EP2531734A1

EP2531734A1 - Fluidbetätigter stellantrieb an einer armatur

Info

Publication number: EP2531734A1
Application number: EP11703597A
Authority: EP
Inventors: Max Schrobenhauser; Jochen Schaible; Stephan Schelp; Marcus Groedl
Original assignee: Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding GmbH
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2012-12-12
Also published as: CN102822536A; JP2013519047A; RU2012134331A; DE102010007152B4; WO2011095351A1; BR112012019657A2; US20130009080A1; DE102010007152A1; KR20120120286A; RU2548837C2; CN102822536B; US8973890B2; JP5820398B2

Abstract

Ein fluidbetätigter Stellantrieb an einer Armatur umfasst eine Basiseinheit (6) mit einem elektro-fluidischen Signalwandler und einer fluidischen Steuerung und mindestens einen unter Nutzung der fluidischen Steuerung betätigbaren Linearaktuator (4), dessen Schieber (11) direkt oder indirekt mit dem Eingang der Armatur gekoppelt ist. An einen Signaleingang der Basiseinheit ist eine Regeleinheit (22) angeschlossen, deren Signalausgang mit dem elektro-fluidischen Signalwandler in Verbindung steht und auf die das Istwertsignal eines der Armatur zugeordneten Messaufnehmers (24) zurückgeführt wird. Funktional zwischen dem Signaleingang und dem mindestens einen Linearaktuator ist ein, bevorzugt dem elektro-fluidischen Signalwandler nachgelagerter, fluidischer interner Regelkreis (27) angeordnet.

Description

Fluidbetätigter Stellantrieb an einer Armatur

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Stellantrieb an einer Armatur, insbesondere einer Absperr-, Sicherheits- oder Regelarmatur.

In der Praxis sind verschiedene Armaturen-Stellantriebe bekannt und im Einsatz. Neben verbreitet eingesetzten elektrischen Armaturen-Stellantrieben sind dies insbesondere auch fluidbetätigte Armaturen-Stellantriebe (vgl. z.B. EP 0665381 Bl, EP 1418343 Bl, EP 1593893 Bl und EP 2101061 AI) . Typischerweise umfassen derartige fluidbetätigte Armaturen- Stellantriebe einen Linearaktuator , dessen Schieber direkt oder indirekt mit dem Eingang der Armatur gekoppelt ist, und eine die fluidische Steuerung aufweisende Basiseinheit.

Letztere umfasst dabei typischerweise einen elektro- fluidischen Signalwandler, der insbesondere der fluidischen Steuerung vorgelagert sein und mit dieser zusammenwirken und ein proportionales Ausgangsverhalten aufweisen kann. An einem mit dem elektro- fluidischen Signalwandler in Verbindung stehenden bzw. diesem zugeordneten Signaleingang ist dabei weiterhin typischerweise eine externe elektrische Regeleinheit angeschlossen, welche Eingabemittel, einen Sollwerteingang, eine Regelelektronik, eine Kommunikations- einheit, einen Signalausgang und/oder einen Signalgeber umfassen kann. Im Sinne eines geschlossenen Regelkreises wird dabei das Istwertsignal eines der Armatur zugeordneten Messaufnehmers auf die elektrische Regeleinheit zurückgeführt .

Die EP 884481 A2 offenbart einen pneumatischen Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb, dessen Stellgröße einer einstellbaren Sollwertgröße nachgeregelt wird, insbe-

BESTÄTIGUNGSKOPIE sondere zur Positionierung von membran- und kolbenbetätigten Regelventilen proportional zu einem pneumatischen Eingangssignal. Dabei ist der Stellungsregler, um Druckverluste zu vermeiden, mit drei Hauptkomponenten versehen, nämlich einem Vergleicher, der die Stellgröße mit der Sollwertgröße vergleicht und eine Differenzgröße ausgibt, einem ersten Ventil, das im Strömungsweg von einer pneumatischen Druckquelle zum Stellantrieb liegt, im Ruhezustand geschlossen ist und durch die Differenzgröße ansteuerbar ist, und einem zweiten Ventil, das im Strömungsweg von einer Entlastungsöffnung des Stellantriebs zu einer Drucksenke liegt, im Ruhezustand geschlossen ist und durch die Differenzgröße ansteuerbar ist. Der Regelkreis des Stellungsreglers enthält einen pneumatischen Stellantrieb mit einem Stellelement in Form einer Betätigungsstange, welche die Stellgröße an das den Durchfluß des Ventils, Schiebers oder dergleichen bestimmende Element ankoppelt. Der Stellantrieb weist eine druckbeaufschlagte Membran auf, mit der das Stellelement verbunden ist. Die Hubbewegung des Stellelements wird über eine Getriebe, vorzugsweise ein Kurvengetriebe mit auswechselbaren Kurvenscheiben, dem einen Ende einer Druckfeder aufgegeben, deren anderes Ende den einen Arm eines zweiarmigen Hebels belastet, der in seiner Mitte schwenkbar gelagert ist. Ein Druck/Kraft -Wandler mit einer durch einen Sollwert -Druck beaufschlagten Membran drückt auf denselben Hebelarm wie die Druckfeder, aber in entgegengesetzter Richtung. Die durch die Druckfeder auf den Hebelarm ausgeübte Kraft wird im Fangbereich des Regelkreises mit der über die Membran ausgeübten, entgegengesetzten Kraft verglichen, indem sich ein Gleichgewicht zwischen diesen Kräften einstellt. Der

