EP2529821B1

EP2529821B1 - Hydraulisches Antriebssystem für eine Schauspielbühne mit drehzahlverstellbarer Hydraulikpumpe als Steuerelement

Info

Publication number: EP2529821B1
Application number: EP12169701.5A
Authority: EP
Inventors: Johannes Thomas Grobe; Juergen Stanzel; Volker Kirsch; Gunther Weiglein; Siegmund Kaiser; Martin Pawlik
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: EP2529821A1; PL2529821T3; DE102011103515A1

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem und eine Schauspielbühne mit einem derartigen Antriebssystem.
Das Bühnenbild einer Schauspielbühne weist häufig eine Vielzahl von beweglichen Bühnenelementen auf. Rein beispielhaft seien die Hintergrundbilder für verschiedene Akte eines Theaterstücks genannt, die an Seilen hängend wahlweise von oben in den Sichtbereich der Bühne herabgelassen werden können. Bei dem beweglichen Bühnenelement kann es sich beispielsweise auch um einen Hubtisch handeln, mit dem beispielsweise Schauspieler von einem Raum unterhalb der Bühne in den Sichtbereich der Bühne transportiert werden können. Das bewegliche Bühnenelement kann auch horizontale oder auf beliebigen Bahnen verlaufende Bewegungen ausführen.
Es ist üblich, derartige bewegliche Bühnenelemente hydraulisch anzutreiben, da ein hydraulisches Antriebssystem besonders geräuscharm arbeiten kann, wobei die Bewegungen gleichzeitig sehr ruckfrei ausgeführt werden. Darüber hinaus bietet ein hydraulisches Antriebssystem eine hohe Unfallsicherheit beim unplanmäßigen Ausfall von Systemkomponenten. Damit eben diese Anforderungen erfüllt werden können, ist meist eine Speichereinheit vorgesehen, die mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid gefüllt ist. Das Hydraulikfluid wird mit einer ersten Hydraulikpumpe in die Speichereinheit gefördert. Das bewegliche Bühnenelement steht mit einem Stellglied in Antriebsverbindung. Bei dem Stellglied kann es sich wahlweise um einen Hydraulikzylinder oder einen Hydromotor handeln. Da meist sehr viele bewegliche Bühnenelemente vorhanden sind, sind dementsprechend viele Stellglieder vorhanden. Diese werden meist gesammelt auf einem oder mehreren Rahmen montiert, die im Randbereich der Bühne aufgestellt sind. Dabei wird gewünscht, dass möglichst viele Stellglieder in einen einzigen kompakten Rahmen montiert werden können.
Die Stellglieder sind mit einer Sperrventileinheit verbunden, damit sie zuverlässig still gesetzt bzw. gesperrt werden können. Bei einem Fehler im hydraulischen Antriebssystem wird dadurch verhindert, dass das bewegliche Bühnenelement abstürzt. Weiter kann durch die Sperrventileinheit das langsame Absinken des genannten beweglichen Elements aufgrund von Leckölströmen verhindert werden. Die Sperrventileinheit umfasst daher wenigstens ein Sitzventil als Sperrventil, welches frei von Leckölströmen ist.
Der Fluidstrom von der Speichereinheit zu dem Stellglied wird mit einem Steuerelement gesteuert. Bisher ist es üblich als Steuerelement ein vorzugsweise elektrisch angesteuertes Proportionalventil zu verwenden. Ein derartiges Ventil umfasst eine Drossel, deren Öffnungsquerschnitt stufenlos veränderlich ist. Die Größe des Öffnungsquerschnitts bestimmt die Größe des Fluidstroms zum Stellglied. Dabei kann eine Druckwaage vorgesehen sein, welche den Druckabfall an der genannten Drossel konstant hält, so dass insgesamt eine Stromregelung vorliegt.
Der Nachteil des bekannten Steuerelements besteht darin, dass sehr viel hydraulische Energie in Wärme umgesetzt wird und damit verloren geht. Bei einer Auf- und Abbewegung geht eine Energiemenge verloren, welche sich aus dem Speicherdruck multipliziert mit dem für die Bewegung erforderlichen Fluidvolumen ergibt.
Aus der US 2009/0057636 A1 ist eine Schauspielbühne mit einem Antriebssystem bekannt. Das Antriebssystem umfasst ein Stellglied in Form eines Teleskopzylinders, der in Antriebsverbindung mit der Schauspielbühne steht. Der Teleskopzylinder ist an eine Speichereinheit angeschlossen, die mit unter Druck stehender Druckluft gefüllt ist, um das Eigengewicht der Schauspielbühne abzustützen. Die Auf- und Abbewegung der Schauspielbühne wird mittels eines Motors gesteuert, der über Seilwinden, Seile und Umlenkrollen mit der Schauspielbühne bewegungsgekoppelt ist. Es können mehrere Module vorgesehen sein, die jeweils ein derartiges Antriebssystem aufweisen DE3723845 offenbart eine hydrostatische Antriebsanordnung für Bühneneinrichtungen mit mindestens einer Hydropumpe mit stufenlos verstellbarem Hubvolumen und mindestens einem mit einer bzw. jeweils einer Bühneneinrichtung mechanisch gekoppelten Hydromotor, wobei die Hydropumpe bzw. die Hydropumpen als druckgeregelte Pumpe mit einer einzigen Stromrichtung und der Hydromotor bzw. die Hydromotoren als drehzahlgeregelter Hydromotor mit stufenlos verstellbarem Hubvolumen und zwei Stromrichtungen ausgebildet sind, wobei der Hochdruckanschluss der Hydropumpe bzw. Hydropumpen und des Hydromotors