DE19613848A1 - Sicherheitsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung zum Ansteuern eines hydrau­ lischen Antriebes mit einem in mindestens zwei voneinander verschiedenen Verfahrrichtungen bewegbaren Antriebsteil, das zum beliebigen Verfahren von einem Regelschaltkreis ansteuerbar ist.

Dahingehende hydraulische Antriebe können beispielsweise aus einem hydrau­ lischen Differential- oder Gleichgangzylinder gebildet sein, deren Arbeitskolben als Antriebsteile Zustellbewegungen ausführen, um beispielsweise ein Dampf­ stellventil anzusteuern oder dieses selbst auszubilden. Die Fluid- oder Ölversor­ gung erfolgt dabei in der Regel über Druckspeicher, wobei je nach Anforde­ rung auch separat angeordnete Sicherheits-Druckspeicher eingesetzt werden. Im normalen Regelbetrieb kann das Dampfventil in jede beliebige Ventilstellung gebracht werden.

Das Dampfstellventil kann ausgebildet sein als Absperr- und Regelventil mit Schnellöffnungs- oder Schnellschließungspriorität sowie als sog. Sicherheits­ ventil mit Schnellöffnungspriorität. Die angesprochenen Prioritäten spielen insbesondere dann eine Rolle, wenn das Dampfstellventil in sicherheitsrelevan­ ten Bereichen zum Einsatz kommt, wie beispielsweise der Kraftwerkstechnolo­ gie, wobei im Notbetrieb gewährleistet sein muß, daß das Dampfstellventil vorgebbare definierte Endstellungen schnellstmöglich einnimmt. Bei den be­ kannten Sicherheitsschaltungen werden die dahingehenden Sicherheitsfunktio­ nen häufig von Elektronikschaltungen überwacht und durchgeführt, die jedoch versagens- und störanfällig sind und mithin nicht mit absoluter Sicherheit den benötigten Schaltvorgang auslösen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltung zum Ansteuern eines hydraulischen Antrie­ bes zu schaffen, die die eingangs beschriebenen Nachteile nicht aufweist. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Sicherheitsschaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 mindestens ein Sicherheitsschaltkreis dem Regelschaltkreis hydraulisch derart überlagert ist, daß unter Ausschaltung desselben das Antriebsteil ausschließlich von dem jeweiligen Sicherheitsschaltkreis ansteuerbar ist, ist eine Sicherheitsschaltung verwirklicht, die selbst bei Stromausfall die geforderte Sicherheitsfunktion mit absoluter Sicherheit erfüllt. So wird die im Notbetrieb vorgesehene höchste Priorität, beispielsweise in Form des definierten Schließens oder Öffnens eines Dampfstellventils, mit Sicherheit erfüllt und der sonst übliche Regelvorgang über den Regelschaltkreis definiert abgeschaltet.

Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung braucht in ihrer Anwendung nicht auf Dampfstellventile, insbesondere im Kraftwerksbereich, beschränkt zu sein, sondern kann überall dort Anwendung finden, wo auf jeden Fall gewährleistet sein muß, daß eine hydraulische Schaltfunktion definiert sich einstellt, unab­ hängig vom übrigen Systemzustand des Hydraulikkreises und seiner Steuer­ elemente. Die jedenfalls bei der bekannten Elektrosteuerung beobachteten Fehlfunktionen aufgrund von Ausfällen oder Fehlschaltungen sind mit Sicher­ heit bei der hydraulischen Kopplung ausgeschlossen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Sicherheitsschaltung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung anhand eines Schaltplanes näher erläutert, wobei in Blickrichtung auf die Figur gesehen oben links eine Funktionstabelle wiedergegeben ist.

Die Sicherheitsschaltung dient dem Ansteuern eines hydraulischen Antriebes, der aus einem Stellzylinder 10 gebildet ist, mit einem doppelt wirkenden Kolben 12 als Antriebsteil, der beidseitig hin- und herbewegbar, insbesondere in Blickrichtung auf die Schaltung gesehen, nach oben und unten wechselweise verfahrbare Kolbenstangen 14 aufweist. Der Stellzylinder 10 kann als Dampf­ stellventil ausgebildet freie Rohröffnungsquerschnitte (nicht dargestellt) verän­ dern, diese vollständig freigeben oder verschließen, oder die angesprochenen Kolbenstangen 14 können wiederum auf weitere Stellventile (nicht dargestellt) einwirken. Die möglichen Verfahrrichtungen des Kolbens 12 sind in der Schal­ tung mit Pfeilen sowie versehen mit der Angabe "Einfahren" und "Ausfahren" wiedergegeben. An die Stelle des Stellzylinders 10 kann auch ein anderer hydraulischer Antrieb in Abhängigkeit von der jeweiligen Verwendung einge­ setzt werden, beispielsweise in der Art eines Hydromotors (nicht dargestellt).

