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Sicherheitsschaltung Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung
mit einem hydraulischen oder pneumatischen Arbeitszylinder mit einem doppeltwirkenden
Kolben, welcher beim Abfall des Mediumdruckes im Arbeitszylinder unter dem Einfluss
einer Energiequelle in eine Sicherheitsstellung läuft, wobei die beiden durch den
Kolben getrennten Zylinderräume durch ein Absperrorgan miteinander verbunden sind,
welches unter dem Einfluss eines Sicherheitssignals steht.
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Eine solche Sicherheitsschaltung ist von der Anmelderin mit der Patentanmeldung
Gesuch Nr. 000 162/69 vorgeschlagen worden für ein an eine Frischdampfleitung-angeordnetes
Ueberströmventil. Um die Verluste des hydraulischen Mediums klein zu halten, muss
das Absperrorgan mit kleinen Spielen ausgeführt sein. Die Praxis zeigt jedoch, dass
ein solches Absperrorgan, wenn es lange Zeit nicht betätigt wurde, beispielsweise
infolge Verlackung des hydraulischen Mediums, derart verharzen kann, dass ein erheblicher
Kraftaufwand nötig ist, um es zu betätigen. Der Elektromagnet, welcher diese Kraft
aufbringen muss um das Absperrorgan zu steuern, vermag dann das sichere Funktionieren
der Sicherheitsschaltung nicht zu gewährleisten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine- Sicherheitsschaltung zu schaffen,
in welcher das Absperrorgan mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit betätigt
wird, sobald das Sicherheitssignal auftritt. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe
dadurch gelöst, dass in dem Weg des Sicherheitssignals ein Kraftverstärker angeordnet
ist, welcher über eine selbsttätige Auswahlschaltung mit der Druckmediumquelle und
mit der Seite des Arbeitszylinders, welche der Sicherheitsstellung des Kolbens entspricht,
verbunden ist. Der Vorteil besteht darin, dass der Kraftverstärker die Betätigung
des Absperrorgans auch dann gewährleistet wenn dies nach langer Ruhezeit verharzt
wäre. Sollte im Augenblick des Auftretens eines Sicherheitssignals der Mediumdruck
abfallen oder unterhalb eines bestimmten Wertes sinken und der Kolben trotzdem dadurch
nicht in die Sicherheitsstellung fahren, so tritt die Auswahlschaltung in Wirkung
und beawistelligtX dass der Kolben doch in die Sicherheitsstellung gelangt. Die
Ausyahlschaltung besteht vorteilhaft aus zwei Rückschlagventilen mit entgegengesetzter
Ventilwirkung. Der Kolben kann z.B. mit der Ventilstange eines Ventiles, z.B. eines
Ueberströmventiles einer Dampferzeugungsanlage, verbunden sein. Die Energlequelle
welche die Sicherheitsbewegung des Kolbens bewirkt, kann durch den Druck des auf
den mit der Ventilstange verbundenen Ventilkörper wirkenden Strötnungsmittels dargestellt
sein. Die Energiequelle kann auch eine im Arbeitszylinder angeordnete Feder sein.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird anhand der
Zeichnung erläutert.
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Ein Stellmotor 1, gebildet durch einen hydraulischen (oder pneumatischen)
Arbeitszylinder 2 mit einem doppeltwirkenden Kolben 3 steuert über seineKolbenstange
4 einen Ventilkörper 5 eines Ventils 6. Das Ventil beherrscht den Uebertritt von
einem Strömungsmedium aus dem Stutzen 6a in den Stutzen 6b. Der Arbeitszylinder
ist versehen mit einem Energiespeicher in der Form einer Feder 10, welche so auf
den Kolben 3 wirkt, dass das Ventil 6 beim Abfall oder beim Sinken unterhalb eines
bestimmten Wertes des Druckes des Steueröls im Zylinderraum 2a des Arbeitszylinders
öffnet und offengehalten wird und zwar unabhängig von auf dem Ventilkörper 5 statisch
oder dynamisch einwirkenden Kräften des vom Ventil 6 beherrschten Strömungsmediums.
