DE60306868T2

DE60306868T2 - Steuervorrichtung eines integrierten, elektrohydraulischen Stellgliedes

Info

Publication number: DE60306868T2
Application number: DE60306868T
Authority: DE
Inventors: Dominique Duboy; Jean-Francois Galindo
Original assignee: KSB SAS
Current assignee: KSB SAS
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: EP1418343A1; KR101055681B1; PT1418343E; ATE333593T1; EP1418343B1; FR2847116A1; CN100398844C; DK1418343T3; ES2268298T3; CY1106189T1; CN1499085A; DE60306868D1; JP4589616B2; JP2004156785A; KR20040041038A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Armaturensystem, das ein Ventil, ein elektro-hydraulisches Stellglied zur Betätigung des Ventils und eine Steuervorrichtung für das Stellglied, insbesondere in Umgebungen, in denen ein jedes einer großer Anzahl von Ventilen zum einen mit einer gemeinsamen elektrischen Stromquelle und zum anderen mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit verbunden ist, insbesondere in besagten schwierigen Umgebungen, zum Beispiel in einem Schiff, umfasst. Die Steuervorrichtung besteht aus einem elektrischen Motor, einem hydraulischen Block, der eine hydraulische Pumpe und ein hydraulisches Reservoir umfasst, und einer lokalen elektronischen Steuereinheit des Ventils.
Der Stand der Technik, insbesondere im Bereich des Schiffbaus, kennt bereits Armaturensysteme dieser Art. Die Steuervorrichtungen des Steuerglieds bestehen dabei üblicherweise aus zwei Teilen, d.h. einem ersten Teil mit einem Gehäuse, in dem sich der elektrische Motor und der hydraulische Block mit einer Pumpe und einem Reservoir befinden, und einem zweiten Teil, das eine Kammer oder kleinen Schrank umfasst, in dem sich ein lokaler Stand zur elektronischen Steuerung, insbesondere eine PLC, befindet.
Diese Art von bisheriger Vorrichtung leidet unter verschiedenen Unzulänglichkeiten. In erster Linie bieten diese Vorrichtungen nicht viele Funktionalitäten für den Endnutzer. Zweitens sind diese Vorrichtungen sehr störungsanfällig, insbesondere wenn sie in den besagten schwierigen Umgebungen installiert sind, zum Beispiel in Meeresumgebung. Im Übrigen hat sich herausgestellt, dass diese Vorrichtungen, umso mehr Funktionalitäten sie aufweisen, umso störungsanfälliger werden, wenn sie schwierigen Umgebungen ausgesetzt werden. Schließlich sind diese Vorrichtungen durch ihre Konzeption in zwei Teilen umfangreich, während in bestimmten schwierigen Umgebungen, wie zum Beispiel Schiffen, Hochseeschiffen oder anderen umschlossenen Anlagen der verfügbare Platz ein wichtiger Faktor ist.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diesen Unzulänglichkeiten abzuhelfen, in dem eine neue Steuervorrichtung eines elektrohydraulischen Stellglieds vorgeschlagen wird, das mehr Funktionalitäten für die Steuerung und Kontrolle des Ventils bietet, insbesondere, zum Beispiel, die manuelle Steuerung im Fall einer Störung der Steuerzentrale, eine Kontrolle der Temperatur des Motors, seiner Stromstärke und seiner Betriebszeit, eine Endlagenerkennung, eine Ölstandsüberwachung, eine Bewegungsanzeige, etc., ohne dass die Störanfälligkeit, insbesondere in schwieriger Umgebung, insbesondere in einem Schiff, steigen würde. Im Gegenteil ist das System nach der Erfindung gegenüber schwierigen Umgebungen und insbesondere gegenüber Meeresumgebung, wie zum Beispiel einem hohen Feuchtigkeitsgrad, weniger anfällig. Schließlich ist das System weniger sperrig als die Systeme nach dem Stand der Technik, was es besonders geeignet für eine Verwendung in Schiffen oder Hochseeschiffen macht. Ein Armaturensystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der EP-A 0 665 381 bekannt.
