DE102006054122A1

DE102006054122A1 - Fluidisches System, Schaltungsanordnung sowie Verfahren zum Betrieb eines fluidischen Systems

Info

Publication number: DE102006054122A1
Application number: DE200610054122
Authority: DE
Inventors: Walter Mauch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: DE102006054122B4

Abstract

Ein fluidisches System mit einem fluidischen Kreislauf weist einen Sperrkreis mit wenigstens einer Schließvorrichtung auf, wobei der fluidische Kreislauf an wenigstens ein Arbeitsglied als Verbraucher wie beispielsweise einen Zylinder oder dergleichen angeschlossen ist. Die Schließvorrichtung (10) umfasst einen frei innerhalb eines Zylinders hin- und herbewegbaren Schließkolben (11) zum Schließen grund eines von einem Steuerventil (20) dem Schließkolben zugeführten Steuermediums. Der frei bewegbare Schließkolben (11) wird somit durch den Fluiddruck beziehungsweise vorhandene Kraftdifferenzen gesteuert, so dass ein Volumenstrom abhängig von einem Steueröldruck vorteilhaft gesteuert werden kann. Beispielsweise ist ein Einsatz in einem fluidischen Gewichtausgleichssystem, in Verbindung mit einem Gleichgangzylinder, einem Differentialzylinder oder einer Spann- und Klemmvorrichtung jeweils als Arbeitsglied möglich.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein fluidisches System mit einem fluidischen Kreislauf, der einen Sperrkreis mit wenigstens einer Schließvorrichtung aufweist, wobei der fluidische Kreislauf an wenigstens ein Arbeitsglied als Verbraucher wie beispielsweise einen Zylinder oder dergleichen angeschlossen ist.
Außerdem bezieht sich Erfindung auf eine Schaltungsanordnung umfassend wenigstens einen Fluidzylinder sowie ein Verfahren zum Betrieb eines fluidischen Systems.
Im Maschinen- und Anlagenbau werden beispielsweise zur Unterstützung vertikaler Verfahrbewegungen schwerer Maschinen- und Anlagenkomponenten Gewichtsausgleichssysteme eingesetzt, die die Gewichtkraft der zu bewegenden Massen im Schwerefeld kompensieren und damit die erforderlichen Beschleunigungs-, Verfahr- und Verzögerungskräfte verringern. Solche Gewichtsausgleichssysteme werden bspw. in Portalfräsmaschinen, Industrierobotern, Umformpressen und dgl. verbaut, um nur einige Anwendungsfälle zu nennen. Mit diesen Gewichtausgleichssystemen wird auch eine hohe Verfahrdynamik ermöglicht, und es wird die Präzision, insbesondere die Genauigkeit des Antriebs verbessert, so dass Gewichtsausgleichssysteme nicht ausschließlich zur Kompensation schwerer, vertikal bewegter Maschinen- und Anlagenkomponenten eingesetzt werden.
Gewichtsausgleichssysteme können anhand ihrer physikalischen Grundprinzipien unterschieden werden. Bekannte Systeme sind das Massenausgleichssystem, wie es z.B. im Aufzugsbau weit verbreitet ist und das fluidische, hier insbesondere das hydraulische Ausgleichsystem, das nachfolgend noch näher erläutert wird. Darüber hinaus sind z.B. magnetische, elektromagnetische und federkraftbasierte Systeme bekannt, einschließlich diverser Mischformen. Des weiteren werden kompensierende, überkompensierende und unterkompensierende Gewichtsausgleichssysteme unterschieden. Weitere Unterscheidungskriterien sind Bau- und Nenngrößen.
Bei fluidischen Gewichtsausgleichssystemen wird die Kompensationskraft in der Regel durch einen oder mehrere Ausgleichszylinder erzeugt, bspw. durch Hydraulik- oder Pneumatikzylinder. Die Ausgleichszylinder sind kolbenseitig oder zylinderseitig form- oder zumindest kraftschlüssig mit der betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponente verbunden, deren Gedichtkraft kompensiert werden soll. Die Ausgleichszylinder können bspw. von einem Fluidspeicher her mit Druck beaufschlagt werden. Hierzu steht der Ausgleichszylinder mit dem Fluidspeicher in Fluidverbindung, wobei auch mehrer Fluidspeicher vorgesehen sein können. Da der Ausgleichszylinder bzw. dessen Kolben der Verfahrbewegung der betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponente folgt, ergibt sich bei jeder Verfahrbewegung in Fluidvolumenstrom zwischen Ausgleichzylinder und Fluidspeicher. Das Fluid pendelt sozusagen zwischen Ausgleichszylinder und Fluidspeicher in einem geschlossenen Fluidsystem hin und her. Im Fluidsystem ist zu jedem Zeitpunkt ein nahezu gleichmäßig verteilter, konstanter Fluiddruck (p) gegeben. In Abhängigkeit von den zu kompensierenden Gewicht kräften werden Hydrauliköle, Druckluft oder auch Gase wie Stickstoff, als Fluid verwendet. Der Vorteil fluidischer Gewichtausgleichssystem ist darin zu sehen, dass sie verhältnismäßig klein- und leichtbauend sind und ihre Kompensationswirkung leicht veränderbar und damit anpassbar ist. Die Kompensationswirkung kann in einfacher Weise durch Veränderung des Fluiddrucks p im Fluidsystem angepasst werden.
In einem normalen Betriebszustand werden die Verfahrbewegungen der betreffenden Maschinen- und Anlagenkomponenten durch Haltebremsen, die bspw. im Antrieb integriert sind, kontrolliert gestoppt und die betreffende Maschinen- und Anlagenkomponente wird in ihrer Lageposition gehalten. Da ein Versagen der Halterbremsen nie ausgeschlossen werden kann, müssen Maßnahmen zur Risikominimierung getroffen werden, insbesondere dann wenn im Versagensfall durch ein schnelles Absinken (Abstürzen) großen Schäden, möglicherweise sogar Personenschäden nicht auszuschließen sind.
Auch im Versagensfall muss also für die betreffende Maschinen- und Anlagenkomponente ein Stoppen der Verfahrbewegung und ein Halten der Lageposition möglich sein. Dies gilt auch bei plötzlichem Nothalt, bspw. infolge eines Stromausfalls. Solche sogenannten Absturzsicherungen sind teilweise durch gesetzliche und/oder berufsgenossenschaftliche Regelungen vorgeschrieben.
Die Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen dem Ausgleichszylinder und dem Fluidspeicher ist eine einfache und dennoch äußerst wirkungsvolle Absturzsicherung. Wird der Fluidvolumenstrom zum Ausgleichszylinder hin bzw. vom Ausgleichszylinder weg unterbrochen ist dieser an jeglicher weiteren Verfahrbewegung gehindert (Prinzip der pneumatischen- bzw. hydraulischen Verriegelung). Die Unterbrechung des Fluidvolumenstroms zwischen Ausgleichszylindern und Fluidspeicher kann daher zum Stoppen der Verfahrbewegung der betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponente in einer auftreten den Notsituation eingesetzt werden, bspw. bei einem plötzlichen Stromausfall oder bei Betätigung eines Notaus-Schalters. Durch die pneumatische bzw. hydraulische Verriegelung wird nach dem Verfahrstopp der betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponente auch ein weiteres Absinken wirkungsvoll und zuverlässig verhindert.
Bei den bekannten Gewichtsausgleichssystemen wird die Absturzsicherung mittels eines Ventils realisiert, das den Volumenstrom zwischen Ausgleichszylinder und Fluidspeicher kontrolliert unterbricht. Bekanntermaßen tritt an Ventilen infolge von Drosselwirkung stets ein Druckverlust Δp auf. Dieser führt einerseits dazu, dass nicht der volle Druck des Fluidspeichers den Ausgleichszylindern zur Verfügung steht, andererseits aber auch zu einer unerwünschten Erwärmung des Fluids. Der Antrieb für die betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponente muss diesen Druckverlust durch Mehrleistung kompensieren. Unabhängig hiervon ergeben sich je nach Ventiltyp unerwünscht lange Schließ- und damit Verriegelungszeiten.
Auch bei anderen Anwendungen, welche eine hochdynamische Steuerung der Bewegung von Maschinen- und Anlagenkomponenten erfordern, ist es häufig nötig, wie beispielsweise bei einer Bewegung großer Massen oder bei einem Nothalt, bewegte Teile abrupt zu stoppen und deren weitere Bewegung auch über eine längere Zeitspanne zu verhindern. Ein ebenso sicheres Absperren wird beim gesteuerten Zu- und Abschalten in Fluidkreisläufen mit verschiedenen Medien und mit großen Mengen benötigt. Hierbei kann ein anderes Medium im Steuerkreislauf zum Einsatz kommen wie im Hauptkreislauf(Mediumstrennung). Über die Trennung Steuerkreislauf zum Hauptkreislauf ist eine Fernsteuerbarkeit gegeben, wie sie beispielsweise auch in Ex-Schutzanwendungen zum Tragen kommt.
In Zoebl, H: „Schaltpläne der Ölhydraulik", welches 1973 im Otto Krausskopf-Verlag erschien, beschreibt der Autor, dass: „Infolge der Leckölverluste der Kolbenventile und infolge der elastischen Eigenschaften des Öles ist es im allgemeinen nicht möglich, einen Arbeitszylinder in einer bestimmten Lage zwischen den beiden Endstellungen durch hydraulische Elemente allein so festzuhalten, dass der Kolben keine auch noch so geringe Bewegung ausführt.
Je nach den Betriebsverhältnissen und nach den Anforderungen an die Genauigkeit mit der die Maschinen- oder Anlagenkomponenten in einer bestimmten Lage festgehalten werden sollen, werden bisher verschiedene Möglichkeiten zur Gestaltung sogenannter Sperrkreise verwendet.
Dabei werden beispielsweise Wegeventile eingesetzt, deren beide Anschlüsse zum Arbeitszylinder hin verriegelt werden. Hierbei werden wegen der oben er- wähnten Leckverluste von Kolbenventilen, um eine lastunabhängige Stellung des Arbeitszylinders zu erreichen, Rückschlagventile eingesetzt, die eine weitgehend vollständige Abdichtung erlauben.
Rückschlagventile sperren den Volumenstrom in einer Richtung und ermöglichen den Durchfluss in der entgegengesetzten Richtung. Der Ölstrom wird dabei häufig durch Kugel- oder Kegelkörper abgesperrt, die durch Federn bzw. zusätzlich durch Öldruck oder den Umgebungsdruck in ihre Sitze gedrückt werden. Entsperrbare Rückschlagventile werden beispielsweise mittels Exzenter und Stößel, elektrisch, pneumatisch oder auch hydraulisch mittels eines Steuerölstroms gegen die Federkraft geöffnet. Sie neigen unter Umständen jedoch zum Schwingen des Kugel- oder Kegelkörpers, wodurch Leckölverluste oder Betriebsstörungen entstehen können. Darüber hinaus sind sie nur für kleinere Volumenströme geeignet.