Druck/Kraft -Wandler bildet also mit der Druckfeder einen Sollwert/Istwert-Vergleicher . In diesem Vergleicher bildet die Druckfeder mit dem ihr vorgelagerten Kurvengetriebe einen Weg/Kraft -Wandler , der den Hub des Stellelements in die Istwert-Kraft umsetzt.

Die DE 3819122 C2 offenbart ein Verfahren zur Regelung der Position von Stellventilen mit Fluid oder elektromotorisch betriebenen, geregelten Stellantrieben, bei dem in einem vorherigen Versuch die Abweichungen zwischen der tatsächlichen und der idealen Zuordnung von Führungsgröße und Regelgröße des Stellventils in Abhängigkeit von der

Bewegungsrichtung erfaßt und ein aus dieser Abweichung gebildeter Korrekturwert dem Vergleicher von Führungsgröße und Regelgröße an der Regeleinrichtung zugestellt wird. Die Zustellung des Korrekturwerts erfolgt in Form einer Veränderung der dem Vergleicher zugestellten Signale von Führungsund/oder Regelgröße. Dabei wird der Korrekturwert der Regeleinrichtung derart zugestellt, dass die durch die Hysterese des Systems Stellventil mit geregeltem Stellantrieb bedingte Abweichung der Zuordnung von Führungsgröße und Regelgröße ausgeglichen wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, einen fluidbetätigten Armaturen-Stellantrieb bereitzustellen, der sich durch ein besonders günstiges Regelverhalten auszeichnet. Dies schließt insbesondere ein, dass auf das System einwirkende Störgrößen besonders schnell und effizient ausgeregelt werden.

Gelöst wird diese Aufgabenstellung durch den in Anspruch 1 angegebenen f luidbetätigten Stellantrieb an einer Armatur. In diesem Sinne zeichnet sich der erfindungsgemäße fluidbe- tätigte Armaturen- Stellantrieb insbesondere dadurch aus, dass funktional zwischen dem Signaleingang und dem mindestens einen Linearaktuator mindestens ein, bevorzugt dem elektro-f luidischen Signalwandler nachgelagerter, fluidischer interner Regelkreis angeordnet ist. Mit anderen Worten liegt bei dem erfindungsgemäßen fluidbetätigten Armaturen- Stellantrieb zwischen dem elektro-fluidischen Signalwandler und dem Linearaktuator nicht eine Steuerkette vor, sondern vielmehr ist in diesem Bereich des Systems mindestens ein fluidischer interner Regelkreis integriert bzw. eingebettet. Auf diese Weise ergibt sich eine mehrschichtige, d.h. in mehreren Ebenen erfolgende Regelung der betreffenden Armatur, indem nämlich innerhalb des konventionellen, über die elektrische Regeleinheit geführten Regelkreises in einer nachgeordneten Ebene ein zweiter, rein fluidisch wirkender interner Regelkreis vorgesehen ist. Auf diese Weise ergeben sich unerwartet ausgeprägte Vorteile für das Regelverhalten gleich in mehrfacher Hinsicht. Zum einen wirkt sich günstig aus, dass der zusätzliche fluidische interne Regelkreis funktional und systematisch nah an der Armatur angeordnet sein kann, so dass Störgrößen schon insoweit besonders effizient ausgeregelt werden können. Weiterhin ist die nach der vorliegenden Erfindung vorgesehene fluidische Regelung über den, insbesondere dem elektro- fluidischen Signalwandler nachgelagerten, fluidischen internen Regelkreis einer elektrischen Regelung hinsichtlich der Regeldynamik systematisch überlegen. Als Ergebnis stellt sich der erfindungsgemäße fluidbetätigte Armaturen-Stellantrieb als dem Stand der Technik hinsichtlich des Regelverhaltens deutlich überlegen dar .

Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung ist der fluidische interne Regelkreis als unterlagerter Positionsregelkreis ausgeführt. Bei dieser Weiterbildung des

erfindungsgemäßen Stellantriebs wird insbesondere die Position des Schiebers des mindestens einen Linearaktuators über den fluidischen internen Regelkreis nachgeregelt. Der weiter oben bereits dargelegte Vorteil der unmittelbaren, direkten Nachregelung des Linearaktuators in Reaktion auf mögliche Störgrößen ist in diesem Falle besonders ausgeprägt. Der auf diese Weise realisierte selbstregelnde Antrieb vereinfacht die Regelung der Armaturenstellung erheblich. Und es entfallen antriebsabhängige Unterschiede wie Reaktions- und Totzeiten .

