Varianten der Druckerzeugung
Poppe+ Potthoff Maschinenbau
Es gibt verschiedenste Formen der Druckerzeugung und jede Variante bringt gewisse Vorteile und Herausforderungen mit sich. Wir empfehlen unseren Kunden die richtige Variante für die jeweilige Prüfanforderungen und setzen diese in ein modulares Anlagenkonzept ein.
Druckerzeugung mit hydraulischem Druckübersetzer
Bei einem hydraulischen Druckübersetzer wird der Prüfdruck über Öl proportional geregelt. Dadurch lassen sich die gewünschten Druckpunkte sehr genau anfahren. Zur Erzeugung der Ölregelung muss die Anlage zusätzlich mit einem Hydraulikaggregat und einem Kühlwasserkreislauf ausgestattet werden. Der Druckübersetzer fungiert gleichzeitig als Medientrenner, sodass sich das Antriebsmedium (Öl) und das Prüfmedium (z. B. Wasser) nicht vermischen.
Das Ansteuern des Druckübersetzers erfolgt über ein hydraulisches Proportionalventil, welches in Verbindung mit einem PID-Regler, einen definierten Volumenstrom erzeugt. Der Druckübersetzer besteht aus einem Antriebsteil und einem Hochdruckteil.
Antriebsteil
Die Bewegung des Druckübersetzers erfolgt über einen linearen Antriebsteil. Die wesentlichen Bestandteile des Antriebteils sind Kolbenstange mit Kolben, Zylinderrohr mit Zylinderboden, sowie einem Zylinderdeckel. Um die Position des Kolbens genau zu definieren, ist der Kolben mit einem Wegmesssystem verbunden. Über den Zylinderboden wird der Hydraulikdruck eingespeist.
Hochdruckteil
Der benötigte Prüfdruck wird im Hochdruckteil erzeugt. Das Hochdruck-Dichtungspaket ist an der Kolbenstange montiert. Durch ein Stellsignal, welches ein PID-Regler an das Proportionalventil sendet, wird der Hydraulikdruck und ein definierter Volumenstrom in dem Antriebsteil geleitet. Die Kraftübertragung in dem Hochdruckteil erfolgt über zwei in Zylindern gleitenden Kolben. Über das vorher definierte Übersetzungsverhältnis wird der benötigte Prüfdruck erzeugt.
Druckerzeugung mit pneumatischem Druckübersetzer
Bei einem pneumatischen Druckübersetzer wird der Prüfdruck über Luft proportional geregelt. Dadurch lassen sich die gewünschten Druckpunkte anfahren. Die Regelung erfolgt über ein pneumatisches Proportionalregelventil, welches die Druckluft (bis 6bar) zur Regelung des Prüfmediums in den Druckübersetzer regelt. Der Druckübersetzer fungiert gleichzeitig als Medientrenner, sodass sich das Antriebsmedium (Luft) und das Prüfmedium (z. B. Wasser/Öl) nicht vermischen. Der Druckübersetzer besteht aus einem Antriebsteil und einem Hochdruckteil.
Antriebsteil
Die Bewegung des Druckübersetzers erfolgt über einen linearen Antriebsteil. Die wesentlichen Bestandteile des Antriebteils sind Kolbenstange mit Kolben, Zylinderrohr mit Zylinderboden, sowie einem Zylinderdeckel. Um die Position des Kolbens genau zu definieren, kann der Kolben optional mit einem Wegmesssystem verbunden werden. Über den Zylinderboden wird der Luftdruck eingespeist.
Hochdruckteil
Der benötigte Prüfdruck wird im Hochdruckteil erzeugt. Das Hochdruck-Dichtungspaket ist an der Kolbenstange montiert. Durch ein Stellsignal, welches an das Proportionalventil gesendet wird, wird der Luftdruck und ein definierter Volumenstrom in den Antriebsteil geleitet. Die Kraftübertragung in den Hochdruckteil erfolgt über zwei in Zylindern gleitenden Kolben.
Über das vorher definierte Übersetzungsverhältnis wird der benötigte Prüfdruck erzeugt Durch die Kompressibilität der zu regelnden Druckluft ist die Regelgenauigkeit vom Prüflingsvolumen und dem Druckbereich abhängig.
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Hochdruckpumpe
Die Hochdruckpumpe wird über ein Wegeventil mit Druckluft beaufschlagt. Dabei wird über den Druckluft-Betätigungskolben der Förderkolben bewegt. Die davor befindliche Medienmenge wird ausgeschoben. Bedingt durch das Flächenverhältnis von Betätigungskolben und Förderkolben entsteht der zur Förderung erforderliche Druck. Der gewünschte Betriebsdruck wird mittels Druckminderer auf der pneumatischen Antriebsseite eingestellt.
Der Prüfdruck wird mit diesem Regelverfahren über einen aufgebauten Prozess realisiert. Da bei diesem Prozess keine Reibung wie bei Pumpe oder Druckübersetzter die Regelung beeinflusst, ist dieses Verfahren sehr genau und hat keine verschleißenden Elemente, welche regelmäßig gewechselt werden müssen. Die Druckregelung ist frei programmierbar. Druckanstieg, Haltezeiten und weitere Prüfparameter werden im Prüfrezept definiert.
Differenzdruckübersetzer
Bei einem Differenzdruckübersetzer wird der Prüfdruck über Öl proportional geregelt. Dadurch lassen sich die gewünschten Druckpunkte sehr genau anfahren. Zur Erzeugung der Ölregelung muss die Anlage zusätzlich mit einem Hydraulikaggregat und einem Kühlwasserkreislauf ausgestattet werden. Der Druckübersetzer fungiert gleichzeitig als Medientrenner sodass sich das Antriebsmedium (Öl) und das Prüfmedium (z. B. Wasser) nicht vermischen. Das Ansteuern des Druckübersetzers erfolgt über ein hydraulisches Proportionalventil, welches in Verbindung mit einem PID-Regler einen definierten Volumenstrom erzeugt. Der Druckübersetzer besteht aus einem Antriebsteil und einem Hochdruckteil.
