EP0166082B1

EP0166082B1 - Drehmomentbegrenzender Hydraulikkreislauf

Info

Publication number: EP0166082B1
Application number: EP85103342A
Authority: EP
Inventors: Jörg E. Schulze-Beckinghausen
Original assignee: Weatherford Oil Tool GmbH
Current assignee: Weatherford Oil Tool GmbH
Priority date: 1984-06-28
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1988-09-07
Also published as: ATE37068T1; EP0166082A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalt- und Steuereinrichtung für durch strömende Arbeitsmittel betätigbare Arbeitsgeräte, insbesondere für den Betrieb von Verschraubzangen 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 Öfnungsquerschnittes des tankseitigen Anschlusses verbunden ist, wie aus DE-A-3 300 034 bekannt ist.
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 Ventilgrö- ße 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 Einsatzfälle 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 DE-A-3 300 034 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 mit der Tankrückführleitung im Verbindung stehenden 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 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 hydraulisehe Vorlaufleitung 11 über die Anschlußleitung 11a angeschlossen ist, der Motor 12 für die Verschraubzange, die Handsteuereinrichtung 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 Klappensicherung und der Sicherheitsschaltblock 30, bestehend aus einem Elektromagnetventil 31 und einem hydraulischen 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 verbunden.
Mit einem Drehmomentanstieg beim Erreichen der Verschraubendwerte 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 (JAM) 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 er^fin- dungsgemäße Lösung stellt somit eine hochwirksame Sicherheitseinrichtung dar.

Claims

1: Schalt- und Steuereinrichtung für durch strömende Arbeitsmittel betätigbare Arbeitsgeräte (12), insbesondere für den Betrieb von Verschraubzangen zum Verschrauben von Pumpgestängen, Futter- und Förderrohren der Bohrindustrie, bei welcher ein Leistungsteil (10) mit zwei abströmseitigen Anschlüssen (13, 14) mit dem Vorlauf (11) des Arbeitsmittels verbunden ist, wobei ein abströmseitiger Anschluß (13) des Leistungsteils (10) mit einer Tankrückführleitung (34), der andere (14) mit einem Steuerteil zur Steuerung des Öffnungsquerschnittes des tankseitigen Anschlusses verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Steuerteil für die Steuerung des Öffnungsquerschnittes des tankseitigen Anschlusses führende Anschluß (14) des Leistungsteils (10) zusätzlich mit einem mit der Tankrückrführleitung (34) in Verbindung stehende Steuerblock, bestehend aus einem Elektromagnetventil (31) und einer durch ein hydraulisches Abschaltventil (32) absperrbaren Bypaß-Leitung für das Elektromagnetventil (31) verbunden ist.

2. Schalt- und Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektromagnetventil (31) von einem elektronischen Steuergerät (JAM-System), das hydraulische Abschaltventil (32) dagegen extern vom Arbeitsgerät ansteuerbar ist.

3. Schalt- und Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Arbeitsmotor (12) während des Betriebes zugeführte Druckwert auf das hydraulische Abschaltventil (32) übertragbar ist.