DE19613848C2 - Sicherheitsschaltung zum Ansteuern eines hydraulischen Antriebes - Google Patents
Sicherheitsschaltung zum Ansteuern eines hydraulischen AntriebesInfo
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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, wie sie beispielsweise für eine hydraulische
Presse durch die DE 36 31 104 A1 offenbart sind, werden die dahingehenden
Sicherheitsfunktionen häufig von Elektronikschaltungen überwacht und durch
geführt, die jedoch versagens- und störanfällig sind und mithin nicht mit abso
luter 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 unanfällig gegen Störungen ist. Diese Aufgabe wird durch
eine Sicherheitsschaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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
10, der aus einem Stellzylinder gebildet ist, mit einem doppelt wirkenden
Kolben als Antriebsteil 12, der beidseitig hin- und herbewegbar, insbesondere
in Blickrichtung auf die Schaltung gesehen, nach oben und unten wechselweise
verfahrbare Kolbenstangen 14 aufweist. Der hydraulische Antrieb (Stellzylinder)
10 kann als Dampfstellventil ausgebildet freie Rohröffnungsquerschnitte (nicht
dargestellt) verändern, diese vollständig freigeben oder verschließen, oder die
angesprochenen Kolbenstangen 14 können wiederum auf weitere Stellventile
(nicht dargestellt) einwirken. Die möglichen Verfahrrichtungen des Antriebs
teiles (Kolbens) 12 sind in der Schaltung mit Pfeilen sowie versehen mit der
Angabe "Einfahren" und "Ausfahren" wiedergegeben. An die Stelle des Stell
zylinders 10 kann auch ein anderer hydraulischer Antrieb in Abhängigkeit von
der jeweiligen Verwendung eingesetzt 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 Hy
dropumpe P′ am Anschluß A oder am Anschluß B anliegt, bewegt sich der
Kolben 12 mit seinen beiden Kolbenstangen 14 in Blickrichtung auf den Schalt
plan gesehen nach unten bzw. nach oben. Für die Ansteuerung der dahinge
henden Bewegung ist der Stellzylinder 10 an einen als Ganzes mit 16 bezeich
neten hydraulischen Steuerblock angeschlossen, ebenso wie die Hydropumpe
P′ und der Tank 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 Schließverfahrenvorgänge für den Kolben 12, erfolgt über das 4/3-
Wegeventil (Regelschaltteil) MV3 mit den Magneten Y3 und Y4. Bei der vorlie
genden Ausführungsform erfolgt die angesprochene Regelung durch einen
3-Punkt-Schrittregler, kann jedoch ebenso durch eine reine Impulssteuerung oder
durch eine vollständig kontinuierliche Regelung erfolgen. Im Falle der vollstän
dig kontinuierlichen Regelung wird jedoch anstelle des gezeigten Schieberven
tiles ein Proportional- oder Servoventil eingesetzt. Das 4/3-Wegeventil MV3 ist
dabei ausgangsseitig mit seinen beiden Anschlüssen A, B jeweils an ein erstes
Schaltventil (Cartridgeventil) LERA und LERB angeschlossen. Diese Cartridge
ventile 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 (Magnetventil) MV1 des Sicherheitsschaltkreises in Form
eines 4/2-Wegeventils angeschlossen, das über den zugeordneten Magneten Y1
erregbar ist. Des weiteren führt eine Verbindungsleitung von dem Wechselven
til W3 zu dem fluidführenden Ausgang B eines zweiten Sicherheitsschaltteiles
(Magnetventil) MV2 in Form eines 4/2-Wegeventiles, 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 Steueranschlüsse 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 Ansteuerung ergibt sich aus der oberhalb des
Schaltplans angeordneten Übersichtstabelle.
Als Sicherheitsfunktion soll ein definierter oder Schnellschließvorgang beim
Stellzylinder 10 vorgesehen sein. Diese Funktion mit oberster Priorität erfolgt
über die beiden zweiten Schaltventile (Cartridgeventile) LEPA und LETB. LETB
verbindet dabei die Kammer B des Zylinders mit dem Tankanschluß T der
Steuerung, wohingegen LEPA die Kammer A mit dem druckführenden Anschluß
P der Steuerung verbindet mit der Folge, daß der Kolben 12 vollständig aus
fährt. Die dahingehende Ansteuerung der Cartridgeventile erfolgt wiederum
über das erste Sicherheitsschaltteil MV1. im dargestellten entregten Zustand
sind die beiden Steueranschlüsse X der Cartridgeventile LEPA und LETB druck
los geschaltet, so daß die Cartridgeventile LEPA und LETB zum Ansteuern des
Stellzylinders 10 öffnen können. Im Gegensatz hierzu sind die beiden Steuer
anschlüsse 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 (Car
tridgeventile) LETA und LEPB ebenso geschlossen bleiben, da in ihnen der
Pumpendruck ansteht. Die hydraulisch überlagerte Sicherheitsfunktion 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 MV2.
Die Freigabe dieser Funktion erfolgt durch Erregen des Magneten Y1 des
Magnetventiles MV1. Durch Erregen von Magnet Y2 des Magnetventiles MV2
werden die zugeordneten Steueranschlüsse X der Cartridgeventile LETA und
LEPB entlastet und mithin drucklos gemacht. Das Cartridgeventil LETA kann
dann die Kammer A des Zylinders mit dem Tankanschluß der Steuerung verbin
den und Cartridgeventil LEPB verbindet die Kammer B des Stellzylinders 10 mit
dem Anschluß P der Steuerung. Der am Anschluß B des Magnetventiles 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 Steu
eranschlüsse X der Cartridgeventile LEPA und LETB unter Fluiddruck und die
Cartridgeventile 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 (MV1, LEPA, LETB; MV2, LETA,
LEPB) dem Regelschaltkreis (MV3, LERA, LERB) hydraulisch derart überla
gert ist, daß unter Ausschaltung desselben das Antriebsteil (12) ausschließ
lich 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 zum Antriebsteil (12) her
stellt 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 ansteuert 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 gegen läufigen Bewegung des Antriebsteiles (12) die
druckführende Verbindung herstellt.
5. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der hydraulische Antrieb (10) ein Stellzylinder ist, dessen
doppelt beaufschlagbarer Kolben das Antriebsteil (12) 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 Sicherheitsschaltteil (MV1) und zweite Sicherheitsschaltteil (MV2) er
regt sind und daß für ein geregeltes Öffnen und Schließen mit dem An
triebsteil (12) das erste Sicherheitsschaltteil (MV1) mit dem Regelschaltteil
(MV3) in jeder Verfahrstellung zusammenwirkt.
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