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WO2001061362A1 - Device for monitoring and indicating observance of an operating condition - Google Patents

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WO2001061362A1
WO2001061362A1 PCT/DE2001/000559 DE0100559W WO0161362A1 WO 2001061362 A1 WO2001061362 A1 WO 2001061362A1 DE 0100559 W DE0100559 W DE 0100559W WO 0161362 A1 WO0161362 A1 WO 0161362A1
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WO
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acceleration
elements
exceeded
monitoring
operating condition
Prior art date
Application number
PCT/DE2001/000559
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German (de)
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Inventor
Bernhard Brendel
André-Heinrich MEINHOF
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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    • G01P15/036—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses by using non-electrical means by measuring the displacement of a movable inertial mass for indicating predetermined acceleration values
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01P15/06—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses for indicating maximum value using members subjected to a permanent deformation
    • G—PHYSICS
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions

Definitions

  • the invention relates to a device for monitoring and indicating compliance with an operating condition of a technical device according to the preamble of claim 1.
  • operating conditions are usually prescribed that should be observed in the special application to ensure safe operation of the process device.
  • a permissible range for an operating parameter for example a temperature range from -20 to +80 ° C for the operating temperature, can be prescribed as the operating condition.
  • Temperature differences, pressure, differential pressure, voltage, voltage difference, acceleration or shock loading may be mentioned as further possible operating parameters.
  • an exhaust gas flap control for large diesel generators in which a media flow to be controlled does not flow at a constant flow rate in a pipeline, but rather acts on the actuator with so-called exhaust disks, strong mechanical vibrations occur which propagate to the positioner.
  • Accelerations can occur here that exceed the permissible range of acceleration and can lead to damage or destruction of the process device. These accelerations can be additionally amplified by resonance effects if the positioner is held on the actuator by vibration-capable fastening means, for example fastening angles. The cause of a device failure is difficult to determine. A solution could be in a subsequent, complex, metrological examination or in a subjective assessment of the occurring Vibrations can be seen on site. This examination had the disadvantage, however, that peak values which had occurred in the past and which may have caused the device to be destroyed can no longer be detected. In addition, such measurements are very time consuming and can in particular ⁇ sondere lead to an incorrect fault diagnosis in the case of irregular or sporadically occurring limit exceedances.
  • the invention has for its object to provide a device for monitoring and indicating compliance with an operating condition of a technical device, with which m a simple way and without great effort a detection of a violation of an operating condition is possible.
  • the new device of the type mentioned has the features specified in the characterizing part of claim 1.
  • Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.
  • the invention has the advantage that objective evidence of the past violation of an operating conditions can be provided.
  • An example of a device for monitoring compliance with a permissible temperature range is an arrangement with transparent vessels, in which various powdery substances are contained, which melt when a temperature limit value is exceeded in each case and, when the temperature subsequently drops, change to crystalline form. With such an arrangement, visual inspection of the state of the substance makes it easy to see whether the temperature limit values specified by the substance composition have been exceeded during the operation of a technical device equipped with it.
  • An easy check for compliance with a maximum permissible acceleration or shock load is possible if the element, which permanently changes a state when a limit value is exceeded, has a body of predetermined mass, the mass inertia of which on its suspension when the limit value of the acceleration exceeds the limit value of the acceleration has a break or causes plastic deformation.
  • a change in state due to breakage can be detected in a simple manner by visual inspection. Additionally or alternatively, an automatic detection of the change in state can take place if at the same time, when the suspension breaks, electrical lines that are connected to digital inputs of an evaluation unit are interrupted, or if resistors are connected to one another in the manner of a resistance coding and the value of the resistance is measured and evaluated to detect a break. In the case of a stretch as a plastic deformation, a simple detection of the change in state by means of strain gauges applied to the deformation zones and a suitable evaluation unit is possible.
  • Such a module for evaluation is easy removed from the technical device and can be replaced by a new module if the condition changes permanently.
  • the monitoring function can be easily expanded by providing several elements for different limit values and / or for different directions of action of the acceleration.
  • an evaluation unit for detecting the state of the element through which a message signal in the event of a limit value ⁇ is generated.
  • remote diagnosis can be carried out automatically using such an evaluation unit.
  • suitable measures for fault handling can be taken in the event of a fault.
  • FIG. 1 shows a control valve
  • FIGS. 2 to 5 show exemplary embodiments for elements for monitoring an acceleration
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a three-dimensional arrangement of elements according to FIG. 2.
  • a valve 2 is installed in a pipeline 1 of a process plant, not shown, which controls the flow of a medium 5 through a corresponding stroke of a closing body 4 cooperating with a valve seat 3.
  • the stroke is generated by a pneumatic drive 6 and transmitted to the closing body 4 by means of a valve rod 7.
  • the drive 6 is connected via a yoke 8 to the housing of the valve 2.