Über seine Anschlußstellen A und B ist der Stellzylinder 10 über entsprechende fluidführende Verbindungsleitungen mit einer Hydropumpe P und dem Tank T verbindbar. Je nachdem, ob eine druckführende Verbindung zu der Pumpe P am Anschluß A oder am Anschluß B anliegt, bewegt sich der Kolben 12 mit seinen beiden Kolbenstangen 14 in Blickrichtung auf den Schaltplan gesehen nach unten bzw. nach oben. Für die Ansteuerung der dahingehenden Bewe­ gung ist der Stellzylinder 10 an einen als Ganzes mit 16 bezeichneten hydrau­ lischen Steuerblock angeschlossen, ebenso wie die Druckpumpe P und der Tankanschluß T. Insbesondere zur Tankseite hin können die entsprechenden Verbindungsleitungen mit einstellbaren Drosseln 18 versehen sein. Der besse­ ren Darstellung wegen sind nicht alle im Steuerblock 16 verlaufenden fluidfüh­ renden Verbindungsleitungen mit durchgehenden Linien gezeichnet. Vielmehr stellen auch die punktierten und unterbrochen liniert dargestellten Leitungen mögliche fluidführende Verbindungen dar.

Die eigentliche Regelungsfunktion des Stellzylinders 10, also die in Abhängig­ keit von dem Systemzustand im wesentlichen kontinuierlich erfolgenden Öffnungs- und Schließverfahrvorgänge für den Kolben 12, erfolgt über das 4/3- Wegeventil MV3 mit den Magneten Y3 und Y4. Bei der vorliegenden Ausfüh­ rungsform erfolgt die an gesprochene Regelung durch einen 3-Punkt-Schrittreg­ ler, kann jedoch ebenso durch eine reine Impulssteuerung oder durch eine vollständig kontinuierliche Regelung erfolgen. Im Falle der vollständig kontinu­ ierlichen Regelung wird jedoch anstelle des gezeigten Schieberventiles ein Proportional- oder Servoventil eingesetzt. Das 4/3-Wegeventil MV3 ist dabei ausgangsseitig mit seinen beiden Anschlüssen A,B jeweils an ein erstes Schalt­ ventil in Form der Cartridgeventile LERA und LERB angeschlossen. Diese Cartridgeventile sowie die nachfolgend beschriebenen Schaltventile, sofern es sich um Cartridgeventile handelt, öffnen grundsätzlich dann, wenn an ihrem jeweiligen Steueranschluß X kein Fluiddruck ansteht, der Steueranschluß X also drucklos gemacht worden ist.

Die beiden Steueranschlüsse X der ersten Schaltventile LERA und LERB sind über das Wechselventil W3 an den fluidführenden Ausgang A eines ersten Sicherheitsschaltteiles des Sicherheitsschaltkreises in Form des 4/2-Wegeventils MV1 angeschlossen, das über den zugeordneten Magneten Y1 erregbar ist. Des weiteren führt eine Verbindungsleitung von dem Wechselventil W3 zu dem fluidführenden Ausgang B eines zweiten Sicherheitsschaltteiles in Form des 4/2- Wegeventiles MV2, das über den Magneten Y2 ansteuerbar ist. Die beiden Magnetventile MV1 und MV2 sind in ihrer entregten, also stromlosen Stellung im Schaltplan wiedergegeben. Sobald der Magnet Y1 das Magnetventil MV1 ansteuert, ist dieses erregt und nimmt seine in Blickrichtung auf den Schaltplan gesehen linke Schaltstellung ein. Damit wird die Zuleitung zum Wechselventil W3 auf den Tank T und mithin drucklos geschaltet und die beiden Steuer­ anschlüsse X der Cartridgeventile LERA und LERB werden ebenfalls drucklos, mit der Folge, daß die angesprochenen Cartridgeventile öffnen. In Abhängigkeit davon, ob der Magnet Y3 oder Y4 des Regelschaltteiles MV3 erregt wird, wird der Stellzylinder 10 eingefahren bzw. ausgefahren. Die dahingehende Ansteue­ rung ergibt sich aus der oberhalb des Schaltplans angeordneten Übersichtstabel­ le.