Bei dieser Gestaltung von Sperrkreisen werden gesteuerte Rückschlagventile eingesetzt, und zwar für einfachwirkende Arbeitszylinder einfache Rückschlagventile und für doppeltwirkende Arbeitszylinder entweder zwei einfache Rückschlagventile oder ein Doppelrückschlagventil. Da der gesamte Ölvolumenstrom zu den Arbeitszylindern und von diesen weg über die Rückschlagventile strömt, müssen diese bei hohen Ölvolumina entsprechend groß dimensioniert sein. Dabei steigt mit der Dimension des Rückschlagventils auch dessen Schaltzeit. Dieser Nachteil wird in der Regel dadurch umgangen, dass ein kleineres Ventil mit größerer Durchströmgeschwindigkeit eingesetzt wird. Dies führt jedoch einerseits zu einer Erwärmung des Hydrauliköls und andererseits zu einem hohen Druckverlust Δp am Ventil selbst, d.h. zwischen den Ventilanschlüssen A und B. Dies bewirkt, dass nicht der volle Systemdruck p am Arbeitszylinder zur Verfügung steht, sondern ein um Δp reduzierter Druck, und folglich der Antrieb für die betreffenden Maschinen- und Anlagenkomponenten stärker belastet ist.
Weiterhin ist es bekannt, in Sperrkreisen Überdruckventile einzusetzen, die zwischen Zylinder und Steuerschieber mit Sperrstellung eingebaut werden, um bei Wärmedehnungen des Öles oder bei Einwirkung großer äußerer Kräfte einen Überlastschutz vorzusehen. In denjenigen Fällen, in denen eine absolut sichere Verriegelung des Kolbens in einer ganz bestimmten Lage verlangt wird und auch Bewegungen von einigen Zehntel Millimetern nicht zulässig sind, muss die Verriegelung mechanisch erfolgen. Dabei ist jedoch auch ein sicheres Abstoppen und Halten der betreffenden Maschinen- und Anlagenkomponenten in exakt definierter Position erforderlich.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein fluidisches System mit einem Sperrkreis zur Verfügung zu stellen, welches ein sicheres Abstoppen und Halten von hydraulisch bewegten Maschinen- und Anlagenkomponenten ermöglicht. Außerdem soll der Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit solcher fluidischer Systeme verbessert und darüber hinaus soll es in der Fertigung und der Montage leicht umsetzbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen sind Gegenstand der Ansprüche 18 und 54 und Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist Gegenstand der Ansprüche 29 und 63. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 umfasst die erfindungsgemäße Schließvorrichtung einen frei innerhalb eines Zylinders hin- und her bewegbaren Schließkolben zum Schließen und Öffnen einer Fluidverbindung im Sperrkreis aufgrund eines von einem Steuerventil dem Schließkolben zugeführten Steuermediums, wobei der Schließkolben stirnendig unterschiedlich große Arbeitsdruck- und Steuerdruckflächen aufweist. Der frei bewegbaren Schließkolben ist also nicht durch ein Rückstellelement wie beispielsweise eine Feder beaufschlagt, sondern er wird durch den Fluiddruck beziehungsweise vorhandene Kraftdifferenzen aufgrund unterschiedlicher Fluiddrücke und/oder der unterschiedlichen Arbeitsdruck- und Steuerdruckflächen gesteuert.
Die erfindungsgemäße Schließvorrichtung umfasst also einen Schließkolben, welcher den Volumenstrom abhängig von einem Steueröldruck sperrt. Dabei sind die Größenverhältnisse der Arbeitsdruckfläche(n) und der Steuerdruckfläche(n) am Schließkolben bevorzugt so gewählt, dass dieser allein durch den Steueröldruck in seinen Sitz und dabei vorzugsweise gegen eine metallische Dichtkante gedrückt wird.
Dies wird mit den Merkmalen des Anspruchs 2 erreicht, wo unter anderem vorgesehen ist, die Arbeitsdruckfläche kleiner auszubilden als die Steuerdruckfläche.
In der Schließvorrichtung wirken also keine zusätzlichen Kräfte, wie beispielsweise resultierend aus eingesetzten Federn oder dem Umgebungsdruck auf den Schließkolben. Wird der Steuereröldruck abgesenkt, so gibt der Schließkolben aufgrund des Systemdrucks die Arbeitsleitung zum Arbeitszylinder wieder frei, die Schließvorrichtung öffnet sich.
Im Gegensatz zu den üblicherweise eingesetzten Rückschlagventilen neigt der Schließkolben der erfindungsgemäßen Schließvorrichtung nicht zu Schwingungen und verhindert hieraus resultierende Leckölverluste oder Betriebsstörungen. Darüber hinaus ist die Schließvorrichtung auch für größere Volumenströme geeignet.
Durch den Einbau der Schließvorrichtung mit einem Schließkolben, der einen mehr oder minder großen Öffnungsquerschnitt für den Fluidvolumenstrom zwischen Ausgleichszylinder und Fluidspeicher freigibt, entfällt der Drosselverlust, der typischerweise an Ventilen auftritt. Dadurch reduziert sich die Erwärmung des Fluidvolumenstroms deutlich, was den Wirkungsgrad des Gewichtsausgleichssystems verbessert. Der Antrieb für die betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponente muss lediglich nur noch den nichtkompensierten Gewichtskraftanteil aufbringen. Dadurch wird die Leistungsaufnahme und der Energieverbrauch des Antriebes abgesenkt und die Wirtschaftlichkeit erhöht. Anderseits kann der Antrieb bereits im Voraus um den Betrag des entfallenden Drosselverlustes schwächer dimensioniert werden, woraus sich Vorteile hinsichtlich Baugröße und Anschaffungspreis ergeben.
Der Öffnungsquerschnitt den der Schließkolben verschließt bzw. freigibt ist so dimensioniert, dass im hindurchtretenden Fluidvolumenstrom lediglich ein geringer, praktisch zu vernach lässigender Druckverlust auftritt. Die Dimension des Öffnungsquerschnittes kann so bestimmt werden, dass selbst bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten der betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponente, was zwangsläufig mit hohen Fluidvolumenströmen einhergeht, kein Drosselverlust auftritt. Die Dynamik der Verfahrbewegung für die betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponente verbessert sich durch den entfallenden Drosselverlust, ebenso können höhere Maximal-Verfahrgeschwindigkeiten realisiert werden.
Kommt es beim Verfahren der betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponente zu einem unbeabsichtigten Nothalt, bspw. durch Stromausfall, leitet zunächst der Antrieb eine Vollbremsung ein. Zusätzlich unterbricht der Schließkolben den Fluidvolumenstrom zwischen Ausgleichszylinder und Fluidspeicher nahezu schlagartig. Damit wird das zu diesem Zeitpunkt im Ausgleichszylinder befindliche Fluid eingeschlossen und der Ausgleichszylinder wird sozusagen durch die Fluidwirkung verriegelt. Damit wird eine momentane Verfahrbewegung gestoppt, d.h. die betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponente wird auf extremste Weise abgebremst. In Folge ihrer Massenträgheit, als auch von Trägheitseffekten im Antrieb, bewegt sich die betreffende Maschinen- und Anlagenkomponente noch bis zu ihrem absoluten Stillstand weiter. Es ergibt sich ein sogenannter Nachlaufweg bzw. eine sogenannte Nachlaufzeit. Diese sind u.a. abhängig von der Verfahrgeschwindigkeit, der bewegten Masse und der Verfahrrichtung (in oder entgegen der Schwerkraftrichtung). Ein solcher Nachlaufweg kann ohne weiteres 200 mm bis 300 mm betragen.
Während der Nachlaufzeit entsteht im Ausgleichszylinder und dem angrenzenden Rohrleitungssystem, einschließlich etwaiger Schalt- und Steuereinrichtungen, ein Überdruck bzw. Unterdruck, der zu Beschädigungen führen kann. Zur Vermeidung solcher Beschädigungen ist der Ausgleichszylinder über mindestens ein Druckbegrenzungsventil mit dem Fluidspeicher verbun den. Baut sich in der Nachlaufzeit im Ausgleichszylinder ein Überdruck auf, kann Fluid vom Ausgleichszylinder über das Überdruckventil in den Fluidspeicher zurück gespeist werden. Das Fluid verbleibt vorteilhafterweise im geschlossenen Fluidsystem, was bei Verwendung einer Abblas- bzw. Abspritzvorrichtungen nicht der Fall wäre (bei letzterem müsste vor dem Wiederanfahren der Maschine bzw. Anlage das Fluidsystem nachbefüllt werden).
Der Einstellwert für das Druckbegrenzungsventil errechnet sich hierbei aus maximal zulässigem Druck im Ausgleichszylinder abzüglich des Drucks p im Fluidsystem, wobei der Druck p in der Regel mit dem Druck im Fluidspeicher identisch ist.
Idealerweise ist der Ausgleichszylinder auch über ein Rückschlagventil mit dem Fluidspeicher verbunden. Baut sich in der Nachlaufzeit einem Unterdruck im Ausgleichszylinder auf, kann über das Rückschlagventil Fluid aus dem Fluidspeicher nachgesaugt werden. Ein möglicherweise verbleibender Unterdruck, der sich bspw. beim Wiederanfahren der Maschine bzw. Anlage nachteilig auswirken könnte, wird über das Rückschlagventil ebenfalls nivelliert. Insbesondere im Hinblick auf Sicherheitsaspekte kann es sinnvoll oder sogar erforderlich sein, mehrere redundant wirkende Schließkolben vorzusehen, die dann in Reihe geschaltet sind. Bei Versagen, bspw. durch Festklemmen, eines Schließkolbens ist immer noch die Funktion der anderen Schließkolben gegeben. Zum Aufbau eines redundanten Systems müssen in der Schaltungsanordnung wenigstens zwei Schließkolben umfasst sein.
Es erweist sich fernerhin als vorteilhaft die Schließkolben mit Schaltstellungs-Überwachungsmitteln auszustatten bzw. zu kombinieren. Hierdurch ist eine zyklische Überwachung des Schließvorganges möglich. Um ein schnelles Unterbrechen der Fluidverbindung zwischen Ausgleichszylinder und Fluidspeicher zu gewährleisten, sollte die Schließzeit des Schließkolbens nicht mehr als 100 ms, vorzugsweise nicht mehr als 75 ms und insbesondere nicht mehr als 50 ms betragen.