  • a positioner 9 is attached to the yoke 8, which detects the stroke on the input side via a connecting piece 10 engaging the valve rod 7, compares this with a setpoint value supplied by a fieldbus via a data interface 11, and on the output side the pneumatic drive 6 in the sense of regulation the control difference controls. It can be seen that vibrations of the pipeline 1 are transmitted via the valve 2 and the yoke 8 to the positioner 9 and lead there to an acceleration or shock load. In addition, pressure surges of the medium 5 in the valve 2 can also cause vibrations.
  • a module 15 contains elements each with a body of predetermined mass, the mass inertia of which causes a break or a plastic deformation of the suspension of the body when a limit value of the acceleration is exceeded. The state of these elements is automatically detected by an evaluation unit, which consists of a computing unit 16 with a program memory 17. If the acceleration has exceeded a permissible limit, this is indicated by
  • Output of a message telegram is displayed via the data interface 11 of a higher-level control of the process engineering system.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment with elements
  • the elements 21 ... 26 which are arranged next to each other in a plane and have their greatest sensitivity to accelerations in a direction running perpendicular to the top of the elements 21 ... 26.
  • the elements 21 ... 26 are held by clamping a rear edge area 27, so that the elements 21 ... 26 are each suspended in the manner of a bending beam clamped on one side are. With the same thickness and width as well as the same material for elements 21 ... 26, this will be the case with excessive acceleration
  • Element 26 is the first to break on its suspension at edge area 27 and thus a permanent change in its state Experienced. With further increased acceleration, the elements 25, 24, etc. will also break. From the visually easy to grasp state of the elements, it is therefore easy to see what maximum acceleration or impact stress a technical device in which the described device has been installed has been subjected to.
  • the state of the elements 21 ... 26 can be detected automatically, for example, by means of electrical conductor tracks which run on the top over the suspensions of the elements 21 ... 26. If one of the elements breaks, the respective electrical conductor track is also interrupted, the state of which can be easily detected by appropriate interconnection with a digital output of an evaluation unit. If the elements 21 ... 26 and the edge area 27 are made of a window glass with a thickness of 0.5 mm, the breaking stress
  • the width of the elements being 2 mm and the width of their suspension being 1.5 mm, so with a length of 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2, 5 mm or 3 mm a break at an acceleration of 25.5 g, 11.33 g, 6.38 g, 4.08 g or 2.83 g can be expected, where g corresponds to the acceleration due to gravity. It can be seen that the acceleration ranges and the gradation of the measurable accelerations can be set individually by the geometry.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment, in which elements 31... 36 are also suspended on a rear edge region 37 in the manner of a bending beam clamped on one side, elements 31.. a cylinder-shaped, glued-on metal disc can be made.
  • the different masses achieve a graded sensitivity of the elements 31 ... 36 to the acceleration acting.
  • the suspension and fastening in a technical device can be carried out analogously to the exemplary embodiment already described with reference to FIG. 2.
  • elements 41 ... 46 are shown, which have the same geometric dimensions and consist of the same material. They differ only in the width of their suspension at a rear edge area 47 and thus also have a graduated sensitivity to accelerations acting.
  • Figure 5 shows a further variant with which a graded sensitivity of elements 51 ... 55 can be realized.
  • elements 51 ... 55 m differ in terms of their width, while the other geometric dimensions, for example the Width of their suspension at a rear edge region 57 are the same.
  • FIG. 6 shows a module with three groups 61, 62 and 63 of acceleration-sensitive elements which are clamped in clamping devices 64, 65 and 66, respectively. Due to their arrangement within the module that is selected at right angles to one another, the groups 61, 62 and 63 have their greatest sensitivity to accelerations in directions that are orthogonal to each other.
  • the module housing is provided with three holes 67, 68 and 69 for fastening screws, with which it can be screwed onto the inner walls of the housing of a technical device.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a module with three open sides. As an alternative to this, these sides can be closed by a transparent cover, so that the state of the elements of groups 61, 62 and 63 can be determined visually without opening the module.
  • the state can also be detected by means of optical sensors or ultrasonic transducers arranged in a suitable manner.
  • a comparatively simple determination of the state is obtained, however, if electrical conductors are attached to the top of the elements of groups 61, 62 and 63 m in the manner already described above, which are also interrupted if the suspension of an element breaks and their state is automatically recorded by an evaluation unit.
  • monitoring and display is a
  • the permissible acceleration may be exceeded in terms of amount and direction.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

The invention relates to a device for comprising at least one element (21) which constantly modifies a detectable state when a limiting value of an operating characteristic is exceeded, said operating characteristic being monitored for observance within a permissible area. Preferably, the elements used for monitoring said permissible acceleration are elements which break on the suspension thereof or undergo plastic deformation when a limiting value is exceeded.