Gemäß der Erfindung ist ein Armaturensystem ein solches, wie in Anspruch 1 definiert.
Indem man also vorsieht den elektrischen Motor, den hydraulischen Block und die elektronische Steuereinheit in ein gemeinsames Gehäuse zu integrieren, ist es zur Erlangung einer hohen Zahl von Funktionalitäten des Systems nicht mehr notwendig, zahlreiche Datenübertragungsleitungen zwischen der Steuerkammer (in der die elektronische Steuer- und lokale Kontrolleinheit nach dem bisherigen Stand der Technik angeordnet war) und dem Gehäuse, in dem sich der Motor befindet, vorzusehen. Wenn man aber in den bisherigen Vorrichtungen zahlreiche Leitungen für die Übertragung von Daten vorsieht, um die dem Endnutzer des Ventils angebotenen Funktionalitäten zu erhöhen, ist es notwendig, zahlreiche Öffnungen für den Durchgang dieser Leitungen im Gehäuse, das den Motor und hydraulischen Block umfasst, vorzusehen. Die Komplexität und die hohe Zahl von Leitungen, die nötig sind, um die mit diesen Funktionalitäten verbundenen Befehle zu übertragen, führen also dazu, dass die Verfügbarkeit dieser Funktionalitäten auf keinem akzeptablen Niveau liegt. Gemäß der Erfindung kann man dagegen so viele Funktionalitäten vorsehen, wie man möchte, ohne eine große Zahl von Leitungen oder zahlreiche Durchgangsöffnungen vorsehen zu müssen. Es ist somit eine lokale, d.h. von den zentralen Versorgungs-, Steuer- und Kontrollsystemen unabhängige und dem Stellglied jeweils zugeordnete Steuereinheit möglich. Insbesondere kann ein Bediener oder Benutzer das Ventil aus nächster Nähe manuell steuern, wenn er in dessen Nähe ist.
Gemäß einer Verbesserung der Erfindung umfasst das gemeinsame Gehäuse eine Zugangsöffnung zu einem Teil der Einheit, insbesondere zu einem Teil für die lokale Steuereinheit.
Indem man also eine Öffnung im Gehäuse vorsieht, um dem Benutzer die direkte Steuerung des elektronischen Steuersystems zu erlauben, stellt man sicher, dass es bei einem Ausfall des Zentralsystems und einem dennoch bestehenden Wunsch nach Betrieb des Ventils nicht nötig ist, das ganze Gehäuse abzunehmen und die Einheit somit schwierigen Bedingungen, insbesondere einem hohen Grad von Feuchtigkeit, auszusetzen, was für die elektronischen Kreise, insbesondere für Leiterplatten, sehr negativ wäre.
Nach einer Verbesserung der Erfindung, umfasst das gemeinsame Gehäuse eine zweite Zugangsöffnung zur Verbindungstechnik für die Verbindung des Motors und der elektronischen Einheit mit dem elektrischen Leistungs- und Datennetz. Genauso wie bei der Zugangsöffnung zum elektronischen Steuerteil ist es, wenn man den Anschluss der beiden Netze für Strom und Daten vom zentralen Steuersystem und vom zentralen Stromversorgungssystem aus vornimmt, nicht nötig, das Gehäuse abzunehmen und man vermeidet so, die Steuervorrichtung und das Stellglied schwierigen Bedingungen, insbesondere einem hohen Feuchtigkeitsgrad, auszusetzen.
Nach noch einer Verbesserung der Erfindung umfasst das gemeinsame Gehäuse eine Hilfskammer, in der sich die Anschlussklemmen für die Verbindungstechnik befinden, wobei die Hilfskammer gegenüber dem Rest des Gehäuses gegen Flüssigkeiten und Staub abgedichtet wird.
So verhindert man das Eindringen von Staub und anderer Feuchtigkeit in das Innere des Gehäuses und insbesondere zu den integrierten Schaltkreisen der elektronischen Einheit, wenn man den Anschluss vornimmt.