In Abhängigkeit der zu kompensierenden Masse bzw. deren Gewichtkraft kann es erforderlich sein, hydraulische Fluidmittel, bspw. Hydrauliköl einzusetzen.
Hydraulische Fluidmittel bieten den Vorteil der Inkompressibilität. Sind die zu kompensierenden Massen kleiner, kann auch Druckluft oder ein Gas als Fluid verwendet werden. Dies bietet den Vorteil, dass die entsprechenden Komponenten zum Aufbau der Schaltung in der Regel kleiner, leichter und günstiger sind, als vergleichbare Hydraulikkomponenten.
Ideal ist bei Gewichtsausgleichssystemen immer eine Unterkompensation oder eine Überkompensation im Bereich von 105–115%, so dass immer eine eindeutige Flankenanlage innerhalb der Antriebsspindel (bei Antrieben mittels Kugelroll- oder Gewindespindeln) besteht.
Bevorzugt werden in einem erfindungsgemäßen Sperrkreis in allen Arbeitsleitungen Schließvorrichtungen angeordnet, welche zur Druckbeaufschlagung an abzustoppende Arbeitsglieder angeschlossen sind. Diese Schließvorrichtungen umfassen, wie bereit vorerwähnt, Schließkolben, die in gleicher Weise wie Rückschlagventile bevorzugt über eine metallische Kante eine weitgehend vollständige Abdichtung ermöglichen. Mittels dieser Schließvorrichtungen, deren Aktivierung vorzugsweise über ein zentrales Steuerventil vorgenommen wird, werden die Arbeitsleitungen zum Arbeitszylinder hin schlagartig gesperrt.
Die Trägheit der oftmals sehr großen bewegten Massen von Maschinen- und Anlagenkomponenten verursacht in den Leitungen und Kammern der Arbeitszylinder häufig einen sehr hohen Über- bzw. Unterdruck, der zu Schäden am Fluidsystem oder gar zu einer Nachlauf- oder Rückbewegung der Arbeitszylinder führen und dabei unerwünschte Effekte wie beispielsweise Schwingungen oder gar Betriebssausfälle verursachen kann. Demzufolge und um eine lastunabhängige Stellung des Arbeitszylinders zu erreichen, werden die abgesperrten Druckvolumina bevorzugt mittels Einrichtungen, welche die Drücke in den einzelnen verriegelten Arbeitsleitungen entlasten, oder zwischen den verriegelten Arbeitsleitungen ausgleichen, eingesetzt. Zu diesem Zweck eignen sich beispielsweise Druckventile, Sperrventile oder Anordnungen von Druckventilen und Sperrventilen. Ein wichtiger Faktor bei der Auswahl und Anordnung dieser Einrichtungen ist eine Vermeidung einer Veränderung der Lage der arretierten Maschinen- oder Anlagenkomponente infolge der Druckentlastung.
Bei besonders hohen Sicherheitsanforderungen kann es zweckmäßig oder sogar erforderlich sein, mehrere redundant wirkende Schließvorrichtungen vorzusehen, die innerhalb einer Arbeitsleitung in Reihe geschaltet sind. Bei Versagen, wie beispielsweise dem Klemmen eines Schließkolbens, wirkt dann der andere Schließkolben. Zum Aufbau eines redundanten Systems sind wenigstens zwei Schließvorrichtungen in einer Arbeitsleitung erforderlich.
Es erweist sich ferner als vorteilhaft, die Schließvorrichtungen mit Schaltstellungsüberwachungsmitteln auszustatten oder zu kombinieren. Hierdurch wird eine zyklische Überwachung des Schließvorgangs ermöglicht.
Um ein schnelles Unterbrechen der Arbeitsleitungen zum Arbeitszylinder zu gewährleisten, sollte die Schließzeit des Schließkolbens nicht mehr als 100 ms, vorzugsweise nicht mehr als 75 ms und besonders bevorzugt nicht mehr als 50 ms betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet aufgrund des äußerst geringen Druckabfalls sehr verlustarm, wodurch es einen hohen Wirkungsgrad erreicht.
Dabei wird es den dynamischen Anforderungen der Antriebstechnik im Beschleunigungsverhalten, der maximalen Geschwindigkeit, im Abbremsverhalten wie aber gerade auch bezüglich den Not- und Sicherheitsvorschriften im Bereich der Anlagen- und Maschinentechnik gerecht. Die Gestaltung der Schließvorrichtung ermöglicht ein sicheres Abstoppen und Halten bei sehr hohen auftretenden Kräften. Somit kann beispielsweise auch in Schwerkraft- bzw. Schwungmassenrichtung ein zuverlässiger Nothalt gesichert werden.
Die erfindungsgemäße Schließvorrichtung zum Absperren eines hydraulischen Sperrkreises kann beispielsweise in fluidischen Gewichtausgleichssystemen oder in fluidischen Systemen mit wenigstens einem Gleichgangzylinder als Arbeitsglied oder in fluidischen Systemen mit wenigstens einem Differentialzylinder als Arbeitsglied oder in fluidischen Systemen mit wenigstens einer Spann- und Klemmvorrichtung als Arbeitsglied vorteilhaft eingesetzt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren.
Es zeigt:
1 einen Schaltplan für ein hydraulisches Gewichtsausgleichssystem gemäß dem Stand der Technik,
2 einen Schaltplan für ein erfindungsgemäßes hydraulisches Gewichtsausgleichssystem mit Schließvor richtung und Schließkolben,
3 eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Schließvorrichtung für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Absperrung,
3a ein Schaltungssymbol einer Schließvorrichtung ohne elektr. Schaltstellungsüberwachung,
3b ein Schaltungssymbol einer Schließvorrichtung mit elektr. Schaltstellungsüberwachung,
4 eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Absperrung zum Sperren eines Gleichgangzylinders oder eines Fluidmotors,
5 eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Absperrung zum Sperren eines Differentialzylinders,
6 eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Absperrung in Spann- und Klemmvorrichtungen,
7 eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Zu- und Abschaltung von verschiedenste Medien mit direkt angebautem Steuerventil und
8 eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Zu- und Abschaltung von verschiedenen Medien mit unterschiedlichen Medien im Hauptkreislauf und im Steuerkreislauf mit extern angebautem Steuerventil.
Die 1 zeigt einen einfachen Schaltplan für ein fluidisches, in diesem Falle hydraulisches Gewichtsausgleichssystem, wie es dem Stand der Technik entspricht. Das darge stellte Hydrauliksystem umfasst einen ersten mit bezeichneten und einen zweiten mit 2 bezeichneten Hydraulikzylinder. Die dargestellten Hydraulikzylinder 1 und sind doppeltwirkend, hier jedoch nur einseitig angeschlossen. Der erste Hydraulikzylinder 1 wird kolbenstangenseitig, der zweite Hydraulikzylinder 2 kolbenbodenseitig mit Druck beaufschlagt. Die Kolbenstangen der Hydraulikzylinder greifen über einen nicht näher dargestellten Mechanismus an die zu kompensierende Masse m an, bspw. eine vertikal bewegte Maschinen- oder Anlagenkomponente. Die beiden Hydraulikzylinder 1 und 2 arbeiten in einer sogenannten Pull- und Pushanordnung, d.h. sie üben über den nicht näher dargestellten Mechanismus eine Zug- bzw. eine Druckkraft auf die zu kompensierende Masse m aus. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in einer hohen Gewichtskompensation die mit verhältnismäßig kleinen Kolbenflächen und Hydraulikdrücken erreicht werden kann. Die Gewichtskompensation kann jedoch ebenso von nur einem Hydraulikzylinder 1 oder 2 bereit gestellt werden, bei entsprechender Anpassung der Kolbenfläche und/oder des Hydraulikdrucks. Sinngemäß können auch mehr als zwei Hydraulikzylinder vorgesehen sein.
Die beiden Hydraulikzylinder 1 und 2 sind über die Hauptleitung 3, bspw. in Form eines Rohres oder einer flexiblen Leitung, miteinander verbunden und daher stets gleichmäßig mit Druck beaufschlagt. Das Hydrauliksystem kann über eine Füllleitung 4 mit Hydrauliköl befüllt werden. Zur Rückflusssicherung ist ein Rückschlagventil 5 in der Füllleitung 4 vorgesehen. Die Hauptleitung 3 ist über ein hier nur exemplarisches 2/2-Wegeventil 6 mit einem Hydrospeicher 7 verbunden, der hier beispielshalber als Blasenspeicher ausgeführt ist. Die Anschlüsse des 2/2-Wegeventils 6 sind mit A und B bezeichnet. Zur Erfassung des Drucks im Hydrauliksystem ist ein Manometer 8 beliebiger Ausführung vorgesehen. Das Hydrauliksystem ist durch ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 9 gegen Überdruck abgesichert, wobei das Druckbegrenzungsven til 9 das Hydrauliköl zu einem Tank 22 hin ablässt. Über das Druckbegrenzungsventil 9 kann das Hydrauliksystem auch entleert werden, bspw. für Reparatur- oder Wartungszwecke. Das Hydrauliksystem ist wegen des Rückschlagventils 5 und des Überdruckventils 9 im Normalbetrieb in sich geschlossen und arbeitet damit weitgehend autark und wartungsarm.
Im Normalbetrieb befindet sich das 2/2-Wegeventil 6 in der dargestellten geöffneten Position und gibt damit eine Verbindung zwischen dem Hydrospeicher 7 und den beiden Hydraulikzylindern 1 und 2 frei. Der Systemdruck bzw. Arbeitsdruck p der von dem Hydrospeicher 7 bereit gestellt wird, liegt somit an den Kolbenflächen der Hydraulikzylinder an und ruft jeweils eine resultierende Kraft hervor, die über einen nicht dargestellten Mechanismus auf die zu kompensierende Masse m (d.h. auf die betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponente) eine Druck- und/oder Zugkraft ausübt, die der Gewichtskraft g entgegenwirkt. In Abhängigkeit von Systemdruck p und Kolbenfläche kann der Kompensationsgrad eingestellt werden. So hat sich bspw. ein Kompensationsgrad von 85% bis 95%, vorzugsweise 90% als ein sehr praxistauglicher Wert erwiesen. Beim Bewegen bzw. Verfahren der betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponente mit der Masse m muss der ebenfalls nicht dargestellte Antrieb nur noch einen verbleibenden Rest-Gewichtsbetrag bewegen bzw. bremsen, d.h. 5% bis 15%, anstelle von 100%, womit der Antrieb deutlich kleiner ausgelegt werden kann. Während des Verfahrens der Maschinen- bzw. Anlagenkomponente bewegen sich die Kolben in den Hydraulikzylindern 1 und 2 entweder im Verhältnis 1:1 zur Verfahrstrecke oder in einem anderen definierten Verhältnis. Hierbei fließt über das 2/2-Wegeventil 6 Hydrauliköl aus dem Hydrospeicher 7 zu den Hydraulikzylindern 1 und 2 oder bei entgegensetzter Verfahrrichtung von den Hydraulikzylindern zurück in den Hydrospeicher. Der Systemdruck p ist unabhängig von einer Füllhöhe im Hydrospeicher 7 nahezu konstant. (Typische Beträge für Delta p liegen z. B. bei ca. 5–7%).
