PATENTANWALT
Hubertussir. 2 · 300O Hannover 1
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Hannover, 05.06.1984
W 330/A/B Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung
Anmelder: Firma Weatherford Oil Tool GmbH
Hainhäuser Weg 150
3012 Langenhagen 1
Schalt- und Steuereinrichtung für strömende
Arbeitsmittel
Die Erfindung betrifft eine Schalt- und Steuereinrichtung für durch strömende Arbeitsmittel betätigbare Arbeitsgeräte,
insbesondere für den Betrieb von Versehraubzangen zum Verschrauben von Pumpgestängen, Futter- und Förderrohren der
Bohrindustrie, bei welcher ein mit zwei abströmseitigen Anschlüssen
ausgerüstetes Leistungsteil mit dem Vorlauf des Arbeitsmittels verbunden ist, wobei ein Anschluß des Leistungsteils
mit einer Tankrückführleitung, der andere mit
einem Steuerteil zur Steuerung des Öffnungsquerschnittes des tankseitigen Anschlusses verbunden ist , nach Patent
...(Patentanmeldung P 33 OO 034.4).
Es ist bekannt, die Verschraubung von Rohrverbindungen
elektronisch zu überwachen. Hierbei wird die Umdrehungszahl des einzuschraubenden Rohres abgefragt und mit den
Daten des Drehmomentanstiegs verknüpft. Ein solches System ist in der Praxis als JAM-System geläufig. Die Bezeichnung
ist lediglich eine Abkürzung der englischen Bezeichnung
"Joint Analyzed Make-up".
Nach dem erreichen einer vorgegebenen Umdrehungsanzahl der Verbindung muß auch ein zugehöriges Drehmoment angezeigt
werden. Beide Werte liegen innerhalb entsprechender Toleranzfelder, die durch einen Rechner miteinander verknüpft
sind. Sobald die Meßfelder zu einer Überdeckung kommen, wird die Verschraubung von der Steuerung als "gut"
registriert und das Verschraubgerät schlagartig stillgesetzt. Hierzu steuert das JAM-Gerät ein Elektromagnetventil
an, welches als Vorsteuerung für das Schaltventil dient. Beide Ventile wurden bisher extern zwischen die
Versorgungsleitungen gebaut und schalteten die Zulaufseite (P) vor dem Verschraubgerät auf den Rücklauf (T). Die Ventilgröße
entspricht dem Durchlauf und ist deshalb groß und entsprechend schwer. Auch die zugehörigen Anschlußteile
für das Einfügen der Ventile in den Kreislauf haben ein erhebliches Bauvolumen.
Damit das elektrische Signal des JAM-Gerätes das Verschraubgerät mit hinreichender Toleranz zum Stillstand
bringen konnte, war es notwendig, bei einem Drehmomentanstieg das Verschraubgerät sehr langsam weiterdrehen zu
lassen. Dazu reduzierte die Bedienungsperson den Zufluß zum Motor an einem Handhebelventil. Eine zu späte Reaktion
der Bedienungsperson bewirkte jedoch durch die damit verbundene Drehmomentüberschreitung eine Fehlverbindung. Die
handelsüblichen Ventilkombinationen sind für diese Einsatz fälle zu träge und setzen das Elektrosignal zu langsam in
hydraulische Reaktion um. Auch der Einsatz des im Hauptpatent beschriebenen Leistungsteils führt noch nicht zu
der gewünschten raschen, von der Reaktion der Bedienungsperson
unabhängigen Kurzschlußschaltung, mit der das Arbeitsgerät mit geringster Zeitverzögerung, d. h. fast
schlagartig nach erreichen des entsprechenden Drehmomentwertes stillgesetzt wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalt- und Steuereinrichtung
nach dem Hauptpatent so auszubauen, daß Fehlverbindungen wegen einer Drehmomentüberschreitung vermieden
werden und damit gleichzeitig eine entsprechende Sicherheitseinrichtung geschaffen wird. Die erfindungsgemäße
Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß der zum- Steuerteil
für die Steuerung des Öffnungsquerschnittes des tankseitigen Anschlusses führende Anschluß des Leistungsteils
zusätzlich mit einem Steuerblock, bestehend aus einem Elektromagnetventil und einer durch ein hydraulisches Abschaltventil
absperrbaren Bypaß-Leitung für das Elektromagnetventil verbunden ist. Das hydraulische Abschaltventil ist also
parallel zum Elektromagnetventil eingebaut. Der Druckwert, der dem Motor des Verschraubgerätes zugeführt wird, wirkt
als externe Ansteuerung an diesem Abschaltventil, dessen
Einstellung dem jeweils zulässigen Maximaldrehmoment entspricht .