Nach einer Verbesserung der Erfindung umfasst das Gehäuse eine zweite Hilfskammer, in der sich der besagte Teil der, insbesondere manuellen, lokalen Steuerung der Elektronik befindet.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsart umfasst die elektronische Einheit einen Microcontroler, der die Integration von Kontroll- und Steuerfunktionen des Motors und der Pumpe erlaubt. Man kann auch Mittel für die Auswertung der Befehle des Bedieners vorsehen. Man kann auch ein System für die Auswertung der Endpositionen und der elektrischen digitalen oder analogen Signale vorsehen. Man kann auch Mittel zur Überwachung der Motortemperatur, der Motorstromstärke und der Motorbetriebszeit vorsehen. Man kann gleichermaßen Mittel zur Endlagenerkennung vorsehen. Man kann ebenfalls Mittel zur Überwachung des hohen und niedrigen Ölstands vorsehen. Man kann auch Mittel zur Bewegungsanzeige vorsehen. Schließlich kann man auch Mittel zur Diagnose und zur vorbeugenden Instandhaltung vorsehen.
Im Allgemeinen kann man so viele Funktionalitäten vorsehen, wie man möchte, weil man weiß, dass man nicht mehr durch die Notwendigkeit begrenzt ist, für jede Funktionalität eine Leitung zwischen einer Kammer und einem Gehäuse legen zu müssen.
Die vorliegende Erfindung zielt auch auf ein Armaturensystem ab, das ein elektrohydraulisches Stellglied und eine Steuervorrichtung gemäß der Erfindung umfasst. Insbesondere kann das Ventil ein vierteldrehendes oder lineares Ventil sein.
In der lediglich beispielhaften Zeichnung ist die 1 eine Gesamtansicht eines Armaturensystems in einem Schiff, das ein zentrales Datenverarbeitungssystem, ein zentrales Stromversorgungssystem und eine Vielzahl von Ventilen und zugeordneten elektrohydraulischen Stellgliedern umfasst, die jeweils mit den Zentralsystemen verbunden sind.
In der 2 wird in einer Explosionsdarstellung ein gemeinsames Gehäuse gemäß der Erfindung gezeigt.
In der 3 wird die Steuervorrichtung des elektrohydraulischen Stellglieds so gezeigt, wie sie in das Gehäuse der 2 integriert ist.
Die 4 ist eine Gesamtansicht des elektrohydraulischen Stellglieds, seiner Steuerung und des angeschossenen Ventils.
Die 5 ist eine Schnittansicht des Gehäuses der 2, welches die Steuervorrichtung des elektrohydraulischen Stellgliedes gemäß der Erfindung umfasst.
In der 1 wird ein Armaturensystem in einem Schiff dargestellt. Mehrere Ventile R umfassen jeweils ihr eigenes hydraulisches Stellglied 1. Jede dieser Einheiten Ventil + hydraulisches Stellglied ist einerseits über elektrische Leitungen 2 mit einem zentralen Versorgungssystem 3 für elektrische Energie und andererseits über einen Kommunikationsbus, d.h. Datenübertragungsleitungen, mit einem zentralen Prozessor 4 verbunden, der die zentrale Steuerung und Kontrolle dieser Ventile R regelt.