Wird die betreffende Maschine bzw. Anlage ausgeschaltet oder tritt eine plötzliche Nothalt-Situation ein, bspw. infolge eines Stromausfalls, verfährt das 2/2-Wegeventil 6 typischerweise federbetätigt in die verschließende Position und sperrt die Verbindung zwischen dem Hydrospeicher 7 und den Hydraulikzylindern 1 und 2 ab. Hierbei wird das zu diesem Zeitpunkt in den Hydraulikzylindern befindliche Hydrauliköl sozusagen eingeschlossen und die Kolben werden an einer weiteren Verfahrbewegung gehindert. Die betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponenten ist damit gegen Absturz gesichert. Lediglich ein sehr langsames Absinken infolge eines geringen Ölvolumenstroms zwischen den beiden Hydraulikzylindern ist möglich.
Da der gesamte Ölvolumenstrom zwischen dem Hydrospeicher 7 und den Hydraulikzylindern 1 und 2 über das Ventil 6 strömt, muss dieses, um hohe Ölvolumenströme zuzulassen, entsprechend groß dimensioniert werden. Entsprechend große Ventile weisen jedoch nachteilig lange Schaltzeiten auf. Dieses Problem wird in der Regel dadurch umgangen, dass ein kleineres Ventil mit hoher Durchströmgeschwindigkeit eingesetzt wird. Dies führt einerseits zu einer Erwärmung des Hydrauliköls und andererseits zu einem hohen Druckverlust Δp am Ventil selbst, d.h. zwischen den Ventilanschlüssen A und B. Letzteres verursacht, dass nicht der volle Hydrospeicherdruck (resp. Systemdruck p) den Hydraulikzylindern zu Verfügung steht, sondern nur ein um Δp geminderter Druck, und in der Folge der Antrieb für die betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponente stärker belastet ist.
Das in der 2 dargestellte erfindungsgemäße Hydrauliksystem zum Gewichtsausgleich umfasst anstelle eines Ventils 6 eine Schließvorrichtung 10 mit einem Schließkolben 11. Die Schließvorrichtung 10 weist einen großen Öffnungsquerschnitt zwischen den Anschlüssen A und B auf, sodass selbst große Öl volumenströme ohne einen Druckverlust Δp durch die Schließvorrichtung strömen können. Dadurch lassen sich auch ohne weiteres große Verfahrgeschwindigkeiten für die betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponente realisieren. Zudem tritt kein Druckverlust Δp zwischen den Anschlüssen A und B auf. Hierdurch muss der Antrieb für die betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponente nur noch den verbleibenden nicht-kompensierten Rest-Gewichtsbetrag bewegen und kann dementsprechend kleiner und damit kostengünstiger ausgelegt werden. Andererseits wird eine ungewollte Überwärmung des Hydrauliköls verhindert, sodass insgesamt der Wirkungsgrad des Gewichtsausgleichssystems gegenüber dem in der Stand der Technik bekannten Lösungen deutlich verbessert ist.
Der Schließkolben 11 ist ohne Feder ausgeführt und wird im Betriebszustand durch die Druckwirkung des Volumenstroms zwischen den Anschlüssen A und B in eine öffnende Position (gemäß 2 nach oben) bewegt wobei dieser einen großen Öffnungsquerschnitt freigibt. Zum Verschließen des Öffnungsquerschnitts wird der Schließkolben 11 rückseitig mit Druck beaufschlagt. Dies geschieht mittels eines Schaltventils 24 (hier exemplarisch als 3/2-Wegeventil ausgeführt), dass beim Ausschalten der Maschine bzw. Anlage oder in einer Nothalt-Situation die Rückleite des Schließkolbens 11 mit dem vollen Systemdruck p beaufschlagt, wodurch dieser sich aufgrund einer einstellenden Differenzkraft (infolge unterschiedlich großer Kolbenflächen) in die verschließende Position bewegt. Ab diesem Zeitpunkt liegt nicht mehr der Systemdruck p an der Rückseite des Schließkolbens an, sondern der momentane Hydraulikzylinderdruck. Erhöht sich die von außen auf die Hydraulikzylinder mechanisch einwirkende Kraft, aus welchen Gründen auch immer, erhöht sich damit auch die Schließkraft des Schließkolbens 11, sodass ein stets ein zuverlässiges Zuhalten sicher gestellt ist, was die Maschinen- bzw. Anlagensicherheit deutlich verbessert.
Zum Wiederanfahren der Maschine bzw. Anlage wird der kolbenrückseitige Raum der Schließvorrichtung 10 lediglich über das Schaltventil 24 gegen den Tank 22 entlastet. Der am Anschluss A anstehende Hydraulikdruck von den Hydraulikzylindern verschiebt in der Folge den Schließkolben 11 in die öffnende Position. Das Schaltventil 24 kann aufgrund des verhältnismäßig geringen Steuervolumenstroms zur Schließvorrichtung 10 hin klein und damit sehr dynamisch ausgelegt werden. Es hat sich daher überraschend gezeigt, dass die Schließzeiten mit einem solchen Schließprinzip gegenüber dem im Stand der Technik bekannten Lösungen deutlich reduziert werden können. Sie liegen unter 75 ms, teilweise unter 50 ms, was in Anbetracht der zum Teil großen Ölvolumenströme zwischen Fluidspeicher 7 und Hydraulikzylindern 1 und 2 beachtlich ist. Auch hierdurch verbessert sich die Maschinen- bzw. Anlagensicherheit deutlich.
Aus den sehr kurzen Schließzeiten ergeben sich ferner bisher nicht in Erscheinung getretene Probleme. Kommt es während des Bewegens bzw. Verfahrens der betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponenten in Schwerkraftrichtung g zu einem unerwarteten Nothalt, so schließt der Schließkolben 11 innerhalb von 50 ms, bevor die eigentliche Verfahrbewegung durch den Antrieb gestoppt wird. Werden zum Stoppen der Verfahrbewegung infolge von Massenträgheitseffekten beispielsweise 100 ms benötigt, so legt die betreffende Maschinen- bzw. Anlagenkomponente bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 60 m/min in diesem exemplarischen Beispiel noch einen Nachlaufweg von ca. 50 mm zurück, nachdem der Schließkolben 11 bereits seine verschließende Position eingenommen hat. Dies würde zu einem unzulässigen hohen Druck im Hydrauliksystem und möglicherweise auch zu Beschädigungen führen. Zur Abhilfe ist zwischen den Hydraulikzylindern 1 und 2 und dem Hydrospeicher 7 ein Überdruckventil 26 eingesetzt. Im Überdruckfall wird aus den Hydraulikzylindern über die Hauptleitung 3 und das Überdruck ventil 26 Hydrauliköl direkt in den Hydrospeicher zurück gespeist. Gegenüber dem sonst üblichen Abspritzen in den Tank 22 ergibt sich der Vor' teil, dass das Hydrauliköl im Hydrauliksystem verbleibt und vor dem Wiederanfahren nicht nachgefüllt werden muss. Der Einstellwert für das Überdruckventil 26 errechnet sich näherungsweise aus dem maximal zulässigem Druck (bei dem noch keine Beschädigung eintritt) abzüglich des Systemdrucks p.
Zum Stoppen einer Verfahrbewegung von 100 m/min entgegen der Schwerkraftrichtung g werden beispielsweise 80 ms benötigt. Kommt es zu einem unerwarteten Nothalt, schließt der Schließkolben 11 innerhalb von 50 ms, sodass die betreffende Maschinen- und Anlagenkomponente auch in diesem exemplarischen Fall noch einen Nachlaufweg von 50 mm zurücklegt, was zu unzulässigen Unterdrücken und somit auch zu Beschädigungen im Hydrauliksystem führen kann. Zur Abhilfe ist zwischen den Hydraulikzylindern 1 und 2 und dem Hydrospeicher 7 ein Rückschlagventil 27 eingesetzt. Im Unterdruckfall wird von den Hydraulikzylindern 1 und 2 über die Hauptleitung 3 und das Rückschlagventil 27 Hydrauliköl direkt aus dem Hydrospeicher 7 nachgesaugt.
In beiden oben beschriebenen Fällen unterstütz das erfindungsgemäße hydraulische Gewichtsausgleichssystem den Antrieb beim Stoppvorgang, sodass die Zeiten zum Stoppen der Verfahrbewegung gegenüber den normalen Werten reduziert werden, was wiederum der Sicherheit zuträglich ist. Der Schließkolben 11 ist als Stufenkolben ausgeführt, d.h. die wirksamen Kolbenflächen weisen unterschiedlich große Flächen auf, wobei die Rückfläche des Kolbens, die über das Schaltventil 24 mit Druck beaufschlagbar ist, die größerer der beiden Kolbenflächen ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Schließkolben 11 zuverlässig gegen den Druck des zwischen den Anschlüssen A und B durchströmenden Ölvolumenstroms in seine verschließende Position bewegt werden kann. Gemäß 2 sind die beiden Druckräume der Schließvorrichtung 10, die der gestufte Kolben 11 voneinander trennt, durch Dichtungen im Kolben und/oder in der Kolbenführung wirksam voneinander getrennt.
Es ist durchaus möglich, durch mehrere in Reihe liegender Schließvorrichtungen 10 die Sicherheit der betreffenden Maschine- bzw. Anlage nochmalig zu verbessern. Da an den oben beschriebenen Schließvorrichtungen 10 kein Δp auftritt, ist eine solche Maßnahme zur Erhöhung der Sicherheit ohne technische Nachteile möglich.
Die Hydraulikschaltungen gemäß der 1 und 2 werden bevorzugt mit Hydrauliköl betrieben, mit dem entscheidenden Vorteil der Inkompressibilität dieses Fluids. Eine entsprechende funktionsgleiche Pneumatikschaltung ist für den Fachmann anhand der hierin beschriebenen Maßnahmen und Vorgaben jedoch ebenso problemlos realisierbar. Auch andere flüssige oder gasförmige Fluide beispielsweise Stickstoffgas insbesondere bei Ex-Schutzanforderungen sind einsetzbar.