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der elektro- fluidische Signalwandler mit einem geschlossenen Regelkreis, vorzugsweise einem Druck- oder Volumenstromregelkreis als unterlagerter Regelkreis ausgeführt ist. Dies ist insbesondere bei solchen erfindungsgemäßen Armaturen-Stellantrieben von Vorteil, bei denen die Druckfluid-Versorgung nicht dezentral, d.h. armaturennah, sondern vielmehr zentral organisiert ist.

In diesem Zusammenhang erweist sich gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung als günstig, wenn pneumatische Hilfsenergie verwendet wird und als elektro- fluidischer Signalwandler ein I/P-Konverter Verwendung findet. Dabei verfügt der I/P-Konverter bevorzugt über einen internen Drucksensor und einen internen Druckregelkreis. Statt einer gesteuerten Signalübertragung liegt hierein geschlossener elektrischer Druckregelkreis mit einem selbstregelnden Drucksteller vor. Die auf diese Weise erzielbare verbesserte Regelperformance führt zu optimierter Prozessbeherrschung und -qualität. Weiterhin ist günstig, wenn der I/P-Konverter über besonders energieeffiziente und hochdynamische Piezoventiltechnologie betrieben wird und/oder im eingeregelten Zustand keinen Eigenluftverbrauch aufweist, das Drucksensorsignal zur externen Verarbeitung an die elektrische Regeleinheit übertragen wird und/oder das pneumatische Anschlussbild zwischen Antrieb und I/P-Konverter VDI/VDE 3845 für einfachwirkende Antriebe entspricht.

Gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist, insbesondere bei Einsatz kompressibler

Druckfluide bei pneumatischen Antrieben, vorgesehen, dass der mindestens eine Linearaktuator als beidseitig fluid- beaufschlagter Aktuator ausgeführt ist, wobei beide Arbeitsräume ständig an eine Druckfluid-Versorgung angeschlossen sind. Werden in diesem Sinne beide Arbeitsräume des beidseitig fluidbeaufschlagten Linearaktuators direkt an die

Druckfluid-Versorgung angeschlossen bzw. von dieser beaufschlagt und zu Positionierzwecken, d.h. zur Veränderung der Position des Schiebers des Linearaktuators, einer der beiden Arbeitsräume gezielt entlüftet, ist der Schieber des Linearaktuators in jeder Betriebslage mit maximaler Steifigkeit eingespannt, was eine besonders gute Regelbarkeit erlaubt. Weiterhin kann mit einem solchen Aufbau sichergestellt werden, dass niemals Umgebungsluft in den Linearaktuator eingesogen wird, wodurch das Eindringen von Verunreinigungen in das System ausgeschlossen und die Lebensdauer erhöht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung besteht in dem kostengünstigen und sehr einfach zu beherrschenden Aufbau, indem ein doppelt wirkender Linearaktuator mit einem einzigen elektro-fluidischen Signalwandler geregelt werden kann. All die genannten Vorteile sind wiederum insbesondere bei pneumatischen erfindungsgemäßen Armaturen-Stellantrieben von besonderer praktischer Relevanz.

In Weiterbildung des vorstehend erläuterten fluidbetatigten Armaturen-Stellantriebs kann der fluidische interne Regelkreis insbesondere eine dem Linearaktuator vorgeschaltete Regelgruppe mit zwei relativ zueinander bewegbaren, Steuer- Öffnungen freigebenden bzw. verschließenden Bauteilen umfassen, von denen ein erstes Bauteil mit einem von einem Steuerdruck beaufschlagten Pilotzylinder und das zweite Bauteil mit dem Schieber des Linearaktuators gekoppelt ist. Dies ist wiederum besonders günstig im Falle der Ausführung des Linearaktuators als doppelt wirkender Linearaktuator , wobei dann die besagte Regelgruppe bevorzugt über jeweils eine Ablassleitung mit den beiden ständig an eine Druckfluid- Versorgung angeschlossenen Arbeitsräumen kommuniziert. Eine besonders günstige konstruktive Weiterbildung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Regelgruppe zwei Ablassventile aufweist, die jeweils einen innerhalb eines Gehäuses gegen eine Vorspannung verschiebbar gelagerten Ventilsitz umfassen .

