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Dokumentenidentifikation DE10233358B3 18.03.2004
Titel Regelverfahren zum Druckaufbau mittels Druckübersetzern, insbesondere zum Prüfen der Druckfestigkeit von Rohren
Anmelder SMS Meer GmbH, 41069 Mönchengladbach, DE
Erfinder Kolbe, Manfred, 41061 Mönchengladbach, DE;
Schiffers, Hans-Günter, 41069 Mönchengladbach, DE;
Feldmann, Uwe, 41569 Rommerskirchen, DE;
Krutz, Wolfgang, 41069 Mönchengladbach, DE
Vertreter Hemmerich und Kollegen, 57072 Siegen
DE-Anmeldedatum 23.07.2002
DE-Aktenzeichen 10233358
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.03.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.03.2004
IPC-Hauptklasse G01N 3/12
IPC-Nebenklasse G01M 3/28   G05D 7/00   
Zusammenfassung Bei einem Regelverfahren zum Druckaufbau mittels Druckübersetzern (D1, D2), insbesondere an einer Presse zum Prüfen der Druckfestigkeit von Großrohren (1) durch Befüllen mit einer Flüssigkeit ihres nach Abschließen der Rohrenden gegebenen Innenraumes und anschließendes Beaufschlagen der Flüssigkeit durch mit vorgegebenem Druck eingepreßte weitere Flüssigkeit, wozu mindestens zwei mit Drucköl beaufschlagte Druckübersetzer (D1, D2) vorgesehen sind, die auf der Hochdruckseite (I) über Leitungen mit darin angeordneten Rückschlagventilen (6, 6') mit einer Medienversorgung (3) verbunden sind und über in den Leitungen angeordnete weitere Rückschlagventile (6'', 6''') mit dem Rohrinnenraum in Verbindung stehen, werden die Druckübersetzer (D1, D2) mit ihnen vorgeschalteten Wegmeßeinrichtungen (W1, W2) und Regelventilen über eine gemeinsame Regeleinheit (23) zu einem Betriebssystem mit positionsabhängig nacheinander und wiederholbar aufschaltbaren Druckübersetzern (D1 oder D2) derart zusammengeschlossen, daß, sobald sich ein erster Druckübersetzer (D1 oder D2) sich seiner Endlage nähert, seine Geschwindigkeit reduziert und damit einhergehend gleichzeitig ein nächstfolgender Druckübersetzer beschleunigt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren zum Druckaufbau mittels Druckübersetzern, bei einer Presse zum Prüfen der Druckfestigkeit von Großrohren durch Befüllen mit einer Flüssigkeit ihres nach Abschließen der Rohrenden gegebenen Innenraumes und anschließendes Beaufschlagen der Flüssigkeit durch mit vorgegebenem Druck eingepreßte weitere Flüssigkeit, wozu mindestens zwei mit Drucköl beaufschlagte Druckübersetzer vorgesehen sind, die auf der Hochdruckseite über Leitungen mit darin angeordneten Rückschlagventilen mit einer Medienversorgung verbunden sind und über in den Leitungen angeordnete weitere Rückschlagventile mit dem Rohrinnenraum in Verbindung stehen.

Um eine Flüssigkeit unter Druck zu setzen, sind beispielsweise handelsübliche Hochdruckplungerpumpen bekannt, von denen bei Rohrprüfpressen mehrere zum Einsatz kommen. Hier macht sich die Oszillation aufgrund der Anzahl der vorhandenen Kolben nachteilig bemerkbar, was sich aus den Prüfprotokollen ergibt, die zu jedem geprüften Rohr erstellt werden müssen. Eine Regelung auf einen bestimmten Prüfdruck erfordert zudem ein zusätzliches Regelventil, das sich nur auf der Hochdruckseite vorsehen läßt. Da es sich bei dem Druckmedium von Prüfpressen regelmäßig um Wasser, gegebenenfalls eine Wasseremulsion handelt, in dem sich häufig aus den zu prüfenden Rohren stammende Schadstoffe wie Sinter befinden, unterliegt das Regelventil einem hohen Verschleiß.