Description

Beschreibungdescription
Einrichtung zur Überwachung und Anzeige der Einhaltung einer BetriebsbedingungDevice for monitoring and indicating compliance with an operating condition
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung und Anzeige der Einhaltung einer Betriebsbedingung eines technischen Geräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for monitoring and indicating compliance with an operating condition of a technical device according to the preamble of claim 1.
Für Prozessgerate m automatisierungstechnischen Anlagen, beispielsweise Stellungsregler oder Messumformer für Druck, Temperatur oder Durchfluss, sind blicherweise Betriebsbedingungen vorgeschrieben, die im speziellen Anwendungsfall eingehalten werden sollen, um einen sicheren Betrieb des Prozessgerats zu gewährleisten. Als Betriebsbedingung kann ein zulassiger Bereich für eine Betriebskenngroße, beispielsweise ein Temperaturbereich von -20 bis +80 °C für die Betriebstemperatur, vorgeschrieben werden. Als weitere mögliche Betriebskenngroßen seien Temperaturdifferenz, Druck, Diffe- renzdruck, Spannung, Spannungsdifferenz, Beschleunigung oder Stoßbelastung genannt. Bei Anwendungsfallen, wie z.B. m einer Abgasklappensteuerung großer Dieselgeneratoren, m welcher ein zu steuernder Mediendurchfluss nicht mit konstanter Fließgeschwindigkeit m einer Rohrleitung fließt, sondern m sogenannten Abgasscheiben auf das Stellglied wirkt, entstehen starke mechanische Erschütterungen, die sich bis zum Stellungsregler fortpflanzen. Dabei können an diesem Beschleunigungen auftreten, die den zulassigen Bereich der Beschleunigung überschreiten und zur Beschädigung oder Zersto- rung des Prozessgerats fuhren können. Durch Resonanzeffekte können diese Beschleunigungen zusätzlich verstärkt werden, wenn der Stellungsregler durch schwmgungsfahige Befestigungsmittel, beispielsweise Befestigungswinkel, am Stellantrieb gehalten wird. Nach einem Gerateausfall ist dessen Ursache nur schwer feststellbar. Eine Losung konnte m einer nachträglichen, aufwendigen, messtechnischen Untersuchung oder in einer subjektiven Beurteilung der auftretenden Schwingungen vor Ort gesehen werden. Diese Untersuchung hatte jedoch den Nachteil, dass m der Vergangenheit aufgetretene Spitzenwerte, welche evtl. die Zerstörung des Geräts herbeigeführt haben, nicht mehr nachgewiesen werden können. Zudem sind derartige Messungen sehr zeitaufwendig und können insbe¬ sondere im Falle unregelmäßiger oder vereinzelt auftretender Grenzwertuberschreitungen zu einer falschen Fehlerdiagnose fuhren.For process devices in automation systems, for example positioners or transmitters for pressure, temperature or flow, operating conditions are usually prescribed that should be observed in the special application to ensure safe operation of the process device. A permissible range for an operating parameter, for example a temperature range from -20 to +80 ° C for the operating temperature, can be prescribed as the operating condition. Temperature differences, pressure, differential pressure, voltage, voltage difference, acceleration or shock loading may be mentioned as further possible operating parameters. In application cases, such as in an exhaust gas flap control for large diesel generators, in which a media flow to be controlled does not flow at a constant flow rate in a pipeline, but rather acts on the actuator with so-called exhaust disks, strong mechanical vibrations occur which propagate to the positioner. Accelerations can occur here that exceed the permissible range of acceleration and can lead to damage or destruction of the process device. These accelerations can be additionally amplified by resonance effects if the positioner is held on the actuator by vibration-capable fastening means, for example fastening angles. The cause of a device failure is difficult to determine. A solution could be in a subsequent, complex, metrological examination or in a subjective assessment of the occurring Vibrations can be seen on site. This examination had the disadvantage, however, that peak values which had occurred in the past and which may have caused the device to be destroyed can no longer be detected. In addition, such measurements are very time consuming and can in particular ¬ sondere lead to an incorrect fault diagnosis in the case of irregular or sporadically occurring limit exceedances.
