EP3189240B1 - Hydraulischer stellantrieb mit einer feder zur überführung in einer notfallstellung - Google Patents

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EP3189240B1
EP3189240B1 EP15759729.5A EP15759729A EP3189240B1 EP 3189240 B1 EP3189240 B1 EP 3189240B1 EP 15759729 A EP15759729 A EP 15759729A EP 3189240 B1 EP3189240 B1 EP 3189240B1
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EP
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bracing
hydraulic
cylinder
piston
emergency
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Eh-D GmbH
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    • F15B2211/875—Control measures for coping with failures
    • F15B2211/8752—Emergency operation mode, e.g. fail-safe operation mode

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic device for driving a hydraulically regulated or to be set actuator with the features of the preamble of claim 1.
  • Out DE 10 2008 025 054 B4 shows a hydraulic device with which hydraulically an actuator can be regulated or placed with respect to its position.
  • the hydraulic device to a motor which is arranged in a motor housing.
  • a surge tank is integrated into the hydraulic device.
  • the motor is coupled to a hydraulic pump disposed in a pump housing, the hydraulic pump being adapted to allow hydraulic fluid to be conveyed in two directions, forward and reverse directions, to precisely control the actuator in both directions or to be able to ask.
  • the hydraulic actuator comprises a drive cylinder having a first and second cylinder chamber and a drive piston arranged therebetween, to which a drive shaft which is displaceable in the longitudinal direction is mounted.
  • the drive axle can be used to move or control elements to be controlled such as valves, switches, robot arms and the like.
  • the invention has the object of providing a device with the features of the preamble of claim 1 in such a way that it can be prepared and maintained the operational readiness of the device including the emergency shutdown, after reaching the operational readiness a rule-setting or switching operation with high Precision and adaptability can be carried out to the respective application areas and an emergency shutdown can be carried out safely and with high or defined speed.
  • This object is achieved by the characterizing features of claim 1, advantageous Developments emerge from the subclaims 2-15.
  • the device comprises a clamping cylinder for an emergency closing spring.
  • a clamping cylinder space and a tensioning piston which can be coupled to the drive axle are arranged.
  • the emergency closing spring can be hydraulically tensioned into a tensioning or emergency release position, wherein the tensioning cylinder space is connected to an outlet of the hydraulic pump in such a way that hydraulic fluid can be filled by the hydraulic pressure of the hydraulic pump.
  • the emergency closing spring is transferred to a cocked position and hydraulically locked in this cocked position by check valves.
  • a controlled seat valve is connected, by which the Notschrotefeder can be transferred from the cocked standby position in an emergency release, including both the Notschegafeder holding in standby position, located in the clamping cylinder chamber hydraulic fluid and the hydraulic cylinder located in the first cylinder chamber is removed via the controlled seat valve to transfer the drive axle in an emergency release position.
  • Emergency release position may be replaced by emergency position (open or closed)
  • the hydraulic pump of the hydraulic device thus serves, on the one hand, to tension the emergency closing device and to transfer it to a standby position, but on the other hand, by subsequent operation in the forward and reverse directions, the hydraulic actuator with the drive cylinder in the first and second cylinder chamber and to move to cause a regulation or the start of a certain position of the coupled valve or switch, robot element or the like.
  • the discharge of the clamping cylinder space in the case of emergency release on the one hand and the emptying of the first, the Notschiquefeder remote cylinder space of the drive cylinder is effected by one and the same seat valve, which can also be referred to as emergency release valve, the simultaneous discharge of the hydraulic chambers to a very fast response of the emergency release function leads.
  • the hydraulic device with its emergency stop function is suitable for valves of all types of media and for mechanical actuation.
  • the basic principle is that at Power failure or targeted shutdown by the mechanical spring a defined position in a very short or defined time can be achieved safely. Examples are valves in gas and water pipes, in steam supply to turbines, pipeline valves, valves in chemical plants and electrical switches for high performance and the like ..
  • both the production of operational readiness as well as the control and setting process or the emergency shutdown of the device is achieved with reduced funds.
  • a regulation of the device is made against the actual process forces acting on the device and not against the force of the emergency closing spring.
  • the potential energy namely the spring preload is built up and stored with the hydraulic pump, which also carries out a regulating or adjusting process. With the storage a considerable energy saving is connected.
  • the ready state is established, subsequently a linear displacement or force control of the actuator can be carried out with high accuracy.
  • One or more positions can be approached or switching operations executed. After successful setting or switching operations, the drive of the hydraulic pump can be switched off. If position deviations occur, they can be corrected again. This achieves a further reduction of the required operating energy.
  • the emergency closing procedure is forced to be triggered in the event of a power failure or disconnection of the seat or emergency valve.
  • the emergency valve executes a positive opening and connects all hydraulic cylinder chambers with the expansion tank and the spring chamber.
  • the preloaded spring can thus move all pistons and especially the linear drive in a defined end position.
  • the closing time is very short or definable, namely in the range of a few milliseconds, with a time definition by installation of throttles or flow control valves is possible.