Im praktischen Betrieb werden daher an Prüfpressen einfache Druckübersetzer, bestehend aus in einem Zylinder angeordneten Plunger und diesen beaufschlagende Kolben-Zylinder-Einheit, eingesetzt. Als Vorteil eines solchen Druckübersetzers liegt vor, daß die Druckregelung auf der Ölseite und folglich mit geringem Verschleiß an den Regelventilen möglich ist. Außerdem entsteht keine Oszillation während des Druckaufbaus und des Druckhaltens. Als Nachteil hat sich aber herausgestellt, daß das Nutzvolumen auf der Wasserseite immer größer sein muß als das Kompressionsverhalten im Prüfling, d.h. im zu prüfenden Rohr. Wenn nun Prüflinge ein großes Kompressionsvolumen erfordern, wie im Falle von Großrohren, macht das den Einsatz von sehr großen und damit teuren Druckübersetzern notwendig. Eine aufwendige, teure Bauweise bringen auch bekannte, doppeltwirkende Druckübersetzer mit sich, bei denen außerdem durch die Umschaltung der Kolbenbewegung große (Druckschwankungen im Druckmedium entstehen. Das Vorgenannte gilt nicht nur für Prüfpressen, sondern für jede andere Vorrichtung zum Druckaufbau, bei denen eine Flüssigkeit unter Druck gesetzt wird.

Zum Erzeugen hochpräziser Volumenströme ist es aus der EP 0 621 523 A2 bekannt, zwei Druckübersetzer vorzusehen, die auf der Hochdruckseite über Leitungen und Ventile mit einer Medienversorgung sowie über weitere Leitungen und Ventile mit einer Ausgangsleitung verbunden sind. die Druckübersetzer lassen sich über eine gemeinsame Regeleinheit zu einem Betriebssystem derart zusammenschließen, daß sobald sich der erste Druckübersetzer seiner Endlage nähert, seine Geschwindigkeit reduziert und damit einhergehend gleichzeitig der andere Druckübersetzer in Bewegung gesetzt. Es wird damit erreicht, daß die Summe der Geschwindigkeiten der Kolben der Druckübersetzer gleich ist.

Durch die DE 298 13 945 U1 ist es zur Druckwechselprüfung hohler Bauteile bekanntgeworden, zwei wechselbar mit dem Bauteil verbindbare Druckübersetzer vorzusehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich die genannten Nachteile vermeiden lassen und das insbesondere einen einfachen, kostengünstigen Aufbau und höhere Standzeiten ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckübersetzer mit ihnen vorgeschalteten Wegmeßeinrichtungen und Regelventilen über eine gemeinsame Regeleinheit zu einem Betriebssystem derart zusammengeschlossen werden, daß sobald ein erster Druckübersetzer sich seiner Endlage nähert, seine Geschwindigkeit reduziert und damit einhergehend gleichzeitig ein nächstfolgender Druckübersetzer beschleunigt wird. Das läßt sich vorteilhaft mehrfach wiederholt durchführen. Indem somit einerseits die Geschwindigkeit reduziert und davon abhängig gleichzeitig ein nachfolgend beaufschlagter Druckübersetzer beschleunigt wird, wird ein kontinuierlicher Druckaufbau ohne einen Druckeinbruch erreicht und damit ein Überschwingen beim Komprimieren verhindert. Denn das Abbremsen und Beschleunigen wird synchronisiert. Die Summe der von den beiden Druckübersetzern geförderten Druckflüssigkeit bleibt stets konstant bzw. kann einen beabsichtigten zeitlichen Verlauf einnehmen.

Es lassen sich damit trotz der Verwendung kleiner, kostengünstiger handelsüblicher und baugleicher Druckübersetzer auch die für Rohrprüfpressen bei Großrohren benötigten erheblichen Kompressionsvolumina erreichen. Somit sind groß bauende, in Sonderanfertigung herzustellende und damit teure Einzeldruckübersetzer entbehrlich.

Das einzubringende Füll- und Kompressionsvolumen unterliegt gleichwohl keiner Begrenzung, da mehrere der einfachen, kleinen Druckübersetzer alternierend und gegebenenfalls von neuem, d.h. jeweils mit dem ersten Druckübersetzer beginnend in der erfindungsgemäßen Weise mehrfach wiederholt betätigt werden können, bis das gewünschte, große Volumen und der Prüfdruck gegeben ist. Dies läßt sich vorteilhaft dadurch feststellen, daß an die Regeleinheit ein Drucksensor zur Aufnahme des Rohrinnendrucks angeschlossen wird. Hiervon abhängig lassen sich dann auch die Druckübersetzer ansteuern. Schließlich werden höhere Standzeiten der Komponenten, insbesondere der Regelventile erreicht, weil diese nicht auf der Wasserseite, sondern auf der Ölseite angeordnet sind. Weiterhin ist es auch möglich, zum Dekomprimieren das Rohr mittels der Druckübersetzer zu leeren, d.h. das Druckmittel raus zu fördern.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:

1 einen Systemaufbau mit Hydraulikplan zum Druckaufbau mittels Druckübersetzern; und

2 ein Fördernstrom-/Zeit-Diagramm.