3 zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Schließvorrichtung 10 für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Absperrung. Das dazugehörige Schaltbild, das in den Schaltungsanordnungen der 4 bis 6 verwendet wird, ist unten in den 3a und 3b dargestellt. In der Schließvorrichtung 10 bewegt sich ein Schließkolben 11 entlang seiner Längsmittelachse und verschließt oder öffnet, in Abhängigkeit von seiner Lage, die sich gemäß dem Kräfteverhältnis, welches sich aufgrund der Drücke an der Steuerdruckkreisfläche 14 und Steuerdruckringfläche 16 sowie der Drücke am Ventil mit Arbeitsringfläche 17 am B-Anschluss und an der Arbeitskreisfläche 15 am A-Anschluss, einstellt, die Fluidverbindung zwischen den Anschlüssen A und B. Der Schließkolben 11 weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine abgestufte, im Wesentlichen rotationssymmetrische, drei unter schiedliche Durchmesser umfassende Gestalt auf; der kleinste Durchmesser verjüngt sich dabei in Richtung des Anschlusses A kegelförmig. Diese Verjüngung ermöglicht eine leckölfreie Abdichtung der Schließvorrichtung 10 im Falle des druckbeaufschlagten Anliegens des Schließkolbens 11 an der metallischen Dichtkante 12.
Der Anschluss F1 der Schließvorrichtung 10 ist mittels einer Steuerleitung mit einem Steuerventil 20 verbunden, dessen Funktion weiter unten detailliert erläutert wird. Das Verhältnis der wirksamen Druckflächen am Schließkolben 11, der Steuerdruckfläche 14 und den Arbeitsdruckflächen 15, welche sich aus dem Durchmesser der metallischen Dichtkante 12 ergibt, und 17, welcher sich aus der Kreisringdurchmesser 17 ergibt, ist dabei so gewählt, dass ein sicheres sowie leckölfreies Schließen der Schließvorrichtung 10 ermöglicht wird. Bestimmend ist dabei die Kraft, die aus der Differenz der Kraft, die bei einer Betätigung des Steuerventils 20 an der Steuerdruckfläche 14 wirkt und den Kräften, die sich aufgrund des Öldrucks am Anschluss A und der Arbeitsdruckfläche 15 und am Anschluss B und der Arbeitsdruckfläche einstellt, resultiert. Die Verbindung zwischen den Anschlüssen A und B ist bei geschlossener Schließvorrichtung 10 leckölfrei unterbrochen.
Die ringförmige Kammer 16 mit der Steuerdruckringfläche 19 wird in Abhängigkeit der Anwendung gezielt mit Steuerdruck zum öffnen beaufschlagt oder ist drucklos mit dem Fluidreservoir oder mit der Atmosphäre, beim öffnen des Schließkolben über Druck in Arbeitsdruckfläche 15 und/oder 17, verbunden, damit bei einer Verschiebung des Schließkolbens 11 ein Volumenausgleich möglich ist.
Die Schließvorrichtung 10 weist einen großen öffnungsquer schnitt zwischen den Anschlüssen A und B auf, so dass selbst große Ölvolumenströme ohne merklichen Druckverlust Δp durch die Schließvorrichtung strömen können. Deshalb lassen sich auch große Verfahrgeschwindigkeiten für die betreffenden Maschinen- und Anlagenkomponenten bzw. große Durchflüsse realisieren.
Als Schaltbilder der Schließvorrichtung 10 dienen die in 3a, 3b dargestellten Schaltbilder eines sperrbaren/entsperrbaren Rückschlagventils. Im Gegensatz zu einem gebräuchlichen entsperrbaren Rückschlagventil wird die Schließvorrichtung 10 jedoch nicht durch den Druck der Anschlussleitung B geschlossen und später durch einen Steuerdruck in Sperrrichtung wieder geöffnet. Die Schließvorrichtung 10 wird durch ein Steuerorgan, welches über eine Steuerleitung mit dem Anschluss F1 verbunden ist geschlossen oder über zwei Steuerleitungen, welche mit den Anschlüssen F1 und F2 verbunden sind, zwischen einer geöffneten oder geschlossenen Schaltstellung geschaltet. Zusätzlich symbolisiert die zweite Steuerleitung F2, welche bei Rückschlagventilen die Leckölleitung versinnbildlicht, im Schaltbild der erfindungsgemäßen Schließvorrichtung 10 die Leitung zum Fluidreservoir oder die Steuerleitung zum öffnen der Schließvorrichtung unabhängig von den Drücken in A und B.
4 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung 30 eines erfindungsgemäßen Sperrkreises zur hydraulisch leckölfreien Absperrung der Arbeitsleitungen eines Gleichgangzylinders 31, der durch ein 4/3-Wegeproportionalventil 32 gesteuert wird. Gemäß einer gebräuchlichen Form der Geräteverbindung der Hydraulik, dem ein Prinzip der Verbindung über eine Anschlussplatte zu Grunde liegt, ist der Sperrkreis in 4 als sogenannte Zwischenplatte dargestellt, welche eine kompakte und verrohrungsfreie Bildung von Funktionsgruppen ermöglicht.
Der Systemdruck p wird über eine Förderpumpe 25 bereitgestellt. Das 4/3-Wegeproportionalventil 32 ist direkt an den Systemdruck p angeschlossen und in 4 in Sperrstellung gezeigt. Bei einer Betätigung des 4/3-Wegeproportionalventils 32, welche im Ausführungsbeispiel hydraulisch vorgesteuert oder auch elektromagnetisch direktgesteuert erfolgen kann, ermöglicht dieses einen Ölvolumenstrom in einer zum Steuersignal proportionalen Höhe zu einem Anschluss des Gleichgangzylinders 31 und öffnet den Rückfluss von der zweiten Druckkammer des Gleichgangzylinders 31.
In den Arbeitsleitungen 33 vom Gleichgangzylinder 31 zum 4/3-Wegeproportionalventil 32 ist in der beispielhaften Ausführungsform jeweils eine Schließvorrichtung 10 angeordnet. Der Anschluss F1 an beiden Schließvorrichtungen 10, deren Aufbau in Verbindung mit 3 näher erläutert wurde, ist jeweils mittels einer Steuerleitung 34 mit dem Steuerventil 20 verbunden. Als Steuerventil 20 dient hier ein 3/2-Wegeventil, welches in 4 in seiner Grundstellung dargestellt ist. Durch das Abschalten des Steuerventils 20 erfolgt die Beaufschlagung des Anschlusses F1 der Schließvorrichtungen 10 mit dem Systemdruck p. Ein Druckabfall, der sich durch eine Schwankung des Systemdrucks ergeben könnte, wird beispielsweise durch ein einfaches Rückschlagventil 35 leckölfrei verhindert.
Zwischen den beiden Arbeitsleitungen 33 vom Gleichgangzylinder 31 zum 4/3-Wegeproportionalventil 32 sind in parallelen Leitungen gegensinnig zwei Druckbegrenzungsventile 36 angeordnet. Bei Erreichen eines bestimmten Drucks in einer Arbeitsleitung 33 öffnet sich das dieser Arbeitsleitung zugeordnete Druckbegrenzungsventil (Schockventile). Dadurch wird eine Fluidverbindung zwischen den beiden Verbindungsleitungen 33 hergestellt und ein Druckausgleich herbeiführt.
Soll nun die betreffende Maschinen- oder Anlagenkomponente, welche mittels des Gleichgangzylinders 31 bewegt wird, abrupt angehalten werden, wie beispielsweise bei einem Nothalt, so erfolgt dies über das Abschalten (stromlos schalten) des Steuerventils 20. Durch das Abschalten beaufschlagt das Steuerventil 20 die Schließvorrichtung 10 am Anschluss F1 mit dem Systemdruck p. Der Systemdruck p am Anschluss F1 der Schließvorrichtung 10 bewirkt an der Steuerdruckfläche 14 eine Kraft, welche den Schließkolben 11 zuverlässig gegen die metallische Dichtkante der Schließvorrichtung 10 drückt und somit die Verbindung vom Gleichgangzylinder 31 zum 4/3-Wegeproportionalventil 32 mit minimaler Schaltzeit leckölfrei absperrt.
5 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung 40 eines erfindungsgemäßen Sperrkreises zur hydraulisch leckölfreien Absperrung der Arbeitsleitungen eines Differentialzylinders 41, der durch ein 4/3-Wegeproportionalventil 42 gesteuert wird. Zur Anwendung im Rahmen der üblichen Geräteverbindungstechnik der Hydraulik, ist der Sperrkreis in 5 beispielhaft in Form einer Anschlussplatte dargestellt. Die Ventilseite der Anschlussplatte ist dabei mit einem der Nenngröße der Aufbauventile entsprechenden Anschlussbild versehen.
Der Systemdruck p wird über die Förderpumpe 25 bereitgestellt. Das 4/3-Wegeproportionalventil 42 liegt direkt am Systemdruck p an und ist in 5 in Sperrstellung gezeigt. Bei Betätigung ermöglicht das 4/3-Wegeproportionalventil 42 einen Volumenstrom in einer zum Steuersignal proportionalen Höhe in die vorgesehene Kammer des Differentialzylinders 41 und gibt gleichzeitig den Rückfluss von dessen anderer Kammer frei.
In den Arbeitsleitungen 43 vom 4/3-Wegeproportionalventil 42 zum Differentialzylinder 41 ist in der beispielhaften Ausführungsform jeweils eine Schließvorrichtung 10 angeordnet. Der Anschluss F1 beider Schließvorrichtungen 10 ist jeweils mittels einer Steuerleitung 44 mit dem Steuerventil 20 verbunden. Als Steuerventil 20 dient ein 3/2-Wegeventil, welches in 5 in seiner Ruhestellung gezeigt ist. Durch das Abschalten (stromlos machen) des Steuerventils 20 erfolgt die Beaufschlagung des Anschlusses F1 der Schließvorrichtungen 10 mit dem Systemdruck p. Ein Druckabfall, der sich durch eine Schwankung des Systemdrucks ergeben könnte, wird beispielsweise durch ein einfaches Rückschlagventil 35 leckölfrei verhindert.
Zwischen den beiden Arbeitsleitungen 43 vom Differentialzylinder 41 zum 4/3-Wegeproportionalventil 42 sind die Wechselventile 46 und 47 angeordnet. Das Wechselventil 46 ist über ein Druckbegrenzungsventil 48 mit einem Fluidreservoir verbunden. Das Wechselventil verbindet jeweils die Arbeitsleitung 43, in welcher ein höherer Druck herrscht, mit der Leitung zum Druckbegrenzungsventil 48. Wird nun in einer Arbeitsleitung 43 ein Druck erreicht, welcher dem am Druckbegrenzungsventil 48 eingestellten Druck entspricht, öffnet sich das Druckbegrenzungsventil 48 und ermöglicht einen Druckabbau bis zur voreingestellten Druckhöhe.