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Armaturen-Stellantrieb zwei einander gegenüberstehende Linearaktuatoren und einen zwischen den beiden Linearaktuatoren angeordneten, deren Schieber miteinander koppelnden mechanischen Wandler umfasst. Der besagte mechanische Wandler kann dabei insbesondere die Linearbewegung der Schieber der beiden Linearaktuatoren in eine Drehbewegung umsetzen, nämlich wenn die Armatur ein verdrehbares Sperrglied aufweist, dessen Stellung mittels des Armaturen-Stellantriebs veränderbar ist. Besonders bevorzugt ist dabei der Stellantrieb als kompaktes, geschlossenes, nur einen elektrischen Eingang und einen auf den Eingang der Armatur wirkenden mechanischen Abtrieb aufweisendes fluidisches Antriebssystem baukastenartig aus einzelnen, zu einer Funktionseinheit zusammengefügten Komponenten in Form der Basiseinheit, der beiden Linearaktuatoren und des mechanischen Wandlers aufgebaut. Das Zusammenfügen der besagten Komponenten zu dem kompakten, geschlossenen fluidi- sehen Antriebssystems kann dabei insbesondere dadurch reali^¬ siert sein, dass die beiden Linearaktuatoren an den mechanischen Wandler angeflanscht sind, der seinerseits über eine Flanschverbindung mit der Basiseinheit verbunden ist. Dies ermöglicht, dass - gemäß einer wiederum bevorzugten Weiterbildung - sämtliche Fluidverbindungen zwischen der Basiseinheit und den Aktuatoren sowie gegebenenfalls dem

mechanischen Wandler innerhalb der betreffenden Komponenten verlaufen, so dass keinerlei freiliegende Fluidleitungen existieren. Die besagten Fluidverbindungen können dabei namentlich im Bereich der von ihnen durchsetzten Trennebenen zwischen den besagten Komponenten mit selbstschließenden Absperrungen ausgestattet sein, welche das Austreten von Fluid bzw. das unbeabsichtigte Eindringen von Verunreinigungen entlang der Trennebenen verhindern, insbesondere wenn einzelne Komponenten zum Zwecke der Wartung demontiert sind. Im Bereich der Absperrungen können dabei, insbesondere in diese integriert oder mit diesen jeweils zu einer Baueinheit verbunden, zusätzliche Filterelemente für das Fluid vorgesehen sein. Sämtlich vorstehend aufgezeigten, den erfindungsgemäßen Armaturen-Stellantrieb konstruktiv weiterbildenden technischen Gesichtspunkten erweisen sich als besonders vorteilhaft bei hydraulischen Armaturen-Stellantrieben gemäß der vorliegenden Erfindung. Sie wirken sich insbesondere dahingehend aus, dass auf Seiten des Anwenders der fluidbe- tätigte Armaturen-Stellantrieb hinsichtlich der Wartung und Unterhaltung als elektrischen Armaturen-Stellantrieben vollkommen gleichwertig angesehen wird, bei gleichzeitigem Erhalt der spezifischen Vorteile von f luidbetätigten gegenüber elektrischen Armaturen-Stellantrieben, nämlich der besonderen Kompaktheit, Energieeffizienz sowie Zuverlässigkeit und einfachen Realisierung von bei Bedarf hochdynamischen Si- cherheitsfunktionen, wobei letzteres insbesondere der Möglichkeit, fluidische Energie zu speichern, zu verdanken ist.

Es wurde weiter oben bereits angesprochen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Druckfluid-Versorgung sowohl zentral, d.h. für mehrere Armaturen-Stellantriebe gemeinsam, als auch dezentral, d.h. jeweils nur einem einzelnen Armaturen-Stellantrieb zugeordnet, organisiert sein kann. Im zuletzt genannten Falle umfasst besonders bevorzugt die

Basiseinheit des erfindungsgemäßen f luidbetätigten Armaturen-Stellantriebs eine Druckfluid-Versorgungseinheit . Im Falle eines hydraulisch betätigten Armaturen-Stellantriebs nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine solche

Druckf luid-Versorgungseinheit besonders bevorzugt ein aus einem Tank gespeistes Hydraulikaggregat mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe. Bei einem pneumatisch betätigen Armaturen-Stellantrieb nach der vorliegenden Erfindung umfasst die besagte Druckfluid-Versorgungseinheit demgegenüber bevorzugt eine von einem Elektromotor angetriebene, Umgebungsmedium - bevorzugt über ein Filtersystem - ansaugende Pneumatikpumpe. Ist der erfindungsgemäße fluidbe- tätigte Armaturen-Stellantrieb in dem vorstehenden Sinne als hydraulischer Stellantrieb ausgeführt, so kann er gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung einen für die Erstbefüllung des Fluidsystems mit Hydraulikfluid aus einer Kartusche geeigneten, insbesondere an der Basiseinheit angeordneten Füllanschluss aufweisen. Dies ermöglicht die anwenderseitige Inbetriebnahme eines hydraulisch arbeitenden Armaturen-Stellantriebs nach der vorliegenden Erfindung, ohne dass der Anwender in irgend einer Form mit Hydraulikf luid in Berührung kommt. Dies wiederum trägt dazu bei, die hinsichtlich ihres Betriebsverhaltens elektrischen Armaturen-Stellantrieben überlegenen (s.o.) hydraulisch betätig- ten Armaturen- Stellantriebe auch in solchen Anwendungen zum Einsatz zu bringen, in denen nutzerseitig besonderer Wert auf Sauberkeit und ein minimales Risiko, mit Hydraulikf luid in Kontakt zu kommen, gelegt wird.