bzw. der Hydromotoren über eine gemeinsame Hochdruckleitung miteinander verbunden sind und wobei die Hochdruckleitung mit einem Hochdruckspeicher verbunden ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, wenigstens einen Teil dieser Energie einzusparen. Bei der Lösung dieser Aufgabe sind die hohen Anforderungen hinsichtlich Geräuschentwicklung, Ruckfreiheit und Unfallsicherheit zu berücksichtigen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Steuerelement eine zweite Hydraulikpumpe, welche auch als Hydromotor betrieben werden kann, umfasst, wobei die zweite Hydraulikpumpe mit einem Elektromotor in Drehantriebsverbindung steht, wobei der Elektromotor mit einer Drehzahlsteuereinrichtung verbunden ist, welche die Drehzahl des Elektromotors auf einen vorgebbaren Sollwert einstellen kann. Damit ist es nicht erforderlich, den vom Stellglied zurückgeförderten Fluidstrom drucklos in den Tank der ersten Hydraulikpumpe abzuleiten. Dieser Volumenstrom kann vielmehr von der zweiten Hydraulikpumpe in die Speichereinheit zurückgefördert werden. Der Fluiddruck des zurückgeforderten Fluidstroms muss damit nicht weggedrosselt werden, er kann vielmehr für die nächste Hubbewegung genutzt werden. Damit wird Energie eingespart.
Mittels der Drehzahlsteuereinrichtung kann das Stellglied wie bei dem bekannten hydraulischen Antriebssystem in die gewünschte Stellung verfahren werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die Verfahrgeschwindigkeit des Stellglieds proportional zur Drehzahl des Elektromotors ist. Bei der Drehzahlsteuereinrichtung kann es sich um einen Frequenzumrichter handeln, wobei der Elektromotor vorzugsweise ein Synchronmotor ist. Es kann aber auch ein Drehzahlregler vorgesehen sein, wobei der Elektromotor auch ein Asynchronmotor sein kann.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
Die Drehzahlsteuereinrichtung kann mit einer Stromversorgung verbindbar sein, wobei sie elektrische Energie in die Stromversorgung zurückspeisen kann, wenn die zweite Hydraulikpumpe als Motor arbeitet. Bei dieser Ausführungsform kann der Drucküberschuss in der Speichereinheit, der nicht zum Verfahren des beweglichen Bühnenelements benötigt wird, in elektrische Energie verwandelt werden. Auf eine Abdrosselung dieses Drucküberschusses kann verzichtet werden. Bei der Stromversorgung kann es sich um das öffentliche Wechselstromnetz handeln. Es können aber auch mehrere Drehzahlsteuereinrichtungen an einen gemeinsamen Zwischenkreis angeschlossen sein, welcher die Stromversorgung darstellt. Bei dem Zwischenkreis handelt es sich üblicherweise um eine Gleichspannungsversorgung. Aus der entsprechenden Gleichspannung wird mittels Leistungshalbleitern die zum Antrieb des Elektromotors erforderlichen Wechselspannungen erzeugt. Bei entsprechender Polung von Spannungen und Strömen ergibt sich ein Rückfluss von elektrischer Energie in den Zwischenkreis.
Der zweiten Hydraulikpumpe kann eine zweite Sperrventileinheit zugeordnet sein, welche einen Fluidstrom von der Speichereinheit zu der zweiten Hydraulikpumpe wahlweise sperren kann. Es ist bekannt, dass in Hydraulikpumpen regelmäßig durch Leckagen Hydraulikfluid verloren geht, welches in den Tank zurückgeleitet wird. Diese Leckverluste würden dazu führen, dass sich die Speichereinheit langsam entleert. Dies wird durch die zweite Sperrventileinheit verhindert.
Es können ein erster und ein zweiter Drucksensor vorgesehen sein, wobei der erste Drucksensor den Fluiddruck zwischen dem Stellglied und der zugeordneten ersten Sperrventileinheit bestimmen kann, wobei der zweite Drucksensor den Fluiddruck zwischen der ersten Sperrventileinheit und der zugeordneten zweiten Hydraulikpumpe bestimmen kann, wobei eine Druckregeleinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem ersten und dem zweiten Drucksensor und der Drehzahlsteuereinrichtung verbunden ist, wobei die Druckregeleinrichtung die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Drucksensor durch Vorgabe eines Drehzahlsollwerts an die Drehzahlsteuereinrichtung regeln kann. Hierdurch soll erreicht werden, dass kein Ruck entsteht, wenn die erste Sperrventileinheit geöffnet wird, um das Stellglied zu verfahren. Ein Ruck kann vollständig vermieden werden, wenn die Druckdifferenz an der ersten Sperrventileinheit vor deren Öffnung auf Null eingeregelt wird. Ebendies wird durch die vorgeschlagene Ausführungsform möglich.
Die erste Sperrventileinheit kann eine erste und eine zweite Sperrventiluntereinheit umfassen, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei die zweite Sperrventiluntereinheit einen kleineren freien Strömungsquerschnitt aufweist als die erste Sperrventiluntereinheit. Mit der zweiten Sperrventiluntereinheit können Stellungsänderungen des Stellglieds, welche durch thermische Ausdehnung des Hydraulikfluids verursacht werden, kompensiert werden. Wenn eine derartige Stellungsänderung festgestellt wird, wird die zweite Sperrventileinheit geöffnet, so dass Hydraulikfluid langsam aus dem Stellglied entweichen kann. Hierbei ist der zweiten Sperrventiluntereinheit vorzugsweise eine Drossel vor- oder nachgeschaltet, welche den Fluidstrom weiter herabsetzt. Aufgrund des kleinen freien Strömungsquerschnitts und der Drossel ist ein besonders feinfühliger Ausgleich der Wärmedehnung des Hydraulikfluids möglich.