Aus der US-PS 5 600 576 ist bereits eine Einrichtung zurFrom US-PS 5 600 576 a device for
Überwachung und Anzeige der Einhaltung einer Betriebsbedingung für den Einsatz m verschiedenen elektronischen und elektromechanischen Systemen bekannt. Bei der bekannten Einrichtung werden zu den aktuellen Umwelteinflüssen gemessene Daten mit einem Zeitstempel versehen und abgespeichert. Diese Einrichtung ist jedoch als autonomes elektronisches Gerat realisiert und daher mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Zudem ist ein besonderer ake-Up-Schaltkreis erforderlich, um das elektronische Gerat bei Auftreten einer Stoßbeanspruchung temporar mit Betriebsenergie zu versorgen, wenn das überwachte technische Gerat selbst abgeschaltet ist. Diese Maßnahme ist notwendig, da eine Stoßbeanspruchung auch bei abgeschaltetem technischen Gerat zu dessen Zerstörung fuhren kann.Monitoring and display of compliance with an operating condition for use in various electronic and electromechanical systems. In the known device, data measured on the current environmental influences are provided with a time stamp and stored. However, this device is implemented as an autonomous electronic device and is therefore associated with a considerable outlay. In addition, a special ake-up circuit is required in order to temporarily supply the electronic device with operating energy when a shock load occurs, when the monitored technical device itself is switched off. This measure is necessary because a shock load can lead to its destruction even when the technical device is switched off.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung und Anzeige der Einhaltung einer Betriebsbedingung eines technischen Geräts zu schaffen, mit welcher m einfacher Weise und ohne großen Aufwand ein Nachweis einer Verletzung einer Betriebsbedingung möglich ist.The invention has for its object to provide a device for monitoring and indicating compliance with an operating condition of a technical device, with which m a simple way and without great effort a detection of a violation of an operating condition is possible.
Zur Losung dieser Aufgabe weist die neue Einrichtung der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteranspruchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.To solve this problem, the new device of the type mentioned has the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein objektiver Nachweis der m der Vergangenheit erfolgten Verletzung einer Betriebs- bedmgung erbracht werden kann. Ein Beispiel für eine Einrichtung zur Überwachung auf Einhalten eines zulassigen Temperaturbereichs ist eine Anordnung mit transparenten Gefäßen, m denen verschiedene pulverformige Stoffe enthalten sind, die bei Überschreiten jeweils eines Temperaturgrenzwerts schmelzen und bei anschließendem Absinken der Temperatur m kristalline Form übergehen. Mit einer derartigen Anordnung ist durch visuelle Überprüfung des Stoffzustands leicht erkennbar, ob die durch die StoffZusammensetzung vorgegebenen Grenzwerte der Temperatur wahrend des Betriebs eines damit ausgestatteten technischen Geräts überschritten wurden.The invention has the advantage that objective evidence of the past violation of an operating conditions can be provided. An example of a device for monitoring compliance with a permissible temperature range is an arrangement with transparent vessels, in which various powdery substances are contained, which melt when a temperature limit value is exceeded in each case and, when the temperature subsequently drops, change to crystalline form. With such an arrangement, visual inspection of the state of the substance makes it easy to see whether the temperature limit values specified by the substance composition have been exceeded during the operation of a technical device equipped with it.
Ein leichtes Überprüfen auf Einhalten einer maximal zulassigen Beschleunigungs- oder Stoßbeanspruchung ist möglich, wenn das Element, das bei Überschreiten eines Grenzwerts einen Zustand dauerhaft verändert, einen Korper vorbestimmter Masse aufweist, dessen Massenträgheit an seiner Aufhangung bei Überschreiten des Grenzwerts der Beschleunigung als Betπebskenngroße einen Bruch oder eine plastische Verformung bewirkt. Eine Zustandsveranderung durch Bruch ist m einfacher Weise durch eine visuelle Überprüfung erfassbar. Zusätzlich oder alternativ kann eine automatische Erfassung der Zustandsanderung erfolgen, wenn gleichzeitig mir dem Bruch der Aufhangung elektrische Leitungen unterbrochen werden, die mit digitalen Eingängen einer Auswerteeinheit verbunden sind, oder wenn über die Leitungen Widerstände nach Art einer Widerstandscodierung miteinander verschaltet sind und der Wert des Widerstands zur Erfassung eines Bruchs gemessen und ausgewertet wird. Bei einer Dehnung als plastische Verformung ist eine einfache Erfassung der Zustandsanderung durch auf die Verformungszonen aufgebrachte Dehnungsmess- streifen und eine geeignete Auswerteeinheit möglich.An easy check for compliance with a maximum permissible acceleration or shock load is possible if the element, which permanently changes a state when a limit value is exceeded, has a body of predetermined mass, the mass inertia of which on its suspension when the limit value of the acceleration exceeds the limit value of the acceleration has a break or causes plastic deformation. A change in state due to breakage can be detected in a simple manner by visual inspection. Additionally or alternatively, an automatic detection of the change in state can take place if at the same time, when the suspension breaks, electrical lines that are connected to digital inputs of an evaluation unit are interrupted, or if resistors are connected to one another in the manner of a resistance coding and the value of the resistance is measured and evaluated to detect a break. In the case of a stretch as a plastic deformation, a simple detection of the change in state by means of strain gauges applied to the deformation zones and a suitable evaluation unit is possible.