Das Wechselventil 47 ist mit seinem dritten Anschluss an ein weiteres Wechselventil 49 angeschlossen, welches zwischen dem Steuerventil 20 und einer Versorgungsleitung mit Systemdruck angeordnet ist. Die beiden Wechselventile 47 und 49 bilden so mit den Steuerventil 20 und der Schließvorrichtung 10 eine Funktionseinheit zur Absicherung der Druckdifferenz am Schließkolben 11, deren Wirkungsweise weiter unten näher be schrieben wird.
Soll nun die betreffende Maschinen- oder Anlagenkomponente, welche mittels des Differentialzylinders 41 bewegt wird, abrupt angehalten werden, wie beispielsweise bei einem Nothalt, so erfolgt dies über das Abschalten des Steuerventils 20. In der in 5 gezeigten Abschaltstellung beaufschlagt das Steuerventil 20 die Schließvorrichtungen 10 an den Anschlüssen F1 mit dem Systemdruck p. Ein möglicher Druckabfall über die Verbindung zur Ölversorgung wird mittels des Rückschlagventils 35 wirksam verhindert.
Der Systemdruck p an den Anschlüssen F1 der Schließvorrichtungen bewirkt an den Steuerdruckflächen 14 jeweils eine Kraft, welche die Schließkolben 11 zu-verlässig gegen die metallischen Dichtkanten der Schließvorrichtungen 10 drückt und somit die Verbindung vom Differentialzylinder 41 zum 4/3-Wegepro-portionalventil 42 mit minimaler Schaltzeit leckölfrei absperrt.
Durch das abrupte Absperren der Arbeitsleitungen 43 können sich in diesen, abhängig von Bewegungsgeschwindigkeit und Masse und der damit verbundenen Massenträgheit der bewegten Maschinen- oder Anlagenkomponente, kritische Druckspitzen aufbauen. Zur Vermeidung unerwünschter Folgen, wie beispielsweise Schäden am Hydrauliksystem, die zudem beim Maschinen- und Anlagenbetrieb auch sicherheitsrelevante Auswirkungen haben können, werden Druckspitzen in den beiden Arbeitsleitungen 43, wie bereits beschrieben, über das Wechselventil 46 und das Druckbegrenzungsventil 48 abgebaut. Es ist ferner vorgesehen, dass ein möglicherweise entstandener Unterdruck in beiden Verbindungsleitungen über jeweils direkt mit einem Fluidreservoir verbundene Saugleitungen 50, welche die Arbeitsleitungen 43 mittels einfacher Rückschlagventile gegen Druckverluste absichern, ausgeglichen werden kann.
Durch das Entstehen von Druckänderungen in den beiden Verbindungsleitungen 43 wird auch das jeweilige Kräftegleichgewicht an den Schließkolben 11 der Schließvorrichtungen 10 beeinflusst. Durch das Abschalten des Steuerventils 20 wird der Systemdruck p an den Anschluss F1 beider Schließvorrichtungen 10 geleitet, was aufgrund des Druck/Flächenverhältnisses an den Schließkolben 11 zum abrupten und sicheren Schließen der beiden Schließvorrichtungen führt.
Entsteht dabei aufgrund der Bewegung der Maschinen- oder Anlagenkomponenten ein deutlicher Überdruck in einer Arbeitsleitung 43, so besteht die Gefahr, dass sich der Schließkolben 11 dieser Arbeitsleitung nicht zuverlässig schließt. Um diese Möglichkeit auszuschließen sind die beiden Arbeitsleitungen 43 über das Wechselventil 47 mit dem Wechselventil 49 verbunden.
Das Wechselventil 47 stellt eine Fluidverbindung von der Arbeitsleitung 43, welche den höheren Druck der beiden Arbeitsleitungen aufweist, mit dem Wechselventil 49 her. Ist dieser Druck höher als der am zweiten Anschluss des Wechselventils 49 anliegende Systemdruck p, öffnet das Wechselventil 49 die Verbindung zwischen der Arbeitsleitung 43 und der Arbeitsleitung zum Steuerventil 20. Folglich so liegt über das abgeschaltete Steuerventil 20 an den Anschlüssen F1 der Schließvorrichtungen 10 nicht länger der Systemdruck p an, sondern der in dieser Verbindungsleitung 43 herrschende Druck. Dementsprechend wird durch die beispielhafte Funktionseinheit ein zuverlässiges Schließen der Schließvorrichtungen 10 im Sperrkreis 40 gewährleistet.
6 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung 55 eines erfindungsgemäßen Sperrkreises für eine Spann- und Klemmvor richtung, welche integriert in einen Komplettsteuerblock (Turmverkettungselement) dargestellt ist. Die Ventile werden dabei wie bei der Anschlussplatte auf dem Steuerblock beispielhaft in Form von Höhenverkettungen aufgebaut, welcher so ausgebildet ist, dass er nicht nur die Leitungsverbindung der Steuerung und Aufnahmefläche darstellt, sondern beispielsweise auch das Gehäuse der Hydraulikeinheit bilden kann.
Der Systemdruck p wird über eine Förderpumpe 25 bereitgestellt. Das 4/3-Wegeventil 61, mittels dem die Spannvorrichtung 62 geschaltet wird, ist über ein Druckregelventil 63 an den Systemdruck p angeschlossen und in 6 in der Stuhlstellung gezeigt. Bei einer Betätigung des 4/3-Wegeventils 61 wird, abhängig von der Schaltstellung, eine der beiden Druckkammern der Spannvorrichtung 62 mit Öldruck beaufschlagt, und der Anschluss der anderen Druckkammer zum Fluidreservoir hin geöffnet.
Zur Verminderung des Volumenstroms zur beaufschlagten Druckkammer sind in den Arbeitsleitungen 64 vom 4/3-Wegeventil 61 zur Spannvorrichtung 62 Drosselrückschlagventile 65 angeordnet. Solange eine Kraft an der Spannvorrichtung gefordert ist, wird der Öldruck in der Druckkammer aufrecht erhalten; das 4/3-Wegeventil 61 bleibt folglich in Schaltstellung. Das Druckregelventil 63 regelt bei einem Ansteigen des Öldrucks vor dem 4/3-Wegeventil 61 oder in der in der Spannvorrichtung 62 selbst den Arbeitsdruck auf einen vorbestimmten Wert und ermöglicht unter Aufrechterhaltung der erforderlichen Druckhöhe ein Abfließen des überschüssigen Öls in das Fluidreservoir.
In den Verbindungsleitungen 64 sind weiterhin Schließvorrichtungen 10 angeordnet, welche zum leckölfreien Absperren des Sperrkreises dienen. Die Anschlüsse F1 der Schließvor richtungen 10 sind mit der zentralen Sperrsteuerleitung 66 verbunden. Weiterhin sind in den Verbindungsleitungen 64 zwischen den Schließvorrichtungen 10 und der Spannvorrichtung 62 jeweils eine Druckmesseinrichtung 67 angeordnet. In dieser beispielhaften Ausführungsform werden die Anschlüsse A der Schließvorrichtung 10 mit dem nach den Drosselrückschlagventilen bereitgestellten Druck beaufschlagt.
Die Schaltungsanordnung für die Klemmvorrichtung 72 ist im Wesentlichen gleich mit der Schaltungsanordnung für die Spannvorrichtung 62. Die Klemmvorrichtung 72 wird demgegenüber von einem 4/2-Wegeventil 71 geschaltet, welches in 6 in Ruhestellung dargestellt ist. Das 4/2-Wegeventil 71 ist über ein Drosselventil 73 an den Systemdruck p angeschlossen. In Arbeitsstellung beaufschlagt das 4/2-Wegeventil 71 die Druckkammer der Klemmvorrichtung 72 mit einem Volumenstrom, welcher an der Drossel 73 eingestellt wird. In der zweiten Schaltstellung ermöglicht das 4/2-Wegeventil 71 den Druckabbau in der Klemmvorrichtung 72 zum Fluidreservoir.
Solange die Klemmwirkung gefordert ist, wird der Öldruck in der Druckkammer aufrecht erhalten, das 4/2-Wegeventil 71 bleibt folglich in Arbeitsstellung. Das Druckregelventil 74 regelt bei einem Ansteigen des Öldrucks vor dem 4/2-Wegeventil 71 oder in der in der Klemmvorrichtung 72 selbst den Arbeitsdruck auf einen vorbestimmten Wert und ermöglicht unter Aufrechterhaltung dieser vorbestimmten Druckhöhe ein Abfließen des überschüssigen Öls in das Fluidreservoir.
In den Verbindungsleitungen 75 sind weiterhin Schließvorrichtungen 10 angeordnet, welche zur leckölfreien Absperrung des Klemmkreises dienen. Die Schließvorrichtung 10, der nicht angeschlossenen Leitung 75 bleibt in diesem Ausführungsbeispiel ungenutzt, die Verbindung mit dem Anschluss B ist am Ausgang des Steuerblocks verschlossen. Die Anschlüsse F1 der Schließvorrichtungen 10 und 10' sind mit der zentralen Sperrsteuerleitung 66 verbunden. Weiterhin ist in der Verbindungsleitung 75 zwischen der Schließvorrichtung 10 und der Klemmvorrichtung 72 eine Druckmesseinrichtung angeordnet.
Ein gleichzeitiges Absperren beider Sperrkreise der Schaltungsanordnung 55 wird durch das Steuerventil 20 ermöglicht. Hierzu dient ein 4/2-Wegeventil, welches in 4 in Betätigungsstellung gezeigt ist. Durch das Abschalten des Steuerventils 20 in Ruhestellung, erfolgt die Beaufschlagung der Steuerleitung 66 und damit der Anschlüsse F1 aller Schließvorrichtungen 10 mit dem Systemdruck p. Ein Druckabfall wird hierbei durch ein entsperrbares Rückschlagventil 21 leckölfrei verhindert.
Die Schließvorrichtungen 10 sind in der Schaltungsanordnung 55 so angeordnet, dass die Anschlüsse A der Schließvorrichtungen 10 höchstens mit Systemdruck p beaufschlagt werden.