Die erste und/oder die zweite Sperrventiluntereinheit können je wenigstens zwei gesonderte, im Wesentlichen identische Sperrventile aufweisen, die in Reihe geschaltet sind. Hierdurch wird die Ausfallsicherheit der Sperrventiluntereinheit erhöht. Wenn ein Sperrventil aufgrund eines Defekts nicht mehr oder nicht mehr vollständig sperrt, so steht immer noch das andere Sperrventil zur Verfügung, um den Fluidstrom vollständig zu sperren. Bei den Sperrventilen handelt ist sich vorzugsweise um solche, die in beide Flussrichtungen eine Sperrung des Fluidstroms bewirken können.
Die erste und/oder die zweite Sperrventileinheit können elektromagnetisch betätigbar sein, wobei sie im stromlosen Zustand gesperrt sind. Wegen der elektromagnetischen Betätigung kann die Sperrventileinheit einfach durch eine elektronische Steuervorrichtung geschaltet werden. Im Falle einer Störung des hydraulischen Antriebsystems reicht es aus, dieses vollständig stromlos zu schalten, um es in einen sicheren Zustand zu bringen, in dem die Stellglieder unbeweglich in der aktuellen Stellung verharren. Der gesperrte Zustand wird vorzugsweise mit einer Rückstellfeder geschaltet.
Dem Stellglied können ein Stellungsgeber und eine Stellungsregeleinrichtung zugeordnet sein, welche mit der Drehzahlsteuereinrichtung verbunden sind, wobei die Stellungsregeleinrichtung die Stellung des Stellglieds durch Vorgabe einer Solldrehzahl an die Drehzahlsteuereinrichtung regeln kann. Mit dieser Ausführungsform kann jede beliebige Zwischenstellung des Stellgliedes angefahren werden. Ergänzend zur Stellungsregelung kann eine Geschwindigkeitsregelung des Stellglieds vorgesehen sein. Bei den Stellungsgebern handelt es sich vorzugsweise um ein Seil- bzw. Bandzuggeber.
Der zweiten Hydraulikpumpe kann eine elektromagnetisch verstellbare Drossel zugeordnet sein, welche mit wenigstens einem Druckanschluss der zweiten Hydraulikpumpe und einem Tank der ersten Hydraulikpumpe verbunden ist, wobei die Drehzahlsteuereinrichtung anstelle einer Absenkung der Solldrehzahl die Drossel öffnen kann. Bei der zweiten Hydraulikpumpe handelt es sich vorzugsweise um eine besonders kostengünstig Ausführungsform, beispielsweise um eine Innenzahnradpumpe. Derartige Hydraulikpumpen nutzen das Hydraulikfluid zur Schmierung ihrer beweglichen Teile, so dass die Hydraulikpumpe immer mit einer bestimmten Mindestdrehzahl laufen muss. Durch die vorgeschlagene verstellbare Drossel kann diese Mindestrehzahl auch dann eingehalten werden, wenn das Stellglied besonders langsam verfahren werden soll. Der überschüssige Fluidstrom wird über die Drossel in den Tank abgeleitet. Über den Öffnungsquerschnitt der Drossel kann der Pumpendruck geregelt werden. Es kann vor und hinter der Hydraulikpumpe je eine gesonderte Drossel vorgesehen sein, damit für beide Drehrichtungen der Hydraulikpumpe je eine gesonderte Drossel zur Verfügung steht. Es kann jedoch auch nur eine Drossel vorgesehen sein, die über ein Wegeventil mit einer der beiden Druckanschlüsse der zweiten Hydraulikpumpe verbindbar ist.
Der Stellungsgeber kann wenigstens zwei voneinander unabhängige Stellungserfassungsmittel aufweisen, wobei die Stellungsregeleinrichtung das hydraulische Antriebssystem in einen sicheren, vorzugsweise stromlosen Zustand versetzen kann, wenn die unabhängigen Stellungserfassungsmittel voneinander abweichende Stellungen des Stellglieds melden. Hierdurch kann eine Störung eines der Stellungserfassungsmittel erkannt werden, wobei das hydraulische Antriebssystem darauf hin in einen sicheren Zustand versetzt werden kann, in dem sämtliche Stellglieder an ihrer aktuellen Stellung gesperrt sind.
Es kann wenigstens ein Pumpendruckbegrenzungsventil vorgesehen sein, welches mit einem Druckanschluss der zweiten Hydraulikpumpe verbunden ist, wobei zwischen der ersten Sperrventileinheit und dem Stellglied kein Hydraulikfluid aus dem hydraulischen Antriebssystem entweichen kann. Mit dem Pumpendruckbegrenzungsventil wird sichergestellt, dass ein vorgegebener Maximaldruck in der Anlage nicht überschritten wird, so dass kein Element des hydraulischen Antriebssystems wegen Überdruck platzt. Zwischen dem Stellglied und der ersten Sperrventileinheit darf jedoch kein solches Druckbegrenzungsventil vorhanden sein, damit das hydraulische Antriebssystem im Störungsfall zuverlässig still gesetzt werden kann. In einem solchen Störungsfall zieht man es vor, das hydraulische Antriebssystem bis an die Grenzen seiner Belastbarkeit zu beanspruchen, um Schäden im Umfeld der Anlage zu vermeiden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:

Fig. 1: einen Übersichtsplan dem zu entnehmen ist, wie die in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Teileinheiten des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems zusammengeschaltet sind;
Fig. 2: eine grobschematische Darstellung der Stelleinheit und der Schauspielbühne;
Fig. 3: einen hydraulischen Schaltplan der Speicherladeeinheit;
Fig. 4: einen hydraulischen Schaltplan der Speichereinheit; und
Fig. 5: einen hydraulischen Schaltplan der Steuereinheit.

Fig. 1 zeigt einen Übersichtsplan dem zu entnehmen ist, wie die in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Teileinheiten des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems zusammengeschaltet sind. Dabei handelt es sich bei der Pumpenleitung P, der Tankleitung T, der Leckölleitung L, der Nebentankleitung T', der Arbeitsdruckleitung A und der Speicherdruckleitung B um hydraulische Verbindungsleitungen, während die Drucksensorleitung C, die erste Stellungsgeberleitung D und die zweite Stellungsgeberleitung E elektrische Verbindungsleitungen sind.
Fig. 2 zeigt eine grobschematische Darstellung der Stelleinheit 20 und der Schauspielbühne 10. Das Stellglied 25 wird von einem Hydraulikzylinder gebildet, dessen kolbenstangenseitiger Zylinderraum 27 über die Arbeitsdruckleitung A mit der ersten Sperrventileinheit (Nr. 90; Fig. 5) verbunden ist. An den kolbenstangenseitigen Zylinderraum 27 ist ein erster Drucksensor 29 angeschlossen, der über die Drucksensorleitung C mit der Druckregeleinrichtung (Nr. 84; Fig. 5) verbunden ist. Der gegenüberliegende Zylinderraum 28 ist mit dem Umgebungsdruck verbunden, man spricht daher auch von einem Zugzylinder. Die Kolbenstange 26 des Stellglieds 25 ist über einen Flaschenzug 15 mit einem Seilkamm 13 verbunden, an dem das bewegliche Bühnenelement 11 der Schauspielbühne 10 hängt. Bei dem beweglichen Bühnenelement 11 kann es sich beispielsweise um ein Hintergrundbild des Bühnenbildes handeln, wobei für jeden Akt eines Theaterstücks ein anderes Hintergrundbild vorgesehen ist. Der Seilkamm 13 umfasst mehrere Umlenkrollen 14 für gesonderte Seile 12, die verteilt über die Breite des beweglichen Bühnenelements 11 angeordnet sind, so dass dieses über die gesamte Breite im Wesentlichen gleichmäßig aufgehängt ist. Der Flaschenzug 15 übersetzt eine vergleichsweise kleine Bewegung des Stellgliedes 25 in eine größere Bewegung des beweglichen Bühnenelements 11, wobei ein hydraulisches Stellglied die dadurch verursachten großen Stellkräfte problemlos aufbringen kann. Die äußere Belastung des Zylinders 25 ist dabei auf die halbe maximal zulässige Belastung ausgelegt. Die erste Rolle 16 des Flaschenzuges 15 ist drehbar mit der Kolbenstange 26 verbunden, wobei die zweite Rolle 17 drehbar mit einem (nicht dargestellten) Stahlgerüst der Schauspielbühne 10 verbunden ist.
Die Kolbenstange 26 des Stellglieds 25 ist weiterhin mit einem Stellungsgeber 22 verbunden, der mit zwei redundanten Stellungserfassungsmitteln 23 ausgestattet ist. Eines der Stellungserfassungsmittel 23 gibt ein digitales Inkrementalsignal aus, wobei das andere ein Absolutsignal ausgibt. Die Stellungserfassungsmittel 23 sind als Seil- bzw. Bandzuggeber ausgeführt, wobei das Zugmittel 24 mit dem freien Ende der Kolbenstange 26 fest verbunden ist. Die beiden Stellungserfassungsmittel 23 sind über die erste und die zweite Stellungsgeberleitung D; E mit der Stellungsregeleinrichtung (Nr. 81; Fig. 5) verbunden. Anstelle der beiden Stellungserfassungsmittel 23 kann ein einziges Stellungserfassungsmittel vorgesehen sein, dessen Zugmittel auf Reißen und/oder Durchhängen überwacht ist.
Hinzuweisen ist außerdem auf die verschiedenen Sicherheitsschalter 21 in Form von Getriebenockenendschaltern, mit denen bestimmte sicherheitskritische Stellungen des Stellgliedes gesondert überwacht werden können, man spricht daher auch von Notendschaltern 21. Diese sind vorzugsweise in der Nähe des Stellgliedes 25 und nicht an dem beweglichen Bühnenelement 11 angebracht, damit die Stelleinheit 20 mit allen Funktionseinheiten als modulare Baueinheit ausgeführt werden kann.
Fig. 3 zeigt einen hydraulischen Schaltplan der Speicherladeeinheit 30. Die Speicherladeinheit 30 umfasst eine erste Hydraulikpumpe 31, die mit einem Elektromotor 32 in Drehantriebsverbindung steht. Diese können mit einer (nicht dargestellten) elektrisch oder hydraulisch schaltbaren Bremse ausgestattet sein, welche durch eine Feder geschlossen gehalten wird. Bei dem Elektromotor 32 handelt es sich vorzugsweise um einen Asynchronmotor mit einer festen Betriebsdrehzahl und -drehrichtung. Die erste Hydraulikpumpe 31 weist ein stufenlos verstellbares Verdrängungsvolumen auf und ist vorzugsweise als Schrägscheiben- oder Schrägachsenmaschine ausgeführt. Die erste Hydraulikpumpe 31 ist mit einer hydraulischen Verstelleinrichtung 33 zur Verstellung des Verdrängungsvolumens ausgestattet, welche in Richtung eines kleinen Verdrängungsvolumens mit einer Feder vorgespannt ist. Die Verstelleinrichtung 33 ist mit einem hydraulisch arbeitenden Druckregler 34 verbunden, an dem der Sollwert des Pumpenförderdrucks manuell einstellbar ist.
Die Saugseite der ersten Hydraulikpumpe 31 ist mit einem Tank 40 verbunden, der mit einem manuell betätigbaren Ablassventil 41 und einer Füllstandsüberwachung 42 ausgestattet ist, wobei der Tank 40 im Betrieb mit Hydraulikfluid, vorzugsweise Hydrauliköl, gefüllt ist. Der Tank 40 ist in Form eines geschlossenen Behälters ausgeführt, der über einen zweistufigen Luftfilter 43 zur Belüftung mit der Umgebungsluft verbunden ist, so dass der Druck in dem Tank 40 im Wesentlichen gleich dem Umgebungsdruck ist.
Ingesamt sind drei hydraulische Rücklaufleitungen T, L und T' vorgesehen. Die Tankleitung T ist mit einem Rücklaufölfilter 44 ausgestattet. Der Rücklaufölfilter 44 weist wiederum ein stark vorgespanntes Rückschlagventil 45 auf, welches öffnet, wenn der Rücklaufölfilter 44 wegen zu spätem Filterwechsel stark verschmutzt ist, so dass das hydraulische Antriebssystem auch dann noch notdürftig weiterbetrieben werden kann. Die Leckölleitung L und die Nebentankleitung T' sind nicht mit einem Filter versehen.