Statt durch eine Feder, kann die Energiequelle auch dargestellt sein durch den Druck
des auf den mit der Ventilstange verbundenen Ventilkörper wirkenden Strömungsmittels.
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Der Stellmotor lird im Normalbetrieb der zu sichernden Anlage über
Leitungen 11 und 12 von einem Steuerschieber 13 gesteuert. Ein Steuerkolben 15 des
Steuerschiebers ist auf einer Feder 16 abgestützt. An dem Steuerschieber ist eine
Signalleitung 18 angeschlossen, über welche den Steuerschieber Steuersignale erreichen.
Weiterhin weist der Steuerschieber eine Bohrung 19 auf, welche über eine Druckölleitung
20 mit
einer Druckölpumpe 21 verbunden ist. Die Bohrungen 22 und
23 des Steuerschiebers sind über eine Abflussleitung 24 für Steueröl mit einem Oelsumpf
25 verbunden. Der Steuerkolben verbindet in geeigneter Stellung über die Leitung
11 den Zylinderraum 2a mit der Druckölleitung 20 und den Zylinderraum 2b mit der
Abflussleitung 24, so dass der Kolben in Richtung des Zylinderraumes 2b bewegt wird0
An den Zylinderräumen 2a und 2b beidseitig des Kolbens 3 des Stellmotors 1 ist eine
Leitung 30 bzw, 31 angeschlossen> zwischen denen zwei Rückschlagventile 32 und
33 angeordnet sind. Während der Ventilkörper 32a des Rückschlagventils 32 durch
eine Feder 32b belastet ist, ist der Ventilkörper 33a des Rückschlagventils 33 mit
einem Kolben 34 verbunden, welcher sich in einem Gehäuse 35 axial bewegen kann.
Dem Rückschlagventil 33 ist ein hydraulischer Kraftverstärker in der Form eines
Steuerschiebers 40 zugeordnet. Der Steuerschieber 40 wird seinerseits von einem
Elektromagneten 41 mit Tauchanker 41a, welcher mit dem Steuerkolben 40a verbunden
ist, gesteuert.
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Der Steuerschieber ist mit grossem Spiel gebaut, so dass er leicht
vom Elektromagneten zu betätigen ist. Eine Oelabflussleitung 45 führt von dem Steuerschieber
zum Oelsumpf 25. Den Rückschlagventilen 32,33 und dem zugehörigen Steuerschieber
40 und Elektromagneten 41 sind Redundanzelemente 32' 33' 40' 41' und 32" 33" 40'2
412 parallel geschaltet, welche der erhöhten Sicherheit der Anlage dienen.
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Der Steuerschieber 40 ist über eine Leitung 42 und eine Verteilerleitung
43 verbunden, einerseits über eine Leitung 44 mit der Druckölleitung 20, andererseits
über eine Leitung 5i mit der Leitung 30 des Arbeitszylinders 2. In der Leitung 44
ist ein Rückschlagventil 50, in der Leitung 51 ein Rückschlagventil 52 angeordnet.
Die beiden Rückschlagventile haben entgegengesetzte Ventilwirkung. Im Normalbetrieb
der Anlage bleibt das Rückschlagventil 52 geschlossen durch den Druck der Feder
52a und den Oeldruck in den Leitungen 44 und 51 auf den Ventilkörper 52b. Die Belastung
der Feder 50a auf dem Ventilkörper 50b des Rückschlagventils 50 ist so gewählt,
dass das Drucköl aus der Leitung 20 ungehindert in die Leitung 44 übertreten kann.
Die beiden Rückschlagventile 50 und 52 bilden erfindungsgemäss für den Steuerschieber
40 eine sogenannte Auswahlschaltung, d.h. der Steuerschieber bezieht Drucköl entweder
aus der Druckölleitung 20 über das Rückschlagventil 50 oder aus der Leitung 30 über
das Rückschlagventil 52 und zwar abhängig vom in der Druckölleitung 20 herrschenden
Druck.