Eine Anordnung des Elements, das seinen erfassbaren Zustand dauerhaft verändert, in einem austauschbaren Modul hat denAn arrangement of the element that permanently changes its detectable state in an exchangeable module has the
Vorteil, dass ein derartiges Modul zur Auswertung leicht aus dem technischen Gerat entnommen und bei einer dauerhaften Zustandsanderung durch ein neues Modul ersetzt werden kann.Advantage that such a module for evaluation is easy removed from the technical device and can be replaced by a new module if the condition changes permanently.
Die Uberwachungsfunktion ist m einfacher Weise erweiterbar, indem mehrere Elemente f r jeweils verschiedene Grenzwerte und/oder für jeweils verschiedene Wirkungsrichtungen der Beschleunigung vorgesehen werden.The monitoring function can be easily expanded by providing several elements for different limit values and / or for different directions of action of the acceleration.
Vorteilhaft ist zudem eine Auswerteeinheit zur Erfassung des Zustands des Elements, durch welche ein Meldesignal bei Über¬ schreiten eines Grenzwerts erzeugbar ist. Bei Prozessgeraten m einer automatisierungstechnischen Anlage, die beispielsweise über ein Bussystem mit einem Leitsystem m einer Warte verbunden sind, kann mittels einer derartigen Auswerteeinheit automatisch eine Ferndiagnose durchgeführt werden. Aufgrund eines Meldesignals, das ein Verletzen einer Betriebsbedingung anzeigt, können im Fehlerfall geeignete Maßnahmen zur Fehlerbehandlung ergriffen werden.Advantageous is also an evaluation unit for detecting the state of the element through which a message signal in the event of a limit value ¬ is generated. In the case of process devices in an automation system, which are connected, for example, via a bus system to a control system in a control room, remote diagnosis can be carried out automatically using such an evaluation unit. On the basis of a message signal that indicates that an operating condition has been violated, suitable measures for fault handling can be taken in the event of a fault.
Anhand der Zeichnungen, m denen Ausfuhrungsbeispiele derUsing the drawings, which are exemplary embodiments of the
Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Vorteile und Ausgestaltungen naher erläutert.Invention are illustrated, the invention and advantages and refinements are explained in more detail below.
Figur 1 zeigt ein Regelventil, die Figuren 2 bis 5 Aus- fuhrungsbeispiele für Elemente zur Überwachung einer Beschleunigung und Figur 6 ein Ausfuhrungsbeispiel einer dreidimensionalen Anordnung von Elementen nach Figur 2.FIG. 1 shows a control valve, FIGS. 2 to 5 show exemplary embodiments for elements for monitoring an acceleration, and FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a three-dimensional arrangement of elements according to FIG. 2.
In Figur 1 ist ein prinzipieller Aufbau eines Regelventils mit einer Einrichtung 14 zur Überwachung und Anzeige der Einhaltung einer Betriebsbedingung dargestellt. In eine Rohrleitung 1 einer nicht weiter dargestellten prozesstechnischen Anlage ist ein Ventil 2 eingebaut, das durch einen entsprechenden Hub eines mit einem Ventilsitz 3 zusa menwirken- den Schließkorpers 4 den Durchfluss eines Mediums 5 steuert. Der Hub wird durch einen pneumatischen Antrieb 6 erzeugt und mittels einer Ventilstange 7 auf den Schließkorper 4 ubertra- gen. Der Antrieb 6 ist über ein Joch 8 mit dem Gehäuse des Ventils 2 verbunden. An dem Joch 8 ist ein Stellungsregler 9 angebracht, der eingangsseitig über ein an der Ventilstange 7 angreifendes Verbindungsstuck 10 den Hub erfasst, diesen mit einem über eine Datenschnittstelle 11 von einem Feldbus zuge- fuhrten Sollwert vergleicht und ausgangsseitig den pneumatischen Antrieb 6 im Sinne einer Ausregelung der Regeldifferenz steuert. Es ist ersichtlich, dass sich Schwingungen der Rohrleitung 1 über das Ventil 2 und das Joch 8 auf den Stel- lungsregler 9 übertragen und dort zu einer Beschleunigungsoder Stoßbeanspruchung fuhren. Zudem können Druckstoße des Mediums 5 im Ventil 2 ebenfalls Schwingungen verursachen. Ein Modul 15 enthalt Elemente mit jeweils einem Korper vorbestimmter Masse, dessen Massenträgheit bei Überschreiten eines Grenzwerts der Beschleunigung einen Bruch oder eine plastische Verformung der Aufhangung des Korpers bewirkt. Der Zustand dieser Elemente wird durch eine Auswerteeinheit, die aus einer Recheneinheit 16 mit einem Programmspeicher 17 besteht, automatisch erfasst. Hat die Beschleunigung einen zulassigen Grenzwert überschritten, so wird dies durch1 shows a basic structure of a control valve with a device 14 for monitoring and indicating compliance with an operating condition. A valve 2 is installed in a pipeline 1 of a process plant, not shown, which controls the flow of a medium 5 through a corresponding