An die Druckseite der ersten Hydraulikpumpe 31 ist das Hauptdruckbegrenzungsventil 50 angeschlossen, dessen Ablaufleitung direkt in den Tank 40 führt. Das Hauptdruckbegrenzungsventil 50 ist im Normalbetrieb des hydraulischen Antriebsystems geschlossen, da der am Druckregelventil 34 eingestellte Betriebsdruck deutlich kleiner als der Auslösdruck des Hauptdruckbegrenzungsventils 50 ist.
Nach dem Hauptdruckbegrenzungsventil 50 ist ein Rückschlagventil 51 in der Pumpenleitung P angeordnet, welches ein Rückströmen von Hydraulikfluid aus dem Antriebssystem insbesondere der Speichereinheit in die erste Hydraulikpumpe unterbindet, wenn diese nicht angetrieben ist.
Nach dem Rückschlagventil 51 ist ein Manometer 53 zur Anzeige des Pumpenförderdrucks vorgesehen. Weiter ist ein manuell betätigbares Ablassventil 52 vorgesehen, welches geöffnet wird, wenn das hydraulische Antriebssystem von Hydraulikfluid entleert werden soll. Außerdem ist ein manuell betätigbares Absperrventil 54 vorgesehen, welches geschlossen wird, wenn die Speicherladeeinheit von der Speicherladeeinheit 30 getrennt wird, damit kein Hydraulikfluid aus der Speicherladeeinheit 30 entweicht. Zuletzt ist in der Pumpenleitung P ein Vorlaufölfilter 55 vorgesehen, der mit einer Verschmutzungsüberwachung 56 ausgestattet ist. Sobald diese eine übermäßige Verschmutzung des Vorlaufölfilters 55 anzeigt, sind der Vorlauf- und der Rücklaufölfilter 55; 44 zu wechseln.
Anstelle der gesonderten Speichereinheit 30 kann, bei entsprechend angepasster Beschaltung, auch die zweite Hydraulikpumpe zum Laden der Speichereinheit eingesetzt werden.
Fig. 4 zeigt einen hydraulischen Schaltplan der Speichereinheit 60. Die vorliegende Speichereinheit 60 umfasst vier gesonderte, identische Speicherkammereinheiten 63, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei je nach Speichervolumenbedarf eine beliebige Anzahl an Speicherkammereinheiten 63 vorgesehen sein kann. Der Speichervolumenbedarf ergibt sich aus dem maximalen Fluidvolumen, welches zwischen der Speichereinheit 60 und den Stellgliedern im Betrieb hin- und herströmt. Hierbei kommt es entscheidend darauf an, wie viele Stellglieder gleichzeitig betätigt werden.
Jede Speicherkammereinheit 63 umfasst eine Speicherkammer 64, die in Form eines Blasen- oder eines Kolbenspeichers ausgeführt sein kann. Es können auch Kolbenspeicher mit nachgeschalteten Gasspeichern vorgesehen sein, um Energieverluste durch Erwärmung der Speicherkammern 64 zu minimieren. Auf der einen Seite der durch die Gummiblase oder den Kolben definierten, beweglichen Trennwand 68 ist ein komprimierbares Gas, insbesondere Stickstoff, in einem abgeschlossenen Gasraum angeordnet. Auf der anderen Seite der Trennwand 68 wird über die Pumpenleitung P so lange Hydraulikfluid eingefüllt, bis sich in der abgeschlossenen Speicherkammer 64 der am Druckregler (Nr. 34; Fig. 3) eingestellte Druck einstellt. Wegen der Parallelschaltung der Speicherkammereinheiten 61 stellt sich in allen Speicherkammern 64 der gleiche Fülldruck ein. Anstelle der manuellen Druckeinstellung am Druckregler der ersten Hydraulikpumpe kann auch eine Zweipunkt-Druckregelung für die Speichereinrichtung 60 vorgesehen sein.
Jede Speicherkammereinheit 63 ist mit einem Speicherdruckbegrenzungsventil 67 ausgestattet mit dem sichergestellt wird, dass die Speicherkammer 64 nicht platzt, insbesondere dann, wenn Hydraulikfluid von dem Stellglied über die Steuereinheit in die Speichereinheit 60 gefördert wird. Das Speicherdruckbegrenzungsventil 67 ist mit der Tankleitung T verbunden, so dass das überschüssige Hydraulikfluid gefiltert in den Tank zurückfließt. Weiter ist jede Speicherkammereinheit 63 mit einem manuell betätigbaren Speicherabsperrventil 65 ausgestattet, welches beispielsweise dann geschlossen wird, wenn die Speicherkammer 64 im Wartungsfall gewechselt wird. Weiter ist jede Speicherkammereinheit mit einem manuell betätigbaren Speicherablassventil 66 ausgestattet, welches geöffnet wird, wenn die Speicherkammer komplett von Hydraulikfluid entleert werden soll, insbesondere wenn das hydraulische Antriebssystem stillgelegt wird. Das Hydraulikfluid fließ dann über Tankleitung T gefiltert in den Tank.
Hinzuweisen ist auf das Rückschlagventil 61 in der Pumpenleitung P welches verhindert, dass Hydraulikfluid aus der Speichereinheit 60 in Richtung der Speicherladeeinheit zurückfließt, insbesondere, wenn die Speichereinheit 60 von der Speicherladeeinheit getrennt ist. Weiter ist die gesamte Speichereinheit 60 mit einem manuell betägigbaren Absperrventil 62 versehen, welches beispielsweise dann geschlossen wird, wenn die Speichereinheit 60 von der Steuereinheit getrennt wird. Über das genannte Absperrventil 62 sind die Speicherdruckleitung B und die Pumpenleitung P miteinander verbunden.
Fig. 5 zeigt einen hydraulischen Schaltplan der Steuereinheit 70. Die Steuereinheit 70 umfasst die zweite Hydraulikpumpe 75, die beispielsweise in Form einer Innenzahnradpumpe ausgebildet ist, als Steuerelement. Die zweite Hydraulikpumpe 75 steht mit einem Elektromotor 76 in Drehantriebsverbindung, der beispielsweise als Synchron- oder Asynchronmotor ausgeführt ist. Der Elektromotor 76 wird über eine Drehzahlsteuereinrichtung 80 mit elektrischer Energie versorgt. Bei der Drehzahlsteuereinrichtung 80 kann es sich im Falle eines Synchronmotors um einen Frequenzumrichter handeln. Bevorzugt kommt jedoch ein Drehzahlregler zum Einsatz, der die von einem Drehgeber 77 am Elektromotor 76 erfasste Ist-Drehzahl auf eine vorgebbare Soll-Drehzahl einregelt. Die Drehzahlsteuereinrichtung 80 kann die Drehzahl des Elektromotors 76 und mithin der zweiten Hydraulikpumpe 76 stufenlos zwischen beiden Drehrichtungen verstellen. Dabei kann die Drehzahlsteuereinrichtung 80 elektrische Energie von der (nicht dargestellten) Stromversorgung, beispielsweise dem öffentlichen Stromnetz, auf den Elektromotor 76 übertragen, so dass die zweite Hydraulikpumpe 75 im Pumpenbetrieb arbeitet. Die Drehzahlsteuereinrichtung 80 kann aber auch elektrische Energie vom Elektromotor 76, der dann generatorisch arbeitet, zur Stromversorgung hin übertragen. Die zweite Hydraulikpumpe 75 arbeitet in diesem Fall als Motor. Ob Motor- oder Pumpenbetrieb vorliegt hängt von der Strömungsrichtung des Hydraulikfluids und vom Vorzeichen der Druckdifferenz an der zweiten Hydraulikpumpe 75 ab.