Beim Anstieg des Drehmomentes steigt gleichzeitig der Druck in der Versorgungsleitung des Motors. Dieser Druck wirkt
auf das hydraulische Abschaltventil. Nähert sich das Drehmoment dem vorgegebenen Wert, so wird - bedingt durch die
Pulsation im Versorgungsölstrom - die Sperrung stoßweise
aufgehoben, und der Druck in der Steuerleitung zum Hauptabschaltventil
im Steuerblock beginnt zu pulsieren. Hieraus folgt ein Schwebezustand des Hauptkolbens. Zum Durchschalten
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ist dann nur noch ein sehr geringer Druckabfall nötig, um
das Hauptventil (Leistungsteil) zu öffnen. Dieser geringe Anteil wird vom elektrisch angesteuerten Magnetventil beigetragen,
sobald es vom JAM-Steuersystem angesteuert wird. Hierdurch wird der Einfluß der Bedienungsperson zum Gelingen
der Operation vollständig ausgeschlossen. Der Kraftfluß wird also durch das Schalten des Leistungsteils unterbrochen. Das
Leistungsteil wird praktisch durch das hydraulische Abschaltventil sensibilisiert, da bereits vor seinem Schalten kleinste
Ölmengen das Elektromagnetventil umgeben. Sobald dann das Magnetventil durch das elektronische Steuergerät (JAM) geschaltet
wird, kann das Leistungsteil unter geringster Schaltzeit den Druckabfall am Zangenmotor herstellen. Sollte eine
elektronische Ansteuerung nicht vorhanden sein oder ausfallen,
wird bereits auf rein hydraulischem Wege über das hydraulische Abschaltventil eine hohe Wiederholungsgenauigkeit des
Verschraubvorganges erreicht, d. h. die Toleranzen der Verschraubmomente
werden bei jedem Verschraubvorgang sehr klein gehalten.
In der Zeichnung ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung dargestellt und erläutert. Hierbei handelt es sich um eine Schaltung für den Motor einer Verschraubungszange
mit zugehöriger Kontervorrichtung und Hubzylinder.
Die wichtigsten Teile der Steuereinrichtung sind das Leistungsteil
10, welches an die hydraulische Vorlaufleitung 11 über die Anschlußleitung 11a angeschlossen ist, der Motor 12
für die Verschraubzange, die Handsteuereinrichtungen 25 für
den Zangenmotor, die Handsteuereinrichtung 26 für die Steuerung der Kontervorrichtung 27, die Steuereinrichtung für den
Hubzylinder 28 sowie die Schalteinheiten 29 für die Klappen-
sicherung und der Sicherheitsschaltblock 30, bestehend aus
einem Elektromagnetventil 31 und ein hydraulisches Abschaltventil 32.
Das Leistungsteil 10 ist mit einem abströmseitigen Anschluß
13 an den Arbeitsmitteltank T und die zweite abströmseitige
Leitung 14 mit den beiden Steuerblöcken 29 und 30 verbun-
Mit einem Drehmomentanstieg beim Erreichen der Verschraub-•endwerte
geht ein Druckanstieg für den Zangenmotor 12 einher.
Dieser Druckanstieg wird über die Leitung 33 dem hydraulischen Abschaltventil 32 mitgeteilt und zwar bereits
vor dem Durchschalten des Elektromagnetventils 31, das durch das nicht dargestellte elektronische Steuergerät IJAM) angesteuert
wird. Die Sperrung des hydraulischen Abschaltventils wird teilweise durch die Pulsation im Versorgungsölstrom
aufgehoben, so daß über die Anschlußleitung 14 das Leistungsteil
10 sensibilisiert wird. Sobald das elektrische Magnetventil durch das elektronische Steuergerät geschaltet wird,
kann das Leistungsteil 10 unter geringster Schaltzeit, d. h. fast schlagartig den Druckabfall am Zangenmotor herstellen.
Dabei wird die Versorgungsleitung 11 über den Anschluß 11a und die abströmseitige Anschlußleitung 13 unmittelbar mit
der Rückführleitung 34 zum Tank T verbunden. Eine von einer
Bedienungsperson abhängige Schaltzeit bei Betätigung der Handsteuereinrichtung 25 wird dadurch vollständig ausgeschlossen. Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit-eine
hochwirksame Sicherheitseinrichtung dar. ■ .
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