bei lang andauern den Druckänderungen die Abschaltung des Pumpenan triebes veranlasst. Die Verwendung solcher Zeitrelais hat aber den Nachteil, dass keine exakte Abschaltung sofort bei Erreichen eines bestimmten Enddruckes ge- währleistet wird.
Besonders wichtig ist eine einwandfrei arbeitende Einrichtung zur Erfassung von Druckstössen bei Seil förderanlagen, die mit hydraulischen Regelgetrieben be trieben werden. Bei solchen Anlagen muss damit ge rechnet werden, dass plötzlich mechanische Hindernisse auftreten, zum Beispiel durch Ausspringen des Förder seils aus den Führungsrollen oder dann, wenn ein Baum auf das Bahntrasse fällt. In jedem Fall muss so rasch wie möglich abgeschaltet werden. Bei elektrischen Antrieben dienen dazu Leistungsstossrelais, die bei einem Strom- oder Leistungsanstieg, der einen bestimmten ein stellbaren Wert in der Zeiteinheit überschreitet, die Ab schaltung veranlassen.
Bei hydraulischen Regelgetrieben ist die Stromän derung des Pumpenmotors von der eingestellten über setzung abhängig und deshalb kein gut brauchbares Mass zur Erfassung von rasch auftretenden Zusatzbela stungen.
Ein Gerät, das rasche Druckänderungen der Arbeits flüssigkeit des hydraulischen Getriebes erfasst, ist aber einem elektrischen Leistungsstossrelais gleichwertig. Da durch, dass die Schwungmomente von hydraulischen Ge trieben meistens erheblich kleiner sind als die von Elek tromotoren, wird sogar ein rascheres Ansprechen er reicht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Ermitt lung von rasch auftretenden Druckänderungen, insbe sondere für flüssige Medien. Erfindungsgemäss sind zwei an den druckführenden Raum über Zuführungskanäle mit verschiedenem Strömungswiderstand angeschlossene Druckkammern und eine in Abhängigkeit vom Diffe renzdruck beider Druckkammern ansprechende Vorrich tung vorgesehen.
Die in Abhängigkeit vom Differenz druck der beiden Druckkammern ansprechende Vorrich tung kann eine Schalt- oder Anzeigevorrichtung sein. Das erfindungsgemässe Gerät, das also als Schalt- oder Anzeigegerät ausgebildet werden kann, ermöglicht auf einfache Weise eine Unterscheidung zwischen Druck stössen und betriebsmässig auftretenden Druckänderun- gen, ohne dass die bei Verwendung von Zeitrelais unver meidbare Ansprechtoleranz in Kauf genommen werden muss.
Bei raschen Änderungen des Druckes im druckfüh renden Raum gleicht sich der Druck in der über den Zuführungskanal mit höherem Strömungswiderstand an geschlossenen Druckkammer langsamer an den neuen Wert des Druckes an als der Druck in der anderen Druckkammer, während sich langsame Druckänderungen in beiden Druckkammern praktisch gleichzeitig auswir ken. Das erfindungsgemässe Gerät gestattet somit, rasch verlaufende Druckänderungen, wie sie zum Beispiel bei Druckstössen auftreten, von langsamen, also betriebsmä ssig bedingten Druckänderungen zu unterscheiden, und es können somit Fehlschaltungen durch Druckstösse ver mieden werden.
In manchen Anwendungsfällen kann es erwünscht sein, einen durch eine plötzliche Entlastung hervorgeru fenen Druckabfall zu erfassen; mit Hilfe des erfindungs gemässen Gerätes können auch rasch verlaufende Druckabsenkungen ermittelt und für Schaltzwecke aus gewertet werden.
Es erweist sich als vorteilhaft, die Druckkammern zylindrisch auszubilden und in ihnen federbelastete Kol ben anzuordnen, die eine Schalt- oder Anzeigevorrich tung betätigen.