Die 1 zeigt ein zu prüfendes Rohr 1, dessen Enden durch aufgesetzte Kappen 2 der dergleichen abgeschlossen sind. Über eine Medienversorgung (Druckflüssigkeit) 3, z.B. ein Füllbehälter, ein Becken oder eine Kreiselpumpe, einen Tank 3', eine Leitung 27, ein Ventil 26 und eine Druckleitung 8 kann das Rohr 1 so lange mit einem Druckmedium, z.B. eine Wasser-Öl-Emulsion, gefüllt werden, bis sämtliche Luft aus dem Rohr 1 entwichen ist und im Rohrinneren der gewünschte Prüfdruck herrscht. Alternativ kann im direkten Weg zunächst das Rohr 1 gefüllt und erst danach der Druckaufbau vorgenommen werden.

Um dies zu ermöglichen, sind im Ausführungsführungsbeispiel nach 1 auf der Hochdruck- bzw. Wasserseite I zwei positions- bzw. wegabhängig nacheinander und bis zum Erreichen des hohen Füll- und Kompressionsvolumens gegebenenfalls wiederholt, alternierend beaufschlagbare Druckübersetzer D1 und D2 – ausgeführt als Kolben-Zylindereinheiten 14, 16 bzw. 15, 17 und mit diesen zusammenarbeitenden, in Zylindern 9, 10 angeordneten Plungern 11, 12 – im Einsatz. Die Zylinder 9, 10 besitzen Anschlüsse 7, 7', die einerseits mit Rückschlagventilen 6", 6"' und andererseits mit Rückschlagventilen 6 und 6' in Verbindung stehen. Von den zweiten Anschlüssen der Rückschlagventile 6, 6' führt eine Leitung 4 zu der Medienversorgung 3.

Zum Druckaufbau im Rohr 1 wird beispielsweise zunächst der Druckübersetzer D1 beaufschlagt. In den Arbeitsraum des Zylinders 9 ist über das Rückschlagventil 6 und die Leitung 4 von der Medienversorgung 3 das Druckmittel gefördert worden. Beginnt der Plunger 11 mit seinem Arbeitshub, so sperrt das Rückschlagventil 6 während das Rückschlagventil 6''' öffnet, so daß das Druckmittel über die Druckleitung 8 in das Rohr 1 gelangt. Kurz bevor der Plunger 11 seinen Arbeitshub beendet und sich seiner Endlage genähert hat, wird der Plunger 12 des betriebsbereiten weiteren Druckübersetzers D2 zeitlich in Bewegung gesetzt, der in der Folge die Befüllung bzw. den Druckaufbau des Rohrs 1 fortführt. Dieses Wechselspiel kann bis zum Erreichen des endgültigen Kompressionsvolumens durchgeführt werden, wobei der jeweils nicht aktivierte Druckübersetzer nach dem Arbeitshub mit dem für den Fogehub benötigten Druckmittel aus der Medienversorgung 3 versorgt wird.

Als Antrieb für die Plunger 11, 12 der Druckübersetzer D1, D2 dienen die Kolben-Zylindereinheiten 14, 16 bzw. 15, 17, die über Kolbenstangen 13, 13' auf die Plunger 11, 12 arbeiten. Bei den Kolben-Zylindereinheiten 14, 16 und 15, 17 handelt es sich um doppelt wirkende Zylinder, die mit einem Hydrauliköl angetrieben werden. Die Steuerung der Kolben-Zylindereinheiten erfolgt über auf der Ölseite II angeordnete Regelventile 18, 19, die an eine übliche Ölversorgung angeschlossen sind.