In der 3 ist die Steuervorrichtung des hydraulischen Stellglieds gemäß der Erfindung detaillierter dargestellt. Die Steuervorrichtung 5 des hydraulischen Stellglieds besteht aus einem Gehäuse 6, in dem ein Motor 7, ein hydraulischer Block 8 und eine elektronische Einheit 9 (zum Beispiel in Form von Leiterplatten) eingeschlossen sind, die eine lokale Steuerung und Kontrolle der Steuervorrichtung 5 des hydraulischen Stellglieds erlauben. Der hydraulische Block 8 umfasst eine Zahnradpumpe 10, ein Ölreservoir 11 und hydraulische Kreise 12, die hydraulische Ventile 12 für die Verbindung mit dem hydraulischen Stellglied 2 für seine Steuerung durch die Hydraulik umfassen. Das gemeinsame Gehäuse 6 besteht aus einer Seitenwand 18, die ganz um einen Boden 14 und ein Oberteil 15 herum reicht, das am Rest des Gehäuses über Schrauben 18 befestigt ist, die in einen in Richtung des Inneren des Seitenwand 18 vorspringenden oberen Rand 17 geschraubt sind. In diesem Oberteil 15 des Gehäuses 6 befindet sich eine Öffnung 20, die durch das Entfernen eines dicht angepassten Verschlusses 21 den Zugang zu einer manuellen Steuerpartie 22 der Vorrichtung 5 der Stellgliedsteuerung und damit die lokale Steuerung des Ventils erlaubt. Diese Steuerungen werden in Form von Druckknöpfen 23 verwirklicht, die man für die direkte Steuerung der elektronischen Steuereinheit des Stellgliedes drücken kann.
Man kann eine dichte und elastische Membran 24 vorsehen, die derart zwischen den Druckknöpfen und der äußeren Umgebung angeordnet wird, dass der Bediener die Köpfe durch einen Druck auf die Membran drücken kann, die den Druck des Bedieners an die Druckknöpfe weiterleitet, wobei die Membran so dicht angeordnet wird, dass der Bediener beim Drücken auf die Knöpfe das Innere des gemeinsamen Gehäuses nicht einer schwierigen äußeren Umgebung, insbesondere einer Umgebung mit einem hohen Feuchtigkeitsgrad, aussetzt.
Außerdem wird eine Hilfskammer 29 im gemeinsamen Gehäuse vorgesehen, in welcher der lokale manuelle Steuerteil 22 der Steuervorrichtung aufgenommen wird.
Genauso wird in der Seitenpartie eine Öffnung 30 geschaffen, die durch Abschrauben eines Deckels 31 freigelegt wird, der sich dicht auf die Öffnung schrauben lässt. Diese Öffnung gewährt Zugang zu Blöcken 32 mit Anschlussklemmen für den jeweiligen Anschluss des elektrischen Netzes und des Datennetzes an den Motor und die elektronische Einheit 9, die sich im Gehäuse befinden. Diese Blöcke 33 mit Anschlussklemmen sind ihrerseits derart in einer Hilfskammer 34 eingeschlossen, dass der Rest des Gehäuses keinen schwierigen Bedingungen, insbesondere mit einem hohen Feuchtigkeitsgrad, ausgesetzt wird, wenn man den Anschluss des Strom und Datennetzes vornimmt.
Die hydraulische Pumpe ist eine Zahnradpumpe. Gemäß der Erfindung kann man natürlich andere Typen vorsehen.
Die elektronische Einheit 9 für die lokale Kontrolle besteht aus Leiterplatten 40, auf denen elektrische Schaltkreise vorgesehen sind, welche die Kontrolle des elektrischen Stellglieds in Abhängigkeit von einer bestimmten Zahl von Daten erlaubt, die von verschiedenen z.B. in Ventil, Stellglied und Steuervorrichtung des Stellglieds angeordneten Sensoren gewonnen werden.
So ist es nicht mehr nötig, die Führung einer zusätzlichen Leitung durch das Gehäuse, in dem sich der Motor und hydraulische Block befinden, vorzusehen, wenn man dem Ventil eine zusätzliche Funktionalität geben möchte. Da sich die elektronische Einheit ebenfalls im gleichen Gehäuse befindet, schafft man eine Verbindung zwischen dem Motor und dem hydraulischen Block und dieser Einheit, ohne das Gehäuse abnehmen zu müssen, um den Anschluss vorzunehmen, und ohne Dichtungssysteme für jede Leitung vorsehen zu müssen. Eine einzige Verbindung für die Daten durchzieht das Gehäuse, d.h. zwischen der zentralen Einheit 4 und der elektronischen Einheit 9. Außerdem muss man beim Wunsch nach einer lokalen Steuerung des Ventils das Gehäuse nicht abnehmen, um Zugang zum lokalen, insbesondere manuellen, Steuerteil der elektronischen Steuereinheit 9 zu haben,.