Im Sinne einer hohen Ausfallsicherheit des Systems kann nicht nur, wie weiter oben bereits angesprochen, Fluid- energie in einem (insbesondere externen) Druckspeicher gespeichert werden, um im Falle eines Ausfalls der Druckfluid- Versorgung die Armatur zumindest noch in eine vorgegebene Sicherheitsstellung bringen zu können. Vielmehr kann auch, gegebenenfalls zusätzlich, in den mindestens einen Linearak- tuator eine mechanische Speicherfeder integriert sein. Besonders bevorzugt wird eine solche mechanische Speicherfeder dabei über fluidischen Druck vorgespannt und in der vorgespannten Stellung verriegelt, so dass sie den Schieber des Linearaktuators nicht in dem Sinne ständig beaufschlagt, dass permanent gegen die Kraft der mechanischen Speicherfeder gearbeitet werden müsste. In diesem Falle beaufschlagt die mechanische Speicherfeder den Schieber des zugeordneten Linearaktuators nur nach Betätigen einer Entriegelung, mittels derer eine die Speicherfeder sperrende Blockade aufgehoben wird. Eine solche im normalen Betriebsfall blockierend gesperrte, nur im Notfall durch Aufheben der Blockade freigegebene mechanische Speicherfeder kombiniert die Vorteile einer hohen Zuverlässigkeit des Armaturen-Stellantriebs mit weiteren Gesichtspunkten wie Wirtschaftlichkeit, Kompaktheit sowie Stelldynamik.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben bzw. ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung bevorzugter Ausführungs- beispiele der vorliegenden Erfindung. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen hydraulisch arbeitenden Armaturen-Stellantrieb nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine konstruktive Ausgestaltung eines bei dem

Armaturen- Stellantrieb nach Fig. 1 realisierten selbstgeregelten Positionsantriebs ,

Fig. 3 in schematischer Darstellung einen pneumatischen arbeitenden Armaturen-Stellantrieb nach der vorliegenden Erfindung und

Fig. 4 das Regelschema der in den Fig. 1 und 3 gezeigten

Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen flu- idbetätigten Armaturen-Stellantriebs .

Gemäß Fig. 1 ist einer als solches bekannten, einen linear bewegbaren Absperrschieber 1 umfassenden Absperrarmatur 2 ein hydraulisch arbeitender Armaturen-Stellantrieb 3 zugeordnet. Dieser umfasst als Hauptkomponenten einen Linearaktuator 4 und eine eine Druckfluid-Versorgungseinheit 5 und eine fluidische Steuerung aufweisende Basiseinheit 6. Der Linearaktuator 4 ist dabei als doppelt wirkender Hydraulikzylinder mit einem in einem Zylinder 7 geführten Kolben 8, der zwei gegensinnig beaufschlagte Arbeitsräume 9 und 10 voneinander trennt und mit einem Schieber 11 in Form einer Kolbenstange 12 verbunden ist, ausgeführt. Die Kolbenstange 12 wirkt dabei unmittelbar auf den Absperrschieber 1 der Absperrarmatur 2.

Die Druckfluid-Versorgungseinheit 5 umfasst in als solches bekannter Weise ein Hydraulikaggregat 13 mit einer durch einen Elektromotor 14 angetriebenen Hydraulikpumpe 15 und einem Tank 16 für die Hydraulikflüssigkeit. Die Basiseinheit 6 umfasst weiterhin fluidisch vorgesteuerte Ventile 17 und eine fluidische Schnittstelle 18, über die die Basiseinheit mit einem nachgeschalteten fluidischen Übersetzer 19 in Verbindung steht. Angesteuert werden die fluidisch vorgesteuerten Ventile 17 der Basiseinheit 6 - über zugeordnete Signaleingänge - durch elektro-fluidische Signalwandler in Form von Pilotventilen 20, auf die ihrerseits eine mit einer Kommunikationsschnittstelle 21 ausgestattete elektrische Regeleinheit 22 wirkt. Über die Kommunikationsschnittstelle

21 ist weiterhin ein - mit einer nicht dargestellten Sollwerteingabe verbundener - Sollwerteingang 23 an die Regel - einheit 22 angeschlossen.