Beide Druckanschlüsse der zweiten Hydraulikpumpe 76 sind über je ein gesondertes Pumpendruckbegrenzungsventil 85 gegenüber Überdruck abgesichert. Die Pumpendruckbegrenzungsventile 85 sind über die Nebentankleitung T', in der kein Filter angeordnet ist, mit dem Tank verbunden. Die Pumpendruckbegrenzungsventile 85 sind im Normalbetrieb des hydraulischen Antriebssystems geschlossen. Parallel zu den Pumpendruckbegrenzungsventilen 85 ist je ein Nachsaugventil 86 in Form eines Rückschlagventils eingebaut, welches einen Fluidstrom vom Tank zur zweiten Hydraulikpumpe 75 zulässt, umgekehrt aber nicht. Ein derartiger Fluidstrom findet dann statt, wenn der Druck an einem Druckanschluss der zweiten Hydraulikpumpe unter den Umgebungsdruck fällt. In einem solchen Zustand könnte die zweite Hydraulikpumpe 75 durch Kavitation beschädigt werden, wobei ein solcher Zustand nur unter außergewöhnlichen Umständen und nicht im Normalbetrieb des hydraulischen Antriebssystems auftritt. Weiter ist ein manuell betätigbares Ablassventil 73 vorgesehen, welches geöffnet wird, wenn die Steuereinheit 70 von Hydraulikfluid entleert werden soll, wobei das Hydraulikfluid über die Nebentankleitung T' ungefiltert in den Tank abfließt.
Die zweite Hydraulikpumpe 75 ist über die Arbeitsdruckleitung A mit dem Stellglied (Nr. 25; Fig. 2) verbunden. In die Arbeitsdruckleitung A ist ein manuell betätigbares Absperrventil 71 eingebaut, welches geschlossen wird, wenn die Steuereinheit 70 von der Stelleinheit getrennt werden soll. Zwischen dem Absperrventil 71 und der zweiten Hydraulikpumpe 75 ist eine erste Sperrventileinheit 90 eingebaut, welche eine erste und eine zweite parallel geschaltete Sperrventiluntereinheit 91; 92 umfasst. Die beiden Sperrventiluntereinheiten 91; 92, sind jeweils aus zwei in Reihe geschalteten Sperrventilen 94 zusammengesetzt, wobei die Sperrventile 94 der zweiten Sperrventiluntereinheit 92 einen kleineren freien Strömungsquerschnitt aufweisen als die der ersten Sperrventiluntereinheit 91. Vor den Sperrventilen 94 der zweiten Sperrventiluntereinheit 92 ist eine feste Drossel 93 eingebaut. Alle Sperrventile 94 der Sperrventileinheit 90 sind elektromagnetisch betätigt, wobei sie in Ruhestellung durch eine Rückstellfeder geschlossen gehalten werden, wobei sie den Fluidstrom in beide Richtungen sperren.
Mit der ersten Sperrventiluntereinheit 91 kann das Stellglied mit hoher Sicherheit still gesetzt werden. Hierbei ist anzumerken, dass zwischen der ersten Sperrventileinheit 90 und dem Stellglied für das Hydraulikfluid keine Möglichkeit besteht, aus dem hydraulischen Antriebssystem zu entweichen. Die zweite Sperrventiluntereinheit 92 wird nur dann geöffnet, wenn eine Stellungsänderung des Stellglieds aufgrund einer Wärmedehnung des Hydraulikfluids ausgeglichen werden soll. Im Übrigen ist die zweite Sperrventiluntereinheit 92 immer geschlossen. Die Sperrventile 94 der ersten Sperrventileinheit 90 sind vorzugsweise mit einer Schaltüberwachung ausgestattet, um die Sicherheit des hydraulischen Antriebssystems weiter zu erhöhen.
Zwischen der ersten Sperrventileinheit 90 und der zweiten Hydraulikpumpe 75 ist ein zweiter Drucksensor 82 vorgesehen, der zusammen mit dem ersten Drucksensor (Nr. 29; Fig. 2) an eine Druckregeleinrichtung 84 angeschlossen ist. Die Druckregeleinrichtung 84 kann zur Regelung der Druckdifferenz an der zweiten Sperrventileinheit 90 einen zeitlich veränderlichen Drehzahlsollwert an die Drehzahlsteuereinrichtung 80 vorgeben. Dies geschieht insbesondere dann, wenn die erste Sperrventileinheit 90 geöffnet werden soll. Damit dies ruckfrei geschieht, muss die genannte Druckdifferenz vor dem Öffnen Null betragen. Eben dieser Zustand kann durch die Druckregeleinrichtung 84 eingeregelt werden.
Die zweite Hydraulikpumpe 75 ist über die Speicherleitung B mit der Speichereinheit verbunden. In der Speicherdruckleitung B ist ein manuell betätigbares Absperrventil 72 angeordnet, welches geschlossen wird, wenn die Steuereinrichtung 70 von der Speichereinheit getrennt werden soll. Zwischen der zweiten Hydraulikpumpe 75 und dem genannten Absperrventil 72 ist eine zweite Sperrventileinheit 95 eingebaut, welche aus einem einzigen Sperrventil besteht. Dieses Sperrventil ist elektromagnetisch betätigbar, wobei es durch eine Rückstellfeder geschlossen gehalten wird, so dass es den Fluidstrom in beide Fließrichtungen sperrt. Durch die zweite Sperrventileinheit 95 wird verhindert, dass sich die Speichereinheit aufgrund von Leckölströmen in der zweiten Hydraulikpumpe 75 leert. Dementsprechend wird die zweite Sperrventileinheit 95 geschlossen, wenn das Stellglied still steht. Die genannten Leckölströme fließen über die Leckölleitung L ungefiltert in den Tank. Die Leckölleitung ist mit einem Rückschlagventil 74 versehen, welches verhindert, dass die zweite Hydraulikpumpe 75 über die Leckölleitung L aus dem Tank Hydraulikfluid ansaugt.
Hinzuweisen ist noch auf den dritten Drucksensor 83 in der Speicherdruckleitung B. Dieser zeigt den Speicherdruck an, wenn die zweite Sperrventileinheit 95 geöffnet ist.
Weiter ist auf die Stellungsregeleinrichtung 81 hinzuweisen, die über die erste und die zweite Stellungsgeberleitung D; E mit den beiden Stellungserfassungsmitteln des Stellungsgebers (Nr. 23; Fig. 2) verbunden ist. Die Stellungsregeleinrichtung kann der Drehzahlsteuereinrichtung 80 einen zeitlich veränderlichen Drehzahlsollwert vorgeben, um die Stellung und die Fahrgeschwindigkeit des Stellgliedes zu regeln.
Die Druckregeleinrichtung 84 und die Stellungsregeleinrichtung 81 sind vorzugsweise in Form eines Digitalrechners ausgeführt, welcher auch die übrigen Einrichtungen des hydraulischen Antriebssystems steuert. Vorzugsweise sind wenigstens zwei redundante Digitalrechner vorgesehen.