Die verschiedenen Funktionalitäten, die vorgesehen können, sind die folgenden (ohne dass die Liste erschöpfend oder einschränkend wäre):

– Microcontroler für die Integration der Funktionen der lokalen Kontrolle und Steuerung des Motors und der Pumpe.
– Auswertung der Befehle des Benutzers.
– Wiederherstellung der Endpositionen.
– Überwachung der Temperatur des Motors, der Motorstromstärke und seiner Motorbetriebszeit.
– Endlagenerkennung
– Überwachung des hohen und niedrigen Ölstandes.
– Bewegungsanzeige
– Diagnose und vorbeugende Instandhaltung.

Diese verschiedenen Funktionalitäten sind allgemein bekannt. Sie sind mittels elektronischer Kreise und hier nicht im Detail beschriebener, allgemein bekannter und in der elektronischen Einheit 9 angeordneter Sensoren leicht umzusetzen.
Die Datensignale können analoge oder digitale Signale sein. Im Fall analoger Signale kann man einen Analog/Digital-Wandler stromauf des Gehäuses vorsehen, der die Signale vor ihrer Übermittlung an die Leiterkarten oder -platten der elektronischen Einheit 9 in digitale Signale umwandelt.

Claims

Armaturensystem, das mindestens zwei Ventile enthält, wobei jedes Ventil durch ein mit ihm verbundenes hydraulisches Stellglied betätigt wird, wobei jedes hydraulische Stellglied durch eine Steuervorrichtung gesteuert wird, wobei jede Steuervorrichtung einen Motor, der eine hydraulische Pumpe beaufschlagt, die ein hydraulisches Fluid in einen hydraulischen Behälter saugt, und eine lokale elektronische Steuereinheit (9) aufweist, wobei die mindestens zwei Motoren durch eine zentrale Elektrizitätsversorgung mit Strom versorgt und ebenfalls zentral durch eine zentrale Datenverarbeitungseinheit, an die sie über einen Datenbus angeschlossen sind, gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass: – bei jeder Steuervorrichtung der elektrische Motor, die hydraulische Pumpe, der Behälter und die elektronische Einheit von einer gemeinsamen Umhüllung, insbesondere einem Gehäuse, vorzugsweise auf gegenüber Flüssigkeiten dichte Weise eingeschlossen werden, und das gemeinsame Gehäuse (6) eine Zugangsöffnung (30) zur Verbindungstechnik für den Anschluss des Motors (7) und der elektronischen Einheit (9) an elektrische Leistungs- und Datennetze (2,3,4) aufweist und das gemeinsame Gehäuse (6) einen Hilfsraum (34) umfasst, in dem sich die Anschlussklemmen (33) für die Verbindungstechnik befinden, wobei der Hilfsraum (34) gegenüber der elektronischen Einheit (9) und dem Rest des Gehäuses gegen Flüssigkeiten und Staub abgedichtet ist.
Armaturensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Gehäuse (6) eine Zugangsöffnung (20) zu einem Teil (22) der elektronischen Einheit (9), insbesondere zu einem Teil für die lokale Steuerung, umfasst.
Armaturensystem nach einem der Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) einen zweiten Hilfsraum (29) aufweist, in dem sich der besagte Teil (22) der lokalen, insbesondere manuellen, Steuerung der Elektronik befindet, und es möglich ist, eine zwischen diesem Hilfsraum (29) und dem Äußeren des Gehäuses angeordnete dichte Membran (24) vorzusehen.
Armaturensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Zentraleinheit (4) und jedem System ausgetauschten Signale digitale Signale sind.
Armaturensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Zentraleinheit (4) ausgetauschten Signale analoge Signale sind und stromauf des Gehäuses zwischen diesem und der Zentraleinheit (4) ein Analog-Digitalwandler vorgesehen ist.
Fahrzeug, insbesondere Schiff oder Flugzeug, das ein Armaturensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.