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Die Sicherheitsschaltung arbeitet wie folgt: Im Normalbetrieb der
Anlage wird der Stellmotor 1 von dem Steuerschieber 13 gesteuert. Die Rückschlagventile
32 und 33 sind geschlossen, das erstere unter der Wirkung der auf dessen Ventilkörper
32a wirkenden Feder 32b, das letztere unter dem Druck des Steueröls, das die rechte
Seite des Kolbens 34 beaufschlagt.
Da das Ventil 52 geschlossen
ist, wird der Steuerschieber 40 - über das Rückschlagventil 50, die Verbindungsleitung
44, die Verteilerleitung 43 und die Verbindungsleitung 42 - aus der Druckleitung
20 gespeist. Erreicht nun ein Sicherheitssignal den Elektromagneten 41, so wird
sein Tauchanker 41a gegen die Spannung der Feder 41b angezogen. Der Steuerkolben
40a des Steuerschiebers 40 verbindet dabei die Verbindungsleitung 42 mit dem Rückschlagventil
33, so dass die Seite 34a des Kolbens 34 von Drucköl belastet, dessen Seite 34b
von Drucköl entlastet wird0 Das Rückschlagventil 33 öffnet sich somit. Damit kann,
durch das Rückschlagventil 32 hindurch Drucköl aus der Leitung 30 in die Leitung
31 übertreten und von dort in den Zylinderraum 2b des Stellmotors 1 gelangen0 Da
die Leitungen 30, 31 und die diese verbindenden Rückschlagventile 32, 33 einen grossen
Querschnitt aufweisen, wird der Einfluss einer gegebenenfalls eintretenden Nachspeisung
über den Steuerschieber 13 übertönt, so dass der Oeldruck auf der Kolbenseite 3a
schnell abnimmt und der Kolben 3 des Stellmotors 1 sich unter der Wirkung der Feder
10 schnell nach oben in die Sicherheitsstellung belegt. Der Stellmotor öffnet dabei
das Ventil 6 und hat damit seine Sicherheitsaufgabe erfüllt.
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Sollte aus irgendeinem Grunde im Augenblick des Auftretens eines
Sicherheitssignals am Elektromagneten 419 die Belieferung der Leitung 20 mit Drucköl
ausfallen oder der Gel druck unterhalb eines bestimmten Wertes sinken und sollte
der
Stellmotor 1 beispielsweise wegen verklemmten Steuerschiebers
13, nicht unter dem Einfluss der Feder 10 in die gewünschte Sicherheitsstellung
fahren, weil dann der Oeldruck auf der Oberseite 3a des Kolbens 3 anstehen bleibt,
so tritt erfindungsgemäss das Rückschlagventil 52 in Wirkung.
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Dessen Ventilkörper 52a ist nun nämlich vom sonst aus der Druckölleitung
20 über das Rückschlagventil 44 in der Leitung 51 anstehenden Drucköl entlastet,
so dass sich das Rückschlagventil 52 öffnet. Der Steuerschieber wird nun über das
Rückschlagventil 52 und die Leitungen 51, 43 und 42 mit dem sich im Zylinderraum
2a befindlichen Drucköl versorgt. Der Steuerschieber 40 öffnet, wie schon oben beschrieben,
das Rückschlagventil 33, so dass wiederum durch dieses und das Rückschlagventil
32 Drucköl aus der Leitung 30 in die Leitung 31 übertreten und von dort in den Zylinderraum
2b des Stellmotors 1 gelangen kann. Der Kolben des Stellmotors fährt wieder unter
dem Einfluss der Feder 10 in die Sicherheitsstellung. Beim Oeffnen des Rückschlagventils
52 wird automatisch das Rückschlagventil 50 durch den in der Leitung 44 auftretenden
Oeldruck geschlossen und verhindert damit, dass Drucköl über die Druckölleitung
20 verloren geht. Der Kolben 34 ist so bemessen, dass mit einem Steueröldruck, der
sich unter der Wirkung der Feder 10 kurz vor dem Anstehen des Kolbens 3 im Zylinderraum
2a noch ergibt, das Rückschlagventil 33 mit Sicherheit noch geöffnet wird.