Dem Absperrschieber 1 der Absperrarmatur 2 ist ein Positionssensor 24 zugeordnet, der über eine Kommunikations- schnittstelle 25 mit der Regeleinheit 22 verbunden ist und die Iststellung des Absperrschiebers 1 auf die Regeleinheit

22 zurückführt. Weiterhin ist eine optische Stellungsanzeige 26 vorgesehen.

In dem vorstehend dargelegten Umfang orientiert sich der Armaturen-Stellantrieb nach Fig. 1 an dem hinlänglich bekannten, verbreitet im Einsatz befindlichen Stand der Technik, so dass weitergehende Erläuterungen entbehrlich sind. Die grundlegende Abweichung des Armaturen-Stellantriebs 3 nach Fig. 1 gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass die Regeleinheit 22 dergestalt nicht direkt auf den Linearaktuator 4 wirkt, als funktional zwischen dem Signal - eingang der Basiseinheit 6 und dem Linearaktuator 4 ein dem elektro-fluidischen Signalwandler nachgelagerter fluidischer interner Regelkreis 27 existiert. Der fluidische Übersetzer 19 steht somit nicht in unmittelbarer hydraulischer Verbindung mit den Anschlüssen des Linearaktuators 4, sondern vielmehr mit einer rein hydraulischen, einen selbstgeregelten Positionsantrieb 28 umfassenden Regelgruppe 29.

Der selbstgeregelte Positionsantrieb 28 umfasst (vgl. Fig. 2) ein Gehäuse 30 und einen darin verschiebbar (Doppelpfeil A) geführten Schieber 31, der gegenüber dem Gehäuse 30 mittels der Dichtungsringe 32 abgedichtet ist. Weiterhin sind in dem Gehäuse 30 zwei Düseneinsätze 33 aufgenommen. Auch diese sind verschiebbar in dem Gehäuse 30 geführt, und zwar parallel zur Bewegungsrichtung A des Schiebers 31, und gegenüber dem Gehäuse 30 mittels der Dichtungsringe 34 abgedichtet. Sie sind weiterhin mittels Federn 35 gegen einen Anschlag 36 vorgespannt. Dabei liegen in der in Fig. 3 veranschaulichten neutralen Stellung des selbstgeregelten Positionsantriebs 28 die beiden Düseneinsätze dergestalt dichtend an Dichtkörpern 49 an, welche stirnseitig an dem Schieber 31 angeordnet sind, dass Steueröffnungen der Düseneinsätze 33 durch die besagten Dichtkörper 49 verschlossen sind.

Der Schieber 31 des selbstgeregelten Positionsantriebs 28 ist über eine Koppelstange 37, welche durch ein Fenster 48 hindurch das Gehäuse 30 durchsetzt, mit dem Schieber 11 des Linearaktuators 4 verbunden, so dass er dessen Bewegung unmittelbar folgt. Das Gehäuse 30 des selbstgeregelten Positionsantriebs 28 ist seinerseits verschiebbar. Seine Position wird von einem doppeltwirkenden Pilotzylinder 38

vorgegeben. Der Pilotzylinder 38 wird über die Basiseinheit 6 und den fluidischen Übersetzer 19 von der Regeleinheit 22 gesteuert; letztere gibt somit über den Pilotzylinder 38 die Position des Gehäuses 30 des selbstgeregelten Positionsantriebs 28 vor. Die beiden Arbeitsräume 9 und 10 des Linearaktuators 4 sind über Hochdruckleitungen 39 mit Strömungsdrosseln 40 ständig an die Hochdruckseite 41 der Druckfluid-Versorgungseinheit 5 angeschlossen, d.h. sind ständig mit deren Förderdruck beaufschlagt. Weiterhin stehen die beiden Arbeitsräume 9 und 10 des Linearaktuators 4 über jeweils eine Ablassleitung 42 mit jeweils einem Eingang 43 im Gehäuse 30 des selbstgeregelten Positionsantriebs 28 in Verbindung. Im eingeregelten Zustand herrschen auf diese Weise in den beidem Druckräumen 44 des selbstgeregelten Positionsantriebs 28 die gleichen Druckverhältnisse wie in den Arbeitsräumen 9 und 10 des Linearaktuators 4.