stroke of a closing body 4 cooperating with a valve seat 3. The stroke is generated by a pneumatic drive 6 and transmitted to the closing body 4 by means of a valve rod 7. The drive 6 is connected via a yoke 8 to the housing of the valve 2. A positioner 9 is attached to the yoke 8, which detects the stroke on the input side via a connecting piece 10 engaging the valve rod 7, compares this with a setpoint value supplied by a fieldbus via a data interface 11, and on the output side the pneumatic drive 6 in the sense of regulation the control difference controls. It can be seen that vibrations of the pipeline 1 are transmitted via the valve 2 and the yoke 8 to the positioner 9 and lead there to an acceleration or shock load. In addition, pressure surges of the medium 5 in the valve 2 can also cause vibrations. A module 15 contains elements each with a body of predetermined mass, the mass inertia of which causes a break or a plastic deformation of the suspension of the body when a limit value of the acceleration is exceeded. The state of these elements is automatically detected by an evaluation unit, which consists of a computing unit 16 with a program memory 17. If the acceleration has exceeded a permissible limit, this is indicated by
Ausgeben eines Meldetelegramms über die Datenschnittstelle 11 einer übergeordneten Steuerung der prozesstechnischen Anlage angezeigt .Output of a message telegram is displayed via the data interface 11 of a higher-level control of the process engineering system.
Figur 2 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel mit ElementenFigure 2 shows an exemplary embodiment with elements
21 ... 26, die m einer Ebene nebeneinander angeordnet sind und ihre größte Empfindlichkeit auf Beschleunigungen m einer senkrecht zur Oberseite der Elemente 21 ... 26 verlaufenden Richtung aufweisen. In einem technischen Gerat, beispielswei- se m dem Stellungsregler 9 (Figur 1), werden die Elemente 21 ... 26 durch Einklemmen eines hinteren Randbereichs 27 gehalten, so dass die Elemente 21 ... 26 jeweils nach Art eines einseitig eingespannten Biegebalkens aufgehängt sind. Bei gleicher Dicke und Breite sowie gleichem Material der Elemen- te 21 ... 26 wird bei einer überhöhten Beschleunigung das21 ... 26, which are arranged next to each other in a plane and have their greatest sensitivity to accelerations in a direction running perpendicular to the top of the elements 21 ... 26. In a technical device, for example in the positioner 9 (FIG. 1), the elements 21 ... 26 are held by clamping a rear edge area 27, so that the elements 21 ... 26 are each suspended in the manner of a bending beam clamped on one side are. With the same thickness and width as well as the same material for elements 21 ... 26, this will be the case with excessive acceleration
Element 26 als erstes an seiner Aufhangung am Randbereich 27 brechen und somit eine dauerhafte Änderung seines Zustands erfahren. Bei einer weiter erhöhten Beschleunigung werden auch die Elemente 25, 24 usw. brechen. An dem visuell leicht erfassbaren Zustand der Elemente kann daher m einfacher Weise abgelesen werden, welcher maximalen Beschleunigung oder Stoßbeanspruchung ein technisches Gerat, in welchem die beschriebene Einrichtung eingebaut ist, ausgesetzt wurde. Eine automatische Erfassung des Zustands der Elemente 21 ... 26 kann beispielsweise durch elektrische Leiterbahnen, die auf der Oberseite über die Aufhangungen der Elemente 21 ... 26 hinweg fuhren, erfolgen. Bricht eines der Elemente, so ist auch die jeweilige elektrische Leiterbahn unterbrochen, deren Zustand ohne weiteres durch entsprechende Verschaltung mit einem Digitalemgang einer Auswerteeinheit erfasst werden kann. Werden die Elemente 21 ... 26 sowie der Randbereich 27 aus einem Fensterglas der Dicke 0,5 mm, der BruchspannungElement 26 is the first to break on its suspension at edge area 27 and thus a permanent change in its state Experienced. With further increased acceleration, the elements 25, 24, etc. will also break. From the visually easy to grasp state of the elements, it is therefore easy to see what maximum acceleration or impact stress a technical device in which the described device has been installed has been subjected to. The state of the elements 21 ... 26 can be detected automatically, for example, by means of electrical conductor tracks which run on the top over the suspensions of the elements 21 ... 26. If one of the elements breaks, the respective electrical conductor track is also interrupted, the state of which can be easily detected by appropriate interconnection with a digital output of an evaluation unit. If the elements 21 ... 26 and the edge area 27 are made of a window glass with a thickness of 0.5 mm, the breaking stress