Bezugszeichenliste

P: Pumpenleitung
T: Tankleitung
T': Nebentankleitung
L: Leckölleitung
A: Arbeitsdruckleitung
B: Speicherdruckleitung
C: Drucksensorleitung
D: erste Stellungsgeberleitung
E: zweite Stellungsgeberleitung

10: Schauspielbühne
11: bewegliches Bühnenelement
12: Seil
13: Seilkamm
14: Umlenkrolle
15: Flaschenzug
16: erst Rolle
17: zweite Rolle

20: Stelleinheit
21: Sicherheitsschalter
22: Stellungsgeber
23: Stellungserfassungsmittel
24: Zugmittel
25: Stellglied
26: Kolbenstange
27: kolbenstangenseitiger Zylinderraum
28: gegenüberliegender Zylinderraum
29: erster Drucksensor
30: Speicherladeeinheit
31: erste Hydraulikpumpe
32: Elektromotor
33: hydraulische Verstelleinrichtung
34: Druckregler

40: Tank
41: Ablassventil des Tanks
42: Füllstandsensor
43: Luftfilter
44: Rücklaufölfilter
45: Rückschlagventil des Rücklaufölfilters

50: Hauptdruckbegrenzungsventil
51: Rückschlagventil
52: Ablassventil
53: Manometer
54: Absperrventil
55: Vorlaufölfilter
56: Verschmutzungsüberwachung

60: Speichereinheit
61: Rückschlagventil
62: Absperrventil
63: Speicherkammereinheit
64: Speicherkammer
65: Speicherabsperrventil
66: Speicherablassventil
67: Speicherdruckbegrenzungsventil
68: Trennwand
70: Steuereinheit
71: Absperrventil in der Arbeitsdruckleitung
72: Absperrventil in der Speicherdruckleitung
73: Ablassventil
74: Rückschlagventil
75: zweite Hydraulikpumpe
76: Elektromotor
77: Drehgeber