Mit Vorteil kann auch ein einziges zylindrisches Druckgefäss Verwendung finden, an dessen beiden stirn seitigen Enden die Zuführungskanäle einmünden und das durch einen mittels Federn in einer Mittellage ge haltenen Kolben in zwei Druckkammern unterteilt ist. Bei einem Druckunterschied in den Druckkammern bei derseits des Kolbens verschiebt sich dieser, und diese Verschiebung kann unmittelbar für die Schaltzwecke ausgenützt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist ein die beiden Druckkammern 3, 4 enthaltendes Gefäss 1 über ein Zuleitungsrohr 2 mit dem druckführenden Raum ver bunden. Der Zuführungskanal zur linken Druckkam mer 3 weist einen grossen Querschnitt auf, während die Verbindung zur rechten Druckkammer 4 über einen engen Zuführungskanal 5 hergestellt ist.
In den beiden Druckkammern 3 und 4 befinden sich Kolben 6 bzw. 7, die unter dem Druck von Fe dern 8 bzw. 9 stehen. Bei konstantem oder sich nur langsam änderndem Druck ist die Relativlage der Kol ben 6 und 7 zueinander immer gleich. Die Absolutlage der Kolben 6, 7 ist natürlich druckabhängig. Die Fe dern 8, 9 sind so bemessen, dass sie bei Maximaldruck noch nicht ganz zusammengedrückt sind.
Bei rasch verlaufenden Druckänderungen ändert sich zufolge der verschiedenen Strömungswiderstände in den Zuleitungskanälen zu den Druckkammern 3, 4 die Re lativlage der Kolben 6 und 7 zueinander, und erst einige Zeit nach Erreichen eines konstanten Druckes nehmen die Kolben 6 und 7 wieder die gleiche Lage relativ zueinander ein. Die Änderung der Relativlage der Kol ben kann entweder für eine Kontaktbetätigung oder un mittelbar für eine Ventilbetätigung ausgenützt werden. Bei der Ausführung nach Fig. 1 betätigen die Kolben 6, 7 über ihre Kolbenstangen 10 und 11 eine Quecksil- berschaltröhre 12.
Zum Einstellen der gewünschten Re lativbewegung in Abhängigkeit von der Druckänderungs- geschwindigkeit ist in dem Zuführungskanal 5 eine Dros selstelle 13 mit einstellbarer Drosselwirkung vorgesehen. Die Strömungswiderstände hängen vom Querschnitt der Zuführungskanäle, der Geschwindigkeit und der Viskosität der Arbeitsflüssigkeit ab. Da die Viskosität stark temperaturabhängig ist, würden ohne zusätzliche Massnahmen die Arbeitsverhältnisse auch von der Tem peratur abhängen.
Es ist daher zweckmässig, eine Tem peraturkompensation vorzusehen, die durch einen aus Teilen mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten auf gebauten Temperaturfühler bewirkt wird, welcher eine Drosselstelle in Abhängigkeit von der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit so verstellt, dass die Temperaturab hängigkeit der Viskosität ausgeglichen wird. Beispiels weise kann hiezu, wie in der Zeichnung nicht näher dargestellt, eine in einem der Zuführungskanäle ange ordnete Bimetallspirale vorgesehen werden.
Bei Druckanstieg und -abfall sind die Relativbewe gungen verschieden gerichtet. Eine Schalter- oder Ven tilbetätigung kann je nach Bedarf bei Druckanstieg oder bei Druckabfall oder in beiden Fällen erfolgen. Um die richtigen Arbeitsbedingungen bei rasch wechselnden Be lastungen so rasch wie möglich herzustellen, kann par allel zu der Zuleitung mit dem höheren Strömungswider stand ein Nebenschlusskanal 14 mit einem Rückschlag ventil 15 vorgesehen werden, so dass sich eine von der Richtung der Druckänderungen abhängige Arbeits weise ergibt.
Wenn das Gerät bei Druckanstieg allein arbeiten soll, wird die Anordnung so wie in Fig. 1 darge stellt getroffen, bei der das Rückschlagventil 15 bei einem Druckabfall den Nebenschlusskanal 14 öffnet. Die Relativbewegung der Kolben 6. 7 ist bei Druckanstieg gross, bei Druckabfall dann wesentlich kleiner und auch verkehrt gerichtet.