50 N/mm2 und der Dichte 2,5 kg/dm3 gefertigt, wobei die Breite der Elemente 2 mm und die Breite ihrer Aufhangung 1,5 mm betragt, so ist bei einer Lange von 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2, 5 mm oder 3 mm ein Bruch bei einer Beschleunigung von 25,5 g, 11,33 g, 6,38 g, 4,08 g bzw. 2,83 g zu erwarten, wobei g jeweils der Erdbeschleunigung entspricht. Es ist ersichtlich, dass sich die Beschleunigungsbereiche und die Stufung der messbaren Beschleunigungen durch die Geometrie individuell einstellen lassen.50 N / mm 2 and the density 2.5 kg / dm 3 , the width of the elements being 2 mm and the width of their suspension being 1.5 mm, so with a length of 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2, 5 mm or 3 mm a break at an acceleration of 25.5 g, 11.33 g, 6.38 g, 4.08 g or 2.83 g can be expected, where g corresponds to the acceleration due to gravity. It can be seen that the acceleration ranges and the gradation of the measurable accelerations can be set individually by the geometry.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel dargestellt, m welchem Elemente 31 ... 36 an einem hinteren Randbereich 37 ebenfalls nach Art eines einseitig eingespannten Biegebalkens aufgehängt sind, wobei sich die Elemente 31 ... 36 be- zuglich ihrer Masse, die beispielsweise durch eine zylmder- formige, aufgeklebte Metallscheibe realisiert sein kann, unterscheiden. Hier wird durch die verschiedenen Massen eine abgestufte Empfindlichkeit der Elemente 31 ... 36 auf die einwirkende Beschleunigung erreicht. Die Aufhangung und Be- festigung in einem technischen Gerat kann analog zu dem bereits anhand Figur 2 beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel erfolgen. In dem Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 4 sind Elemente 41 ... 46 dargestellt, die gleiche geometrische Abmessungen besitzen und aus gleichem Material bestehen. Sie unterscheiden sich lediglich bezüglich der Breite ihrer Aufhangung an einem hinteren Randbereich 47 und weisen somit ebenfalls eine abgestufte Empfindlichkeit auf einwirkende Beschleunigungen auf. Elemente 41 ... 46 aus Fensterglas mit den bereits oben angegebenen Eigenschaften Bruchspannung, Dichte und Dicke sowie mit einer einheitlichen Lange von 1,5 mm und einer Breite von 3,5 mm werden bei einer Breite der Aufhangung von 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm oder 3 mm bei einer Beschleunigung von 4,32 g, 6,48 g, 8,63 g, 10,79 g bzw. 12,95 g brechen.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment, in which elements 31... 36 are also suspended on a rear edge region 37 in the manner of a bending beam clamped on one side, elements 31.. a cylinder-shaped, glued-on metal disc can be made. Here, the different masses achieve a graded sensitivity of the elements 31 ... 36 to the acceleration acting. The suspension and fastening in a technical device can be carried out analogously to the exemplary embodiment already described with reference to FIG. 2. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, elements 41 ... 46 are shown, which have the same geometric dimensions and consist of the same material. They differ only in the width of their suspension at a rear edge area 47 and thus also have a graduated sensitivity to accelerations acting. Elements 41 ... 46 made of window glass with the properties of tensile strength, density and thickness already mentioned above, as well as with a uniform length of 1.5 mm and a width of 3.5 mm, with a width of the suspension of 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm or 3 mm at an acceleration of 4.32 g, 6.48 g, 8.63 g, 10.79 g and 12.95 g respectively.
Eine weitere Variante, mit welcher eine abgestufte Empfind- lichkeit von Elementen 51 ... 55 realisiert werden kann, zeigt Figur 5. Hier unterscheiden sich die Elemente 51 ... 55 m Bezug auf ihre Breite, wahrend die übrigen geometrischen Abmessungen, beispielsweise die Breite ihrer Aufhangung an einem hinteren Randbereich 57, gleich sind.Figure 5 shows a further variant with which a graded sensitivity of elements 51 ... 55 can be realized. Here, elements 51 ... 55 m differ in terms of their width, while the other geometric dimensions, for example the Width of their suspension at a rear edge region 57 are the same.
Selbstverständlich können verschiedene Abstufungen der Empfindlichkeiten der Elemente m Bezug auf die einwirkende Beschleunigung abweichend von den gezeigten Ausfuhrungsbei- spielen ebenso durch Variation mehrerer geometrischer Parame- ter und/oder Variation der verwendeten Materialien und/oder Variation der Art der Aufhangung erreicht werden.Of course, different levels of sensitivity of the elements in relation to the acting acceleration, deviating from the exemplary embodiments shown, can also be achieved by varying several geometric parameters and / or varying the materials used and / or varying the type of suspension.