Wird durch entsprechende, durch die Regeleinheit 22 vorgegebene Beaufschlagung des Pilotzylinders 38 durch die Basiseinheit 6 und den fluidischen Übersetzer 19 das Gehäuse 30 des selbstgeregelten Positionsantriebs 28 in Richtung Anheben des Absperrschiebers 1 nach oben bewegt, so wird der obere der beiden Druckräume 44 durch die Bohrung 45 des zugeordneten Düseneinsatzes 33 hindurch mit der Niederdruckseite 46 der Druckfluid-Versorgungseinheit 5 verbunden. Der Druck in dem oberen Arbeitsraum 9 des Linearaktuators 4 fällt unter den im unteren Arbeitsraum 10 herrschenden Druck, so dass im Sinne einer Folgeregelung der Schieber 11 des Linearaktuators 4 angehoben wird, und zwar so weit, bis der mit dem Schieber 11 des Linearaktuators 4 gekoppelte Absperrschieber die Stellung erreicht, in der der mit ihm gekoppelte Schieber 31 des selbstgeregelten Positionsantriebs 28 beide Düseneinsätze 33 wieder verschließt. In diesem Sinne weist die Regelgruppe 29 zwei Ablassventile 47 auf, die jeweils einen innerhalb eines Gehäuses 30 gegen eine Vorspannung verschiebbar gelagerten Ventilsitz umfassen . Eine auf den Absperrschieber 1 wirkende Störgröße wird bei dem gezeigten System unmittelbar innerhalb des rein hydraulischen Regelkreises des selbstgeregelten Positionsantriebs 28 ausgeregelt, so dass insoweit kein regelnder Eingriff der Regeleinheit 22 erfolgt. Die Regelcharakteristik der Regeleinheit 22 ist hierauf abgestimmt.

Fig. 3 veranschaulicht eine hinsichtlich ihrer Funktion im Wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1 vergleichbare Ausführungsform, bei der allerdings die folgenden Abweichungen zu der Ausführungsform nach Fig. 1 hervorzuheben sind.

So weist die Absperrarmatur 2 statt eines Sperrschiebers ein um eine Achse 50 drehbares Sperrglied 51 auf. Dieses ist mit einer Welle 52 drehfest verbunden. Weiterhin kommen bei der Ausführungsform nach Fig. 3 zwei gegenläufige doppeltwirkende Linearaktuatoren 4 zum Einsatz. Diese sind paarweise gegensinnig an die weiteren Komponenten des Pneumatiksystems angeschlossen. Ferner wird die Linearbewegung der beiden Linearaktuatoren in einem mechanischen Wandler W in Rotation umgesetzt, indem die Schieber der Linearaktuatoren über Zahnstangen 53 auf ein mit der Welle 52 drehfest verbundenes Zahnrad 54 wirken.

Überdies arbeitet der Armaturen-Stellantrieb pneumatisch. Demgemäß umfasst die Druckfluid-Versorgungseinheit 5 statt einer Hydraulikpumpe einen Luftverdichter 55. Dieser saugt Umgebungsluft über einen Filter 56 an. Das Pneumatikfluid wird an der Niederdruckseite in die Umgebung abgeblasen, zu welchem Zweck dort ein Schalldämpfer 57 vorgesehen ist.

Im Übrigen erschließt sich die Ausführungsform nach Fig. 3 und deren Funktion dem Fachmann ohne weiteres aus den vor- stehenden Erläuterungen der Figuren 1 und 2, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf diese verwiesen wird.

Nach dem in Fig. 4 veranschaulichten Regelschema gelangt über den Kommunikationseingang 60 ein Eingangssignal zu dem Stellungsregler 61 (vgl. Regeleinheit 22) . Dieser kann, wie bei den Figuren 1 und 3 gezeigt, direkt auf einen Fuidstel- ler 62 (vgl. Pilotventile 20) wirken, der auf einen Fluidübersetzer 63 (vgl. hydraulisch vorgesteuerte Ventile 17) wirkt, welcher seinerseits auf einen weiteren Fluidübersetzer 64 (vgl. fluidischer Übersetzer 19) wirkt. Zwischen den Stellungsregler 61 und den weiteren Fluidübersetzer 64 kann indessen, wie in der Beschreibung allgemein erläutert, auch ein einen selbstregelnden Drucksteller umfassender unterla- gerter Druckregelkreis 65 mit einem Druckregler 66, auf den das Signal eines Drucksensors 67 rückgeführt wird, integriert sein. Der Ausgang des weiteren Fluidübersetzers 64 wirkt auf den Positionsregler 68 (vgl. Regelgruppe 29), der in Verbindung mit dem Linearantrieb 69 (vgl. Linearaktuator 4) und dem Wegaufnehmer 70 (vgl. Koppelstange 37) einen einen selbstregelnden Positionsantrieb umfassenden unterlagerten Positionsregelkreis 71 bildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wirkt der Linearantrieb 69 auf einen

Drehwandler 72 (vgl . mechanischer Wandler W) , dessen Ausgang auf die Armatur 73 (vgl. Absperrarmatur 2) wirkt. Die Position des Drehwandlers 72 kann in der Stellungsanzeige 74 (vgl. Stellungsanzeige 26) optisch angezeigt werden. Weiterhin wird über einen Positionssensor 75 (vgl. Positionssensor 24) die Iststellung des Linearantriebs (Ausführungsform nach Fig. 1) bzw. des Drehwandlers (Ausführungsform nach Fig. 3) erfasst und, zur Bildung eines Regelkreises 76 für Armaturenstellung, auf den Stellungsregler 61 rückgeführt.