Die Lage der in Fig. 1 dargestellten Quecksilber schaltröhre 12 kann in Abhängigkeit vom Druck leicht ausgeglichen werden, wenn flexible Zuleitungen zum Ge fäss 1 verwendet werden. Anstelle einer Quecksilber schaltröhre können aber auch andere Kontaktvorrichtun gen verwendet werden.
Wenn die Druckkammern aus einem nichtmagneti- sierbaren Material gefertigt werden, kann die übertra- gung der Kolbenbewegung auf das Schalt- oder Anzeige organ auch magnetisch erfolgen.
Eine solche Ausführung ist in Fig. 2 dargestellt, wo bei entsprechende Teile die gleichen Bezugsziffern auf weisen wie in Fig. 1. In der Ausführung nach Fig. 2 be stehen die Kolben 6 und 7 aus magnetischem oder ma- gentisierbarem Material, und die Quecksilberschaltröhre 12 ist auf einem Tragteil angeordnet, der zwei die Druckkammern 3 und 4 umschliessende Ringe 16 und 17 aus magnetischem Material besitzt, die zufolge der magnetischen Anziehung stets die gleiche Höhenlage wie die Kolben 6 bzw.
7 einnehmen und demgemäss auch den Tragteil mit der Quecksilberschaltröhre 12 ent sprechend der Relativbewegung der Kolben 6, 7 ver- schwenken.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemä ssen Gerätes, bei der nur ein einziges zylindrisches Druckgefäss vorgesehen ist, das durch einen Kolben in zwei Druckkammern unterteilt ist, zeigt die Fig. 3. Der Kolben 19 ist beidseitig federnd abgestützt und behält bei konstantem Druck die gezeichnete. Mittellage bei, denn der Druck hat keinen Einfluss auf seine Lage, weil die Federn und die Kolbenflächen gleich sind. Die Zu führungskanäle 20 und 21 mit verschiedenem Strö mungswiderstand münden an den Stirnseiten in das Druckgefäss 18.
Bei dieser Ausführung muss jedoch we gen des unveränderlichen Gesamtvolumens der Druck- kammer eine Ausweichmöglichkeit für die Arbeitsflüs sigkeit vorgesehen sein, wozu zwei in ein gemeinsames Ausgleichsgefäss 24 führende Kanäle 22 und 23 vor gesehen sind. Diese Kanäle sind zweckmässig mit einem kleinen Querschnitt versehen, damit der Verbrauch an Arbeitsflüssigkeit gering bleibt.
Der Kolben 19 betätigt mittels einer Kolbenstange 25 unmittelbar einen in der Zeichnung nicht dargestell ten Schalter oder ein Anzeigeorgan. Für die Kolben stange 25 ist in der Stirnwand des Druckgefässes 18 eine druckfeste Durchführung vorgesehen.
Eine ähnlich aufgebaute Anordnung zeigt die Aus führung nach Fig.4. Dort erfolgt die Kontaktbetäti gung mittels eines magnetischen Kolbens 26, der in einem unmagnetischen zylindrischen Druckgefäss 18 ge führt ist. Beiderseits der Mittellage des Kolbens 26 sind ausserhalb des Druckgefässes 18 zwei Magnetschalter 27 und 28 vorgesehen, von denen jeweils einer bei ent sprechender Verschiebung des Kolbens 26 betätigt wird. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass keine Durch führungsdichtung vorgesehen werden muss.
Bei der in Fig.4 dargestellten Ausführung ist schliesslich noch ein speziell ausgebildetes Ausgleichsge fäss 29 gezeigt, das aus einem geschlossenen Zylinder mit einem federbelasteten Kolben 30 besteht. Als Aus gleichsgefäss kann aber auch ein geschlossenes Gefäss mit einer Gasblase verwendet werden.
Wenn mit wechselnden Lastrichtungen gerechnet werden muss, sind bei hydraulischen Regelgetrieben so wohl auf der Eingangsseite als auch auf der Ausgangs seite Geräte zur Druckstosserfassung notwendig, da mit der Lastrichtung auch Saug- und Druckseite wechseln.