Figur 6 zeigt ein Modul mit drei Gruppen 61, 62 und 63 von beschleunigungsempfmdlichen Elementen, die m Klemmvorrich- tungen 64, 65 bzw. 66 eingespannt sind. Durch ihre rechtwinklig zueinander gewählte Anordnung innerhalb des Moduls besitzen die Gruppen 61, 62 und 63 ihre größte Empfindlichkeit auf Beschleunigungen m jeweils orthogonal zueinander verlaufenden Richtungen. Das Modulgehause ist mit drei Bohrungen 67, 68 und 69 für Befestigungsschrauben versehen, mit welchen es an den Innenwanden des Gehäuses eines technischen Geräts angeschraubt werder kann. In Figur 6 ist ein Ausfuhrungsbeispiel eines Moduls mit drei offenen Seiten dargestellt. Alternativ hierzu können diese Seiten durch eine transparente Abdeckung verschlossen werden, damit der Zustand der Elemente der Gruppen 61, 62 und 63 visuell ohne Offnen des Moduls erfassbar ist. Selbstverständlich ist auch eine Erfassung des Zustands mittels m geeigneter Weise angeordneter optischer Sensoren oder Ultraschallwandler möglich. Eine vergleichsweise einfache Erfassung des Zustands ergibt sich jedoch, wenn auf der Oberseite der Ele- mente der Gruppen 61, 62 und 63 m der bereits oben beschriebenen Weise elektrische Leiterbahnen angebracht werden, die bei Bruch der Aufhangung eines Elements jeweils ebenfalls unterbrochen werden und deren Zustand durch eine Auswerteem- heit automatisch erfasst wird. Bei der gezeigten dreidimen- sionalen Anordnung ist eine Überwachung und Anzeige einerFIG. 6 shows a module with three groups 61, 62 and 63 of acceleration-sensitive elements which are clamped in clamping devices 64, 65 and 66, respectively. Due to their arrangement within the module that is selected at right angles to one another, the groups 61, 62 and 63 have their greatest sensitivity to accelerations in directions that are orthogonal to each other. The module housing is provided with three holes 67, 68 and 69 for fastening screws, with which it can be screwed onto the inner walls of the housing of a technical device. FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a module with three open sides. As an alternative to this, these sides can be closed by a transparent cover, so that the state of the elements of groups 61, 62 and 63 can be determined visually without opening the module. Of course, the state can also be detected by means of optical sensors or ultrasonic transducers arranged in a suitable manner. A comparatively simple determination of the state is obtained, however, if electrical conductors are attached to the top of the elements of groups 61, 62 and 63 m in the manner already described above, which are also interrupted if the suspension of an element breaks and their state is automatically recorded by an evaluation unit. In the three-dimensional arrangement shown, monitoring and display is a
Überschreitung der zulässigen Beschleunigung nach Betrag und Richtung möglich. The permissible acceleration may be exceeded in terms of amount and direction.

Claims

Patentansprüche claims
1. Einrichtung zur Überwachung und Anzeige der Einhaltung einer Betriebsbedingung eines technischen Geräts (9), d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Einrichtung (15, 16, 17) zumindest ein Element (21) besitzt, das bei Überschreiten eines Grenzwerts einer Betriebskenngroße, die auf Einhalten eines zulassigen Bereichs als Betriebsbedingung überwacht wird, aufgrund seiner physikalischen oder chemi- sehen Eigenschaften einen erfassbaren Zustand dauerhaft verändert .1. Device for monitoring and indicating compliance with an operating condition of a technical device (9), since - characterized in that the device (15, 16, 17) has at least one element (21) which, when a limit value of an operating characteristic, is exceeded Compliance with an admissible range is monitored as an operating condition, due to its physical or chemical properties, a detectable state is permanently changed.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Element (21) einen Korper vorbe- stimmter Masse aufweist, der an dem technischen Gerat befestigt ist und dessen Massenträgheit an seiner Aufhangung bei Überschreiten eines Grenzwerts der Beschleunigung als Betriebskenngroße einen Bruch oder eine plastische Verformung bewirkt .2. Device according to claim 1, characterized in that the element (21) has a body of predetermined mass, which is attached to the technical device and whose inertia on its suspension when a limit value of the acceleration is exceeded as an operating parameter, a break or a plastic deformation causes.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Element m einem austauschbaren Modul angeordnet ist.3. Device according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the element m is arranged in an interchangeable module.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mehrere Elemente für jeweils verschiedene Grenzwerte und/oder für jeweils verschiedene Wirkungsrichtungen der Beschleunigung vorhanden sind.4. Device according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that several elements are present for each different limit values and / or for different directions of action of the acceleration.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Auswer- teeinheit (16, 17) zur Erfassung des Zustands des Elements vorhanden ist, durch welche ein Meldesignal bei Überschreiten des Grenzwerts erzeugbar ist. 5. Device according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that an evaluation unit (16, 17) is available for detecting the state of the element, by means of which a message signal can be generated when the limit value is exceeded.
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