7 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung 80 eines erfindungsgemäßen Schaltkreises zur Zu- und leckölfreien Abschaltung von Fluiden beispielsweise angeordnet in Steuerblöcken und Zwischenplatten. Die Ansteuerung der Schließvorrichtung 10 erfolgt in diesem Schaltungsbeispiel über ein 4/2-Wegeventil 81. Das 4/2-Wegeventil 81 ist am Systemdruck p angeschlossen. In der Arbeitsstellung beaufschlagt das 4/2-Wegeventil 81 den Anschluss F2 des Schließvorrichtung und verschiebt den Schließkolben gemäß 3 Schnittbild so dass die Verbindung zwischen dem A- und B-Anschluss geöffnet ist. In Ruhestellung wird der Anschluss F1 mit Systemdruck beaufschlagt und der Schließkolben sperrt die Verbindung zwischen dem A- und B-Anschluss leckölfrei ab.
8 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung 90 eines erfindungsgemäßen Schaltkreises zur Zu- und leckölfreien Abschaltung von Fluiden beispielsweise angeordnet in Steuerblöcken und Zwischenplatten. Hierbei erfolgt die Ansteuerung mit einem anderen Medium wie im Hauptkreis. Hierbei muss das Steuerventil 91 nicht unmittelbar bei/an der Schließvorrichtung 10 angebaut sein, sondern kann aus beispielsweise Ex-Schutzgründen oder Gründen der zentraler Ansteuerung über pneumatische Ventilinseln, über eine größere Distanz angesteuert sein.
Die Ansteuerung der Schließvorrichtung 10 erfolgt in diesem Schaltungsbeispiel über ein 5/2-Pneumatikwegeventil 91, welches am Druckluftnetz angeschlossen ist. Das Hauptmedium ist in diesem Beispiel Emulsion.
Die Beschaltung erfolgt analog zu 7 jedoch mit einem anderen Medium. Hierbei muss zum sicheren Betätigen der Schließvorrichtung, die Druckniveaus des Haupt- und Steuermediums berücksichtigt werden.
Die Ausführungsbeispiele zeigen verschiedene Möglichkeiten zur Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung, die folglich in vielerlei Bau- und Nenngrößen sowie in verschiedensten Bauformen (Zwischenplatten, Anschlussplatten oder als Bestandteil kompletter Steuerblöcke) verwirklicht werden kann. Zudem kann die Erfindung neben der Ölhydraulik auch für einen Einsatz anderer Fluide wie beispielsweise der Wasserhydraulik, Emulsion oder auch für pneumatische Systeme Verwendung finden.

Claims

Fluidisches System mit einem fluidischen Kreislauf, der einen Sperrkreis mit wenigstens einer Schließvorrichtung aufweist, wobei der fluidische Kreislauf an wenigstens ein Arbeitsglied als Verbraucher wie beispielsweise einen Zylinder oder dergleichen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließvorrichtung (10) einen frei innerhalb eines Zylinders hin- und her bewegbaren Schließkolben (11) umfasst, zum Schließen und Öffnen einer Fluidverbindung im Sperrkreis aufgrund eines von einem Steuerventil (20) dem Schließkolben zugeführten Steuermediums und dass der Schließkolben (11) stirnendig unterschiedlich große Arbeitsdruck- und Steuerdruckflächen (15, 14) aufweist.
Fluidisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließvorrichtung einen in einer Zylinderbohrung geführten Schließkolben (11) aufweist, der an einem Ende wenigstens eine Arbeitsdruckfläche (15) und am anderen Ende wenigstens eine Steuerdruckfläche (14) aufweist, dass die Arbeitsdruckfläche (15) kleiner ist als die Steuerdruckfläche (14), dass die Arbeitsdruckfläche in Schließstellung an einer umlaufenden Ringfläche als Ventilsitz dichtend anliegt und dass der Zylinder beidseits der Ringkante Fluidanschlüsse (A, B) und an seinem anderen Ende zur Beaufschlagung der Steuerdruckfläche einen Anschluss (F) für ein Steuermedium aufweist.
Fluidisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) der Schließvorrichtung gestuft ausgeführt ist, so dass die beiden Kolbenseiten unterschiedliche Kolbenflächen aufweisen.
Fluidisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) arbeitsdruckseitig eine am freien Ende befindliche erste Stufe mit einer Dichtfläche zur Anlage an dem Ventilsitz des Zylindergehäuses und an die erste Stufe anschließend, eine im Durchmesser größere, zweite, in einem ersten Zylinderabschnitt geführte Stufe aufweist, an die eine dritte, im Durchmesser gegenüber der zweiten Stufe größere und in einem zweiten Zylinderabschnitt geführte, außenseitig die Steuerdruckfläche aufweisende Stufe anschließt.
Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) arbeitsdruckseitig am freien Ende der ersten Stufe einen Konus als Dichtfläche aufweist und dass der Ventilsitz des Zylindergehäuses durch eine umlaufende Ringkante gebildet ist.
Fluidisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein fluidisches Gewichtausgleichssystem für insbesondere vertikal bewegte Maschinen- und Anlagenkomponenten ist.
Fluidisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidische Gewichtausgleichssystem wenigstens einen die Ausgleichskraft erzeugenden Ausgleichszylinder (1, 2), der mit einem Fluidspeicher (7) in Fluidverbindung steht, aufweist, wobei durch die Fluidverbindung ein Fluid in Abhängigkeit von der Verfahrbewegung der betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponente pendelnd zwischen dem Ausgleichszylinder (1, 2) und dem Fluidspeicher (7) hin und her bewegt wird, wobei die Fluidverbindung zur Absturzsicherung der betreffenden Maschinen- bzw. Anlagenkomponente unter brechbar ist und wobei wenigstens eine Schließvorrichtung mit einem Schließkolben (11) zur Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen Ausgleichszylinder (1, 2) und Fluidspeicher (7) vorgesehen ist, der einen Öffnungsquerschnitt verschließt bzw. freigibt.
Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt der Schließvorrichtung so dimensioniert ist, dass in dem hindurch tretenden Fluidvolumenstrom ein Druckverlust Δp auftritt, der vorzugsweise klein ab 10% besonders bevorzugt kleiner als 7% gut besonders bevorzugt kleiner als 5% beträgt.
Fluidisches System Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) der Schließvorrichtung über ein separates Schaltventil (24) betätigt ist.
Fluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichszylinder (1, 2) über ein Druckbegrenzungsventil (26) mit dem Fluidspeicher (7) verbunden ist, wodurch im Überdruckfall Fluid vom Ausgleichszylinder (1, 2) in den Fluidspeicher (7) zurückströmen kann.
Fluidisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichszylinder (1, 2) über ein Rückschlagventil (27) mit dem Fluidspeicher (7) verbunden ist, wodurch im Unterdruckfall der Ausgleichszylinder (1, 2) Fluid aus dem Fluidspeicher (7) nachsaugen kann.
Fluidisches System gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, redundant wirkende Schließkolben (11) zur Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen Ausgleichszylinder (1, 2) und Fluidspeicher (7) umfasst sind, die je einen Öffnungsquerschnitt verschließen bzw. freigeben.
Fluidisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schließkolben (11) mit Schaltstellungs-Überwachungsmitteln kombiniert ist.
Fluidisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Schließzeit wenigstens eines Schließkolbens (11) nicht mehr als 75 ms, insbesondere nicht mehr als 50 ms beträgt.
Fluidisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtskompensation für die betreffenden Maschinen- und Anlagenkomponenten im Bereich von 85% bis 95% liegt, vorzugsweise 90% beträgt.
Fluidisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Hydrauliköl ist.
Fluidisches System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Druckluft oder Stickstoff ist.
Schaltungsanordnung umfassend wenigstens einen Fluidzylinder (1, 2) der mit einem Fluidspeicher (7) in Fluidverbindung steht, insbesondere für den Einsatz in einem fluidischen Gewichtsausgleichssystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schließkolben (11) einer Schließvorrichtung zur Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen Fluidzylinder (1, 2) und Fluidspeicher (7) umfasst ist, der einen Öffnungsquerschnitt verschließt bzw. freigibt.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt so dimensioniert ist, dass in dem hindurch tretenden Fluidvolumenstrom praktisch kein Druckverlust Δp auftritt.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) gestuft ausgeführt ist, so dass die beiden Kolbenseiten unterschiedliche Kolbenflächen aufweisen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) über ein separates Schaltventil (24) betätigt ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidzylinder (1, 2) über ein Druckbegrenzungsventil (26) mit dem Fluidspeicher (7) verbunden ist, wodurch im Überdruckfall Fluid vom Fluidzylinder (1, 2) in den Fluidspeicher (7) zurückströmen kann.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidzylinder (1, 2) über ein Rückschlagventil (27) mit dem Fluidspeicher (7) verbunden ist, wodurch im Unterdruckfall der Fluidzylinder (1, 2) Fluid aus dem Fluidspeicher (7) nachsaugen kann.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, redundant wirkende Schließkolben (11) zur Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen Ausgleichszylinder (1, 2) und Fluidspeicher (7) umfasst sind, die je einen Öffnungsquerschnitt verschließen bzw. freigeben.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schließkolben (11) einer Schließvorrichtung mit Schaltstellungs-Überwachungsmitteln kombiniert ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Schließzeit wenigstens eines Schließkolbens (11) nicht mehr als 75 ms, insbesondere nicht mehr als 50 ms beträgt.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Hydrauliköl ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Druckluft oder Stickstoff ist.
Verfahren zum Betrieb eines fluidischen Gewichtsausgleichssystems mit einem Fluidvolumenstrom zwischen wenigstens einem die Ausgleichskraft erzeugenden Ausgleichzylinder (1, 2) und einem Fluidspeicher (7), insbesondere zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidvolumenstrom mittels eines Schließkolbens (11) einer Schließvorrichtung unterbrechbar ist.
Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) einen Öffnungsquerschnitt verschließt bzw. freigibt, der so dimensioniert ist, dass in dem hindurch tretenden Fluidvolumenstrom praktisch kein Druckverlust Δp auftritt.
Verfahren gemäß Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) durch einen Differenzdruck bewegt wird, wozu der Schließkolben gestuft ausgeführt ist, so dass die beiden Kolbenseiten unterschiedliche Kolbenflächen aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 29, 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des Schließkolbens (11) über ein separates Schaltventil (24) druckbeaufschlagbar ist, um den Schließkolben (11) infolge eines sich einstellenden Differenzdruckes in die verschließende Position zu bewegen und in dieser zu halten.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Überdrücken Fluid vom Ausgleichszylinder (1, 2) über ein Druckbegrenzungsventil (26) in den Fluidspeicher (7) zurückströmen kann.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Unterdrücken der Ausgleichszylinder (1, 2) über ein Rückschlagventil (27) Fluid vom Fluidspeicher (7) nachsaugen kann.