Die Regelventile 18, 19 werden von einer Regeleinheit 23 angesteuert, über die die beiden Druckübersetzer D1, D2 zu einem Betriebssystem mit der oben beschriebenen Arbeitsweise der Kolben bzw. Plunger 11, 12 zusammengeschlossen sind. Zur Erfassung des Beginns des Verzögerns bzw. Beschleunigens des Druckübersetzers D1 bzw. D2 sind ebenfalls mit der Regeleinheit 23 verbundene Wegmeßeinrichtungen W1 und W2 vorgesehen, im Ausführungsbeispiel ausgebildet als Ritzel 25, 25', die mit Zahnstangenabschnitten der Kolbenstangen 13, 13' kämmen und so die jeweilige Position der Plunger 11 und 12 ermitteln. Zusätzlich kann die Regeleinheit 23 noch Signale von einem Druckaufnehmer 5 verarbeiten, welcher den Druck im Rohr 1 über die Druckleitung 8 ermittelt. Über einen Anschluß 24 lassen sich Sollwerte für die Regeleinheit 23 eingeben.

Es wird somit erreicht, daß auch für Prüfpressen von Großrohren bei den dort benötigten großen Füll- und Kompressionsvolumina mit handelsüblichen, kleinen Druckübersetzern gearbeitet werden kann, indem diese zu einem Betriebssystem zusammengeschlossen sind und gezielt alternierend zum Einsatz gebracht werden. Dies geschieht aufgrund des Anfahrens des jeweils folgenden Druckübersetzers zeitgleich und wegabhängig erst bei der Endlagen-Annäherung des jeweils vorhergehend beaufschlagten Druckübersetzers ohne nachteilige Druckschwankungen, d.h. eine Oszillation tritt nicht auf. Wie der 2 zu entnehmen ist, bleibt die Summe der von beiden Druckübersetzern D1 und D2 geförderten Druckfüssigkeit konstant, ohne daß es im Übergangsbereich UB zu einem Druckeinbruch kommt. Anstelle von lediglich zwei wechselweise betriebenen, baugleichen kleinen Druckübersetzern können auch noch weitere eingesetzt werden.

1 Rohr 2 Kappe 3 Füllbehälter 3' Tank 4 Leitung 5 Druckaufnehmer 6 Rückschlagventil 7 Anschluß 8 Druckleitung 9 Zylinder 10 Zylinder 11 Plunger 12 Plungen 13 Kolbenstange 14 Zylinder 15 Zylinder 16 Kolben 17 Kolben 18 Regelventil 19 Regelventil 23 Regleinheit 24 Anschluß 25 Ritzel 26 Ventil 27 Leitung D1 Druckübersetzer D2 Druckübersetzer I Wasser-(Hochdruck-)Seite II Ölseite W1 Wegemeßeinrichtung W2 Wegemeßeinrichtung UB Übergangsbereich

Anspruch[de]
  1. Regelverfahren zum Druckaufbau mittels Druckübersetzern, bei einer Presse zum Prüfen der Druckfestigkeit von Großrohren (1) durch Befüllen mit einer Flüssigkeit ihres nach Abschließen der Rohrenden gegebenen Innenraums und anschließendes Beaufschlagen der Flüssigkeit durch mit vorgebbarem Druck eingepreßte weitere Flüssigkeit, wozu mindestens zwei mit Drucköl beaufschlagte Druckübersetzer (D1, D2) vorgesehen sind, die auf der Hochdruckseite (1) über Leitungen mit darin angeordneten Rückschlagventilen (6, 6') mit einer Medienversorgung (3) verbunden sind und über in den Leitungen angeordnete weitere Rückschlagventile (6", 6"') mit dem Rohrinnenraum in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckübersetzer (D1, D2) mit ihnen vorgeschalteten Wegmeßeinrichtungen (W1, W2) und Regelventilen (18, 19) über eine gemeinsame Regeleinheit (23) zu einem Betriebssystem derart zusammengeschlossen werden; daß sobald ein erster Druckübersetzer (D1 oder D2) sich seiner Endlage nähert, seine Geschwindigkeit reduziert und damit einhergehend gleichzeitig ein nächstfolgender Druckübersetzer in Bewegung gesetzt wird.
  2. Regelverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das positions- bzw. wegabhängige Reduzieren der Geschwindigkeit eines vorhergehenden Druckübersetzers (D1 oder D2) und das Beschleunigen des bzw. der nächstfolgenden Druckübersetzer mehrfach wiederholt durchgeführt wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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