Als Sicherheitsfunktion soll ein definierter oder Schnellschließvorgang beim Stellzylinder 12 vorgesehen sein. Diese Funktion mit oberster Priorität erfolgt über die beiden zweiten Schaltventile LEPA und LETB. LETB verbindet dabei die Kammer B des Zylinders mit dem Tankanschluß T der Steuerung, wohinge­ gen LEPA die Kammer A mit dem druckführenden Anschluß P der Steuerung verbindet mit der Folge, daß der Kolben 12 vollständig ausfährt. Die dahinge­ hende Ansteuerung der Cartridgeventile erfolgt wiederum über das erste Sicher­ heitsschaltteil in Form des Magnetventiles MV1. Im dargestellten entregten Zustand sind die beiden Steueranschlüsse X der Cartridgeventile LEPA und LETB drucklos geschaltet, so daß die Ventile LEPA und LETB zum Ansteuern des Stellzylinders 10 öffnen können. Im Gegensatz hierzu sind die beiden Steueranschlüsse X der ersten Schaltventile LERA und LERB nunmehr über das Wechselventil W3 druckbeaufschlagt mit der Folge, daß die ersten Schaltventile LERA und LERB geschlossen bleiben und die Regelungsfunktion überbrückt ist.

Die dahingehende Schließsicherheitsfunktion ist wiederum in der Übersichts­ tabelle wiedergegeben, wobei der Magnet Y1 stromlos bleibt. Bei der dahinge­ henden Ansteuerung werden auch die weiteren Wechselventile W1 und W2 betätigt, die in die fluidführende Verbindung zwischen dem Wechselventil W3 und dem Magnetventil MV1 geschaltet sind mit der Folge, daß die beiden Steueranschlüsse X der noch näher zu erläuternden dritten Schaltventile in Form der Cartridgeventile LETA und LEPB ebenso geschlossen bleiben, da in ihnen der Pumpendruck ansteht. Die hydraulisch überlagerte Sicherheitsfunk­ tion stellt sich unabhängig vom sonstigen Schaltzustand des Steuerblockes 16 ein, also unabhängig davon, in welchem Erregungszustand sich die anderen Magnete Y2, Y3 und Y4 befinden.

Eine weitere, mit der Sicherheitsschaltung erreichbare Schaltfunktion "Schnell­ öffnen" erfolgt über die Ansteuerung des zweiten Sicherheitsschaltteiles in Form des Magnetventiles MV2. Die Freigabe dieser Funktion erfolgt durch Erregen des Magneten Y1 des Ventiles MV1. Durch Erregen von Magnet Y2 des Venti­ les MV2 werden die zugeordneten Steueranschlüsse X der Cartridgeventile LETA und LEPB entlastet und mithin drucklos gemacht. Das Ventil LETA kann dann die Kammer A des Zylinders mit dem Tankanschluß der Steuerung verbin­ den und Ventil LEPB verbindet die Kammer B des Stellzylinders 10 mit dem Anschluß P der Steuerung. Der am Anschluß B des Ventiles MV2 anstehende Pumpendruck bringt das Schließteil des Wechselventiles W3 in seine rechte Schließstellung und über den Fluiddruck in den Steueranschlüssen X sind die Cartridgeventile LERA und LERB geschlossen. Ebenso sind über den Ausgang B des Magnetventiles MV1 in seinem erregten Zustand die Steueranschlüsse X der Cartridgeventile LEPA und LETB unter Fluiddruck und die Ventile LEPA und LETB bleiben geschlossen.