Verfahren gemäß Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einstellwert für das Druckbegrenzungsventil (26) aus dem maximal zulässigem Druck im Ausgleichszylinder (1, 2) abzüglich des Drucks im Fluidspeicher (7) ergibt.
Verfahren zum fluidischen Gewichtsausgleich gemäß einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung des Fluidvolumenstroms mittels mehrerer, redundant wirkender Schließkolben (11) erfolgt, die je einen Öffnungsquerschnitt freigeben bzw. verschließen.
Verfahren zum fluidischen Gewichtsausgleich gemäß einem der Ansprüche 29 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11), bzw. die Schließkolben schaltstellungsüberwacht sind.
Verfahren zum fluidischen Gewichtsausgleich gemäß einem der Ansprüche 29 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Schließzeit wenigstens eines Schließkolbens (11) nicht mehr als 75 ms, insbesondere nicht mehr als 50 ms beträgt.
Verfahren zum fluidischen Gewichtsausgleich gemäß einem der Ansprüche 29 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Hydrauliköl ist.
Verfahren zum fluidischen Gewichtsausgleich gemäß einem der Ansprüche 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Druckluft oder Stickstoff ist.
Fluidisches System nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gleichgangzylinder als Arbeitsglied aufweist.
Fluidisches System nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Differentialzylinder als Arbeitsglied aufweist.
Fluidisches System nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Spann- und Klemmvorrichtung als Arbeitsglied aufweist.
Fluidisches System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Absperrung zum Zu- und Abschalten von verschiedenen Medien in Fluidkreisläufen vorgesehen ist und zum Abstoppen und/oder Halten von hydraulisch bewegten Maschinen- und Anlagenkomponenten, welche die Fluidverbindung zwischen den bewegten Maschinen- und Anlagenkomponenten und ihren Steuerelementen mittels wenigstens einer Schließvorrichtung unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließvorrichtung einen Schließkolben (11) zum Absperren der Fluidverbindung aufweist und dass die Steuerdruckfläche (14) des Schließkolbens (11) mit einem Druck beaufschlagt wird, der mindestens so groß ist, wie der an der Arbeitsdruckfläche (15) anliegende Druck.
Fluidisches System nach Anspruch 44, wobei eine Absperrung zum Zu- und Abschalten von verschiedenen Medien in Fluidkreisläufen vorgesehen ist und zum Abstoppen und Halten von hydraulisch bewegten Maschinen- und Anlagenkomponenten, welche die Fluidverbindung zwischen den bewegten Maschinen- und Anlagenkomponenten und ihren Steuerelementen mittels einer Schließvorrichtung unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schließvorrichtung (10) einen Schließkolben (11) umfasst, der die Fluidverbindung aufgrund des Steueröldrucks von einem abgeschalteten Steuerventil (20) schließt und geschlossen hält.
Fluidisches System gemäß Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, dass zum Absperren der Fluidverbindung die Steuerdruckfläche (14) des Schließkolbens (11) mit einem Druck beaufschlagt wird, der mindestens so groß ist, wie der an der Arbeitsdruckfläche (15) anliegende Druck.
Fluidisches System gemäß einem der Ansprüche 44 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) in Sperrstellung durch den Steueröldruck mit einem sich verjüngenden Ende gegen eine Dichtkante (12) gedrückt wird, wobei die von der Dichtkante (12) umfasste Fläche so gewählt ist, dass die beiden wirksamen Kolbenflächen (14, 15) eine unterschiedliche Größe aufweisen.
Fluidisches System gemäß einem der Ansprüche 44 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die so angeordnet sind, dass sie bei Anliegen eines Drucks an der Arbeitsdruckfläche (15) des Schließkolbens (11), der höher als der Systemdruck p ist, eine Fluidverbindung zur Steuerdruckfläche (14) des Schließkolbens (11) herstellen.
Fluidisches System gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, welche geeignet sind, einen durch eine Absperrung entstehenden Über- oder Unterdruck im Fluidsystem auszugleichen.
Fluidisches System gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt der Schließvorrichtung (10) so dimensioniert ist, dass in dem hindurch strömenden Fluidvolumenstrom ein Druckverlust Δp auftritt, der vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% und besonders bevorzugt weniger als 1% beträgt.
Fluidisches System gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Schließzeit wenigstens einer Schließvorrichtung (10) nicht mehr als 75 ms, insbesondere nicht mehr als 50 ms beträgt.
Fluidisches System gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, redundant wirkende Schließvorrichtungen (10) zur Absperrung der Fluidverbindung des mindestens einem Arbeitselements (31, 41, 62, 72) vorgesehen sind, welche mindestens eine Arbeitsleitung (33, 43, 64, 75) verschließen oder freigeben.
Fluidisches System gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schließvorrichtung (10) mit Schaltstellungs-Überwachungseinrichtungen kombiniert ist.
Schaltungsanordnung für einen Sperrkreis umfassend mindestens ein Arbeitselement (31, 41, 62, 72) und mindestens eine Schließvorrichtung (10) in der mindestens einen Arbeitsleitung (33, 43, 64, 75) des Arbeitselements insbesondere für den Einsatz in einer Absperrung gemäß mindestens einem der Ansprüche 44 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schließvorrichtung (10) einen Schließkolben (11) umfasst, der die Fluidverbindung aufgrund des Steuermediumdrucks von einem geschalteten oder abgeschalteten Steuerventil (20) schließt und geschlossen hält.
Schaltungsanordnung für einen Sperrkreis gemäß Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass beim Absperren der Fluidverbindung die Steuerdruckfläche (14) des Schließkolbens (11) mit einem Druck beaufschlagt wird, der mindestens so groß ist, wie der an der Arbeitsdruckfläche (15) anliegende Druck.
Schaltungsanordnung für einen Sperrkreis gemäß Anspruch 54 oder 55, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) in Sperrstellung durch den Steuermediumdruck mit dem sich verjüngenden Ende an einer Dichtkante (12) absperrt, wobei die beiden wirksamen Kolbenflächen (14, 15) eine unterschiedliche Größe aufweisen.
Schaltungsanordnung für einen Sperrkreis gemäß einem der Ansprüche 54 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die so angeordnet sind, dass sie bei Anliegen eines Drucks an der Arbeitsdruckfläche (15) des Schließkolbens (11), der höher als der Systemdruck p ist, eine Fluidverbindung zur Steuerdruckfläche (14) des Schließkolbens (11) herstellen.
Schaltungsanordnung für einen Sperrkreis gemäß einem der Ansprüche 54 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, welche geeignet sind, einen durch die Absperrung entstehenden Über- oder Unterdruck im Fluidsystem auszugleichen.
Schaltungsanordnung für einen Sperrkreis gemäß einem der Ansprüche 54 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass in dem durch die Schließvorrichtung (10) tretenden Fluidvolumenstrom ein Druckverlust Δp auftritt, der vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% und besonders bevorzugt weniger als 1% beträgt.
Schaltungsanordnung für einen Sperrkreis gemäß einem der Ansprüche 54 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Schließzeit wenigstens einer Schließvorrichtung (10) nicht mehr als 75 ms, insbesondere nicht mehr als 50 ms beträgt.
Schaltungsanordnung für einen Sperrkreis gemäß einem der Ansprüche 54 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, redundant wirkende Schließvorrichtungen (10) zur Absperrung der Fluidverbindung des mindestens einem Arbeitselements (31, 41, 62, 72) vorgesehen sind, welche die mindestens eine Arbeitsleitung (33, 43, 64, 75) verschließen oder freigeben.
Schaltungsanordnung für einen Sperrkreis gemäß einem der Ansprüche 54 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schließvorrichtung (10) mit Schaltstellungs-Überwachungseinrichtungen kombiniert ist.
Verfahren zum Betrieb eines Sperrkreises, insbesondere für den Einsatz einer Absperrung zum Abstoppen und Halten wenigstens einer bewegten Maschinen- und Anlagenkomponente, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindung zwischen dem mindestens einen, der Maschinen- und Anlagenkomponente zugeordneten Arbeitselement (31, 41, 62, 72) und dem, dem Arbeitselement zugeordneten mindestens einem Steuerelement mittels einer Schließvorrichtung (10) geschlossen und geschlossen gehalten wird.
Verfahren zum Betrieb eines Sperrkreises gemäß Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass zum Absperren der Fluidverbindung die Steuerdruckfläche (14) des Schließkolbens (11) mit einem Druck beaufschlagt wird, der mindes tens so groß ist, wie der an der Arbeitsdruckfläche (15) anliegende Druck.
Verfahren zum Betrieb eines Sperrkreises gemäß einem der Ansprüche 63 oder 64, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (11) in Sperrstellung durch den Steuermediumdruck an einer Dichtkante (12) absperrt, wobei die beiden wirksamen Kolbenflächen (14, 15) eine unterschiedliche Größe aufweisen.
Verfahren zum Betrieb eines Sperrkreises gemäß einem der Ansprüche 63 bis 65, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die so angeordnet sind, dass sie bei Anliegen eines Drucks an der Arbeitsdruckfläche (15) des Schließkolbens (11), der höher als der Systemdruck p ist, eine Fluidverbindung zur Steuerdruckfläche (14) des Schließkolbens (11) herstellen.
Verfahren zum Betrieb eines Sperrkreises gemäß einem der Ansprüche 63 bis 66, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, welche einen durch die Absperrung entstehenden Über- oder Unterdruck im Fluidsystem ausgleichen.
Verfahren zum Betrieb eines Sperrkreises gemäß einem der Ansprüche 63 bis 67, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt der Schließvorrichtung (10) so dimensioniert ist, dass in dem hindurch tretenden Fluidvolumenstrom ein Druckverlust Δp auftritt, der vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% und besonders bevorzugt weniger als 1% beträgt.
Verfahren zum Betrieb eines Sperrkreises gemäß mindestens einem der Ansprüche 63 bis 68, dadurch gekennzeich net, dass die maximale Schließzeit wenigstens einer Schließvorrichtung (10) nicht mehr als 75 ms, insbesondere nicht mehr als 50 ms beträgt.
Verfahren zum Betrieb eines Sperrkreises gemäß mindestens einem der Ansprüche 63 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, redundant wirkende Schließvorrichtungen (10) zur Absperrung der Fluidverbindung des mindestens einem Arbeitselements (31, 41, 62, 72) vorgesehen sind, um mindestens eine Arbeitsleitung (33, 43, 64, 75) zu verschließen oder freizugeben.
Verfahren zum Betrieb eines Sperrkreises gemäß mindestens einem der Ansprüche 63 bis 70, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schließvorrichtung (10) mit Schaltstellungs-Überwachungseinrichtungen kombiniert ist.