Antriebsteil
Die Bewegung des Differenzdruckübersetzers erfolgt über einen linearen Antriebsteil. Den Antriebsteil bildet ein Hydraulikzylinder mit integriertem Wegmesssystem. Um die Position des Kolbens genau zu definieren ist der Hydraulikzylinder mit einem Wegmesssystem verbunden. Eine Kupplung verbindet den Antriebsteil mit dem Hochdruckteil. Die Kupplung wird zudem verwendet, um radialen Versatz auszugleichen.
Hochdruckteil
Der benötigte Prüfdruck wird im Hochdruckteil erzeugt. Bei dem Differenzdruckübersetzer wird kein mitfahrendes Dichtungspaket verwendet, sondern zwei stehende Dichtungspakete, welche einen Stufenkolben führen. Durch ein Stellsignal welches ein PID-Regler an das Proportionalventil sendet, wird der Hydraulikdruck und ein definierter Volumenstrom in den Antriebsteil geleitet. Die Kraftübertragung in den Hochdruckteil erfolgt über die Kupplung und einen Stufenkolben. Über das vorher definierte Übersetzungsverhältnis wird der benötigte Prüfdruck erzeugt.
Die Besonderheit des Differenzdruckübersetzersliegt darin, ein geringes Volumen in den Prüfkörper einzubringen, dieses aber über einen langen Weg aufzuzeichnen. Dies ermöglicht es, geringste Dehnungen im inneren des Prüflings zu erkennen.
Vor- und Nachteile
der DruckerzeugungsVARIANTEN
| Druckmodul | Vorteil | Nachteil |
|---|---|---|
| Pneumatische Druckpumpe | • keine Fördervolumenbegrenzung • geringer Konstruktions- & Fertigungsaufwand • hohe Typenvielfalt bei Druck und Fördergeschwindigkeiten • keine Hydraulik erforderlich | • stufenartiger Druckanstieg • kein regelbarer, wiederholgenauer Druckanstieg • mechanischer Verschleiß |
| Pneumatischer Druckübersetzer | • prozessoptimierte Auslegung • wiederholbare & frei programmierbare Druckan- & abstiegsrampen • Antrieb mit 6 bis 10 bar Druckluft • keine Hydraulik erforderlich | • Stick-Slip Effekt & begrenzte Regelgüte in kleinen Druckbereichen • begrenzte Volumen verdrängbar • mechanischer Verschleiß • erhöhter Fertigungsaufwand • hohe Betriebskosten (Druckluft) |
| Hydraulischer Druckübersetzer | • prozessoptimierte Auslegung • wiederholbare & frei programmierbare Druckan- & abstiegsrampen • sehr hohe Drücke möglich (bis zu 16.000 bar) • nahezu kein Stick-Slip Effekt und sehr hohe Regelgüte über den gesamten Bereich | • begrenzte Volumen verdrängbar • mechanischer Verschleiß und Wartungsintensiv • hoher Fertigungsaufwand • hydraulischer Antrieb erforderlich |
| Differentialdruckübersetzer | • prozessoptimierte Auslegung • wiederholbare & frei programmierbare Druckan- & abstiegsrampen • nahezu kein Stick-Slip Effekt und sehr hohe Regelgüte über den gesamten Bereich • geringste Dehnungen im Prüfling lassen sich erkennen • ein geringes Volumen lässt sich über einen langen Weg aufzeichnen und darstellen | • begrenzte Volumen verdrängbar • mechanischer Verschleiß und wartungsintensiv • hoher Fertigungsaufwand • hydraulischer Antrieb erforderlich • einen ausfahrenden Stufenkolben • großer Platzbedarf |
| PPM-Feindruckregelverfahren | • keine Reibung durch Regelprozess • sehr verschleißarm • im niedrigen Druckbereichen sehr genau und fein regelbar • großes Volumen verdrängbar • keine Hydraulik erforderlich | • bis 60 bar regelbar • keine frei programmierbaren Druckabstiegsrampen • hohe Betriebskosten (Druckluft) |
Kontrollierte VS
Unkontrollierte Druckkurve
Abhängig von der Druckerzeugungsvariante lassen sich verschiedene Druckkurven gestalten. Je nach der Prüfanforderung ist eine Variante besser als die Andere geeignet. Wir arbeiten mit unseren Kunden zusammen, um die beste Lösung zu finden. Anhand eines Beispiels einer Berstdruckprüfung lassen sich die Unterschiede gut erklären. Unten sind zwei beispielhafte Skizzen zu sehen.
Auf der linken Seite wird der Druck mit einer Hochdruck-Pumpe (HD-Pumpe) erzeugt, und die Pumpe ist mit ihren Ausschlägen in Betrieb zu sehen. Eine Pumpe lässt sich allerdings nur schwer regulieren und ist damit nur bedingt programmierbar.
Auf der rechten Seite ist eine geregelte Druckkurve zu sehen. Ein hydraulischer Druckübersetzer kann beispielsweise diverse Druckpunkte anfahren, den Druck dort für eine programmierte Zeit halten, um dann den nächsten Punkt exakt anzusteuern.
Die Bauteile unserer Kunden entwickeln sich stets weiter und wir unterstützen die Forschung und Entwicklung jeglicher Industrien. Daher investieren wir kontinuierlich in unsere Prüfstandstechnologie, um hochmoderne Prüflösungen anzubieten.