Demgegenüber sind die Wechselventile W1 und W2 über den Anschluß A des Magnetventiles MV1 zum Tank T hin drucklos, so daß die drucklosen Steuer­ anschlüsse X der Cartridgeventile LETA und LEPB deren Öffnung veranlassen mit der Folge, daß der Anschluß B des Stellzylinders 10 an die Hydropumpe P angeschlossen ist und der Anschluß A an den Tank T. Dies führt zu einem Schnellöffnungs- oder Einfahrvorgang, wobei der Stellzylinder 10 seine im Schaltplan gezeigte Stellung erneut einnimmt. Ein Schnellöffnungsvorgang ist also mithin auslösbar, sobald die Magnete Y1, Y2 erregt sind und die zugeord­ neten Magnetventile MV1 bzw. MV2 in ihre in Blickrichtung auf den Schalt­ plan gesehen linke Schaltstellung bringen.

In Abhängigkeit von der Verschaltung kann als Sicherheitsfunktion im umge­ kehrten Sinne auch ein Öffnungsvorgang ausgelöst werden. Auch in einem dahingehenden Fall würde die übliche Regelung und Schließfunktion durch diese höchste Priorität bei sicherer Ausführung dann überlagert werden.

Claims (9)

1. Sicherheitsschaltung zum Ansteuern eines hydraulischen Antriebes (10) mit einem in mindestens zwei voneinander verschiedenen Verfahrrichtun­ gen bewegbaren Antriebsteil (12), das zum beliebigen Verfahren von einem Regelschaltkreis ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sicherheitsschaltkreis dem Regelschaltkreis hydraulisch derart überlagert ist, daß unter Ausschaltung desselben das Antriebsteil (12) ausschließlich von dem jeweiligen Sicherheitsschaltkreis ansteuerbar ist.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelschaltkreis ein Regelschaltteil (MV3) aufweist, dessen fluidführenden Ausgänge (A, B) jeweils an ein erstes Schaltventil (LERA, LERB) angeschlos­ sen sind, das eine druckführende Verbindung (P) zum Antriebsteil (12) herstellt oder absperrt und das von einem ersten Sicherheitsschaltteil (MV1) des Sicherheitsschaltkreises hierfür ansteuerbar ist.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion durch das Antriebsteil (12) das erste Sicherheitsschaltteil (MV1) das jeweils erste Schaltventil (LERA, LERB) zum Absperren der druckführenden Verbindung an steuert und über mindestens ein zweites Schaltventil (LEPA, LETB) die druckführende Verbindung (P) zum hydraulischen Antrieb (10) herstellt.

4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Sicherheitsschaltteil (MV2) des Sicherheitsschaltkreises vorhanden ist, das zusammen mit dem ersten Sicherheitsschaltteil (MV1) mindestens ein drittes Schaltventil (LETA, LEPB) ansteuert, das für eine zur ersten Sicherheitsfunktion gegenläufigen Bewegung des Antriebsteiles (12) die druckführende Verbindung (P) herstellt.

5. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der hydraulische Antrieb ein Stellzylinder (10) ist, dessen doppelt beaufschlagbarer Kolben (12) das Antriebsteil bildet und daß das Regelschaltteil (MV3) ein 4/3-Wegeventil ist oder eine Impulssteuerung beinhaltet.

6. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sicherheitsschaltteil (MV1, MV2) ein 4/2-Wegeventil ist, die im erregten oder im stromlosen Zustand dieselbe Schaltstellung einnehmen.

7. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Schaltventil (LERA, LERB, LEPA, LETB, LETA, LEPB) aus einem Cartridge-Ventil gebildet ist, dessen jeweiliger Steueranschluß (X) mit mindestens einem Ausgang (A, B) mindestens einer der Sicherheits­ schaltteile (MV1, MV2) zusammenwirkt.

8. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem jeweiligen Ausgang (A, B) des jeweiligen Sicherheitsschalt­ teiles (MV1, MV2) und dem zugeordneten Cartridge-Ventil zumindest teilweise Wechselventile (W1, W2, W3) eingesetzt sind.

9. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für einen Schnellschließvorgang das erste Sicherheits­ schaltteil (MV1) stromlos ist, daß für einen Schnellöffnungsvorgang das erste (MV1) und zweite (MV2) Sicherheitsschaltteil erregt sind und daß für ein geregeltes Öffnen und Schließen mit dem Antriebsteil (12) das erste Sicherheitsschaltteil (MV1) mit dem Regelschaltteil (MV3) in jeder Verfahr­ stellung zusammenwirkt.