Claims

Patentansprüche

1. Fluidbetätigter Stellantrieb an einer Armatur,

insbesondere einer Absperrarmatur (2) , Sicherheitsoder Regelarmatur, umfassend eine die fluidische Steuerung, der ein elektro- fluidischer Signalwandler, vorzugsweise mit proportionalem Ausgangsverhalten, vorgelagert ist, aufweisende Basiseinheit (6) und mindestens einen unter Nutzung der fluidischen

Steuerung betätigbaren Linearaktuator (4), dessen Schieber (11) direkt oder indirekt mit dem Eingang der Armatur gekoppelt ist, wobei die Basiseinheit einen mit dem elektro- fluidischen Signalwandler und in dessen Folge mit der fluidischen Steuerung in

Verbindung stehenden Signaleingang umfasst, an den eine externe, Eingabemittel, Sollwerteingang,

Regelelektronik, vorzugsweise mit

Kommunikationseinheit, einen mit dem elektro- fluidischen Signalwandler in Verbindung stehenden Signalausgang und einen Signalgeber umfassende elektrische Regeleinheit (22) angeschlossen ist, auf die das Istwertsignal eines der Armatur zugeordneten Messaufnehmers (24) zurückgeführt wird, wobei

weiterhin funktional zwischen dem Signaleingang und dem mindestens einen Linearaktuator ein, bevorzugt dem elektro-fluidischen Signalwandler nachgelagerter, fluidischer interner Regelkreis (27; 65, 71)

angeordnet ist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidische interne Regelkreis als

unterlagerter Positionsregelkreis (27; 71) ausgeführt ist .

3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektro- fluidische

Signalwandler mit einem geschlossenen Regelkreis, vorzugsweise einem Druck- oder Volumenstromregelkreis (65) als unterlagerter Regelkreis ausgeführt ist.

4. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine

Linearaktuator (4) als beidseitig fluidbeauf schlagter Aktuator ausgeführt ist, wobei beide Arbeitsräume (9, 10) ständig an eine Druckversorgung angeschlossen sind.

5. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidische interne Regelkreis (27; 71) eine dem Linearaktuator (4) vorgeschaltete Regelgruppe (29) mit zwei relativ zueinander

bewegbaren, Steueröffnungen freigebenden bzw.

verschließenden Bauteilen umfasst, von denen ein erstes Bauteil mit einem von einem Steuerdruck beaufschlagten Pilotzylinder (38) und das zweite Bauteil mit dem Schieber (11) des Linearaktuators (4) gekoppelt ist.

6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgruppe (29) über jeweils eine

Ablassleitung (42) mit den beiden Arbeitsräumen (9, 10) kommuniziert.

7. Stellantrieb nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgruppe (29) zwei

Ablassventile (47) aufweist, die jeweils einen innerhalb eines Gehäuses (30) gegen eine Vorspannung verschiebbar gelagerten Ventilsitz umfassen.

8. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei einander

gegenüberstehende Linearaktuatoren (4) und einen zwischen den beiden Linearaktuatoren angeordneten, deren Schieber miteinander koppelnden mechanischen Wandler (W) umfasst.

9. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er Anzeigemittel (26),

Endschalter, Endanschläge, Endlagendämpfer, manuelle Betätigungsmittel und/oder Positionssensoren (24) aufweist .

10. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (6) eine

Druckfluid-Versorgungseinheit (5) umfasst.

11. Stellantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfluid-Versorgungseinheit (5) ein aus einem Tank (16) gespeistes Hydraulikaggregat (13) mit einer von einem Elektromotor (14) angetriebenen Pumpe (15) umfasst.

12. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass er einen für die

Erstbefüllung des Fluidsystems mit Hydraulikfluid aus einer Kartusche geeigneten, insbesondere an der

Basiseinheit (6) angeordneten Füllanschluss aufweist.

13. Stellantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfluid-Versorgungseinheit einen von einem Elektromotor (14) angetriebenen, Umgebungsmedium bevorzugt über ein Filtersystem (56) ansaugenden

Pneumatikverdichter (55) umfasst.

14. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, dass pneumatische Hilfsenergie verwendet wird und als elektro- fluidischer

Signalwandler (20) ein I/P-Konverter Verwendung findet .

15. Stellantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der I/P-Konverter über einen internen Drucksensor (67) und einen internen Druckregelkreis (65) verfügt.

16. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 13 oder 14,

dadurch gekennzeichnet, dass der I/P-Konverter über besonders energieeffiziente und hochdynamische

Piezoventiltechnologie betrieben wird.

17. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 15 bis 16,

dadurch gekennzeichnet, dass der I/P-Konverter im eingeregelten Zustand keinen Eigenluftverbrauch aufweist .

18. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 17,

dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksensorsignal zur externen Verarbeitung an die elektrische Regeleinheit übertragen wird.