80: Drehzahlsteuereinrichtung
81: Stellungsregeleinrichtung
82: zweiter Drucksensor
83: dritter Drucksensor
84: Druckregeleinrichtung
85: Pumpendruckbegrenzungsventil
86: Nachsaugventil

90: erste Sperrventileinheit
91: erste Sperrventiluntereinheit
92: zweite Sperrventiluntereinheit
93: Drossel
94: Sperrventil
95: zweite Sperrventileinheit

Claims

Hydraulisches Antriebssystem zur Bewegung wenigstens eines beweglichen Bühnenelements (11) einer Schauspielbühne (10), wobei das hydraulische Antriebssystem eine erste Hydraulikpumpe (31), eine Speichereinheit (60), wenigstens ein Stellglied (25) und wenigstens eine erste Sperrventileinheit (90) umfasst, wobei die erste Hydraulikpumpe (31) Hydraulikfluid fördern kann, um die Speichereinheit (60) mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid zu füllen, wobei das Stellglied (25) mit dem beweglichen Bühnenelement (11) der Schauspielbühne in Antriebsverbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Hydraulikpumpe (75) an die Speichereinheit (60) angeschlossen ist, wobei sie den Fluidstrom von der Speichereinheit zu einem zugeordneten Stellglied (25) steuern kann, wobei die erste Sperrventileinheit (90) zwischen dem Stellglied (25) und der zweiten Hydraulikpumpe (75) angeordnet ist, so dass sie einen Fluidstrom vom Stellglied (25) zur Speichereinheit (60) wahlweise sperren kann, wobei die zweite Hydraulikpumpe (75), auch als Hydromotor betrieben werden kann, wobei die zweite Hydraulikpumpe (75) mit einem Elektromotor (76) in Drehantriebsverbindung steht, wobei der Elektromotor (76) mit einer Drehzahlsteuereinrichtung (80) verbunden ist, welche die Drehzahl des Elektromotors (76) auf einen vorgebbaren Sollwert einstellen kann.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlsteuereinrichtung (80) mit einer Stromversorgung verbindbar ist, wobei sie elektrische Energie in die Stromversorgung zurückspeisen kann, wenn die zweite Hydraulikpumpe (75) als Motor arbeitet.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Hydraulikpumpe (75) ein zweite Sperrventileinheit (95) zugeordnet ist, welche einen Fluidstrom von der Speichereinheit (60) zu der zweiten Hydraulikpumpe (75) wahlweise sperren kann.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und eine zweiter Drucksensor (29; 82) vorgesehen sind, wobei der erste Drucksensor (29) den Fluiddruck zwischen dem Stellglied (25) und der zugeordneten ersten Sperrventileinheit (90) bestimmen kann, wobei der zweite Drucksensor (82) den Fluiddruck zwischen der ersten Sperrventileinheit (90) und der zugeordneten zweiten Hydraulikpumpe (75) bestimmen kann, wobei eine Druckregeleinrichtung (84) vorgesehen ist, welche mit dem ersten und dem zweiten Drucksensor (29; 82) und der Drehzahlsteuereinrichtung (80) verbunden ist, wobei die Druckregeleinrichtung (84) die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Drucksensor (29; 82) durch Vorgabe eines Drehzahlsollwerts an die Drehzahlsteuereinrichtung (80) regeln kann.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sperrventileinheit (90) eine erste und eine zweite Sperrventiluntereinheit (91; 92) umfasst, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei die zweite Sperrventiluntereinheit (92) einen kleineren freien Strömungsquerschnitt aufweist als die erste Sperrventiluntereinheit (91).
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Sperrventiluntereinheit (91; 92) je wenigstens zwei gesonderte, im Wesentlichen identische Sperrventile (94) aufweist, die in Reihe geschaltet sind.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Sperrventileinheit (90; 95) elektromagnetisch betätigbar ist, wobei sie im stromlosen Zustand gesperrt ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Stellglied ein Stellungsgeber (22) und eine Stellungsregeleinrichtung (81) zugeordnet sind, welche mit der Drehzahlsteuereinrichtung (80) verbunden ist, wobei die Stellungsregeleinrichtung (81) die Stellung des Stellglieds durch Vorgabe einer Solldrehzahl an die Drehzahlsteuereinrichtung (80) regeln kann.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Hydraulikpumpe (75) eine elektromagnetisch verstellbare Drossel zugeordnet ist, welche mit wenigstens einem Druckanschluss der zweiten Hydraulikpumpe (75) und einem Tank (40) der ersten Hydraulikpumpe (31) verbunden ist, wobei die Drehzahlsteuereinrichtung (80) anstelle einer Absenkung der Solldrehzahl die Drossel öffnen kann.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stellungsgeber (22) wenigstens zwei voneinander unabhängige Stellungserfassungsmittel (23) aufweist, wobei die Stellungsregeleinrichtung (81) das hydraulische Antriebssystem in einen sicheren, vorzugsweise stromlosen Zustand versetzen kann, wenn die unabhängigen Stellungserfassungsmittel (23) voneinander abweichende Stellungen des Stellglieds (25) melden.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Pumpendruckbegrenzungsventil (85) vorgesehen ist, welches mit einem Druckanschluss der zweiten Hydraulikpumpe (75) verbunden ist, wobei zwischen der ersten Sperrventileinheit (90) und dem Stellglied (25) kein Hydraulikfluid aus dem hydraulischen Antriebssystem entweichen kann.
Schauspielbühne mit einem beweglichen Bühnenelement, wobei das bewegliche Bühnenelement mit dem Stellglied eines hydraulischen Antriebsystems nach einem der vorstehenden Ansprüche in Antriebsverbindung steht.