  • the emergency valve is constructed so that the outflow of the pressurized medium through a conical seat or insert seat occurs in such a way that the media flow opens the valve.
  • the opening can be additionally supported by an opening spring.
  • the valve is closed by an electric magnet or otherwise acting closing mechanisms.
  • the drive cylinder 1 of in FIG. 1 shown device is electrically disconnected in the basic position extended on the stop 6 and is pressed with the force of the emergency closing spring 16 against this. If the emergency drive is mounted on actuated elements, in particular valves, then the basic position is already present Reaching the stop 6. The force of the extended emergency closing spring 16 then acts z. B. on a mounted valve and ensures a safe closure (position in an emergency).
  • the controlled seat valve 50 (emergency valve) must first be switched. During the entire operating time of this valve 50 must be in blocking position 52. Furthermore, the potential energy for an emergency closing process must be established. If the hydraulic pump 32 is conveyed through the cylinder space 5 and through the check valve 37 into the clamping cylinder space 12, the tensioning piston 11 moves as far as the piston stop 14 (FIG. Figur1 and 5 ). The emergency closing spring 16 is so tense. The clamping pressure can increase in height to the limit by the pressure limiting valve 33. The reaching of the end position can be signaled by a pressure sensor 64 or displacement sensor 60, 61 to monitor the position, or to initiate further control steps.
  • the hydraulic pump 32 can remove the medium to be pumped through the check valve 34 from the spring chamber 13.
  • the clamping piston 11 is locked by the check valves 36, 37 and the valve 50 in the blocking position 52.
  • tensioning the emergency closing spring 16 the drive axle 2 remains with the drive piston 3 and the driving piston 21 in the basic position ( FIG. 5 ).
  • the medium can flow through the volume flow-dependent 2-way valve 24.
  • the position to be reached may be path, force or pressure or a signal from a mounted element.
  • the direction of rotation and delivery rate of the hydraulic pump 32 determines the direction of movement and speed of the drive axle 2.
  • the medium is respectively from the cylinder chambers 4 and 5 promoted back and forth ( FIG. 1 ).
  • the respective pressure builds up according to the adjusting forces to be overcome. Due to temperature changes, compression or leakage possibly missing medium in the intake of the hydraulic pump 32 can be removed through the respective check valve 34 or 35 from the surge tank 31. Excess medium in cylinder chambers can flow through the check valves 36 or 37 via the pressure relief valve 33 in the surge tank 31, if it is not previously completely or partially possibly losses in the clamping cylinder space 12 fills
  • the method is not only particularly suitable for setting and switching operations, also regulations with correspondingly large, permissible control deviations and suitable time courses can be operated in stages.
  • the condition is that the set pressure of the pressure relief valve 33 is above the sum of the respective set pressure of the pressure relief valves 42 or 43 and the maximum necessary pressure for the cylinder chambers 4 or 5. Furthermore, with the set pressure of the pressure relief valves 42, 43, the maximum voltage of the emergency spring 16 must already be reached. Ie. the clamping piston 11 must rest on the piston stop 14.
  • the emergency-closing spring 16 Immediately after triggering the emergency shutdown the emergency-closing spring 16 generates a rapid pressure increase in this and switches as a result, the volume flow-dependent 2-way valve 24 in blocking position 27. Between driving cylinder 22 and driving piston 21 is a defined gap through which the trapped volume of the driving chamber 23 throttled can drain off. The resulting pressure must be so great that the resulting force is greater than the maximum control or actuating force and the drive shaft 2 can not move against the Notschegacardi. Through the throttle 40, the emergency closing speed can be determined.
  • the function of the drive can also be designed in the opposite direction (pulling).
  • the clamping cylinder 10 with the Notsch widerfeder and the driving cylinder 20 are arranged to be rotated 180 °.
  • the z. B. designed as a low-pressure accumulator reservoir 31 is used for volume compensation during movement of the drive axle 2, with volume changes by temperature response and compression in pressure changes. Another object is to maintain a pressure above atmospheric pressure within the hermetically sealed drive. Due to this overpressure, all static seals are constantly pushed outwards and thus are not subject to wear. Furthermore, the medium is protected from absorbing air. The only moving element between the interior of the drive and the atmosphere is the lead out of the drive axle 2.
  • the Z. B. designed as a controlled check valve seat valve 50 is designed so that when switching off the electrical holding current or power failure, the valve seat 53, 54 always opens ( FIG. 7 ).
  • the valve cone 54 and thus also the magnet armature 56 are moved by the volume flow from P to R in the passage position 51.
  • the armature 56 is applied and presses the valve cone 54 in the valve seat 53.
  • the valve 50 is thus closed ( FIG. 8 ).
  • the valve seat 53, 54 must be kept with a defined force and on the other hand, the electro-magnetic holding its largest holding force when planting the magnet armature 56 on the magnetic yoke 57, a spring compensation 58 is provided for a length compensation of the mechanical components.
  • the spring force must be greater than the required closing force of the valve seat, but smaller than the securely applied electrical adhesion of the electromagnet.
  • the resulting during Notsch Stamm by the emergency closing spring 16 media pressure must be so large at the terminal (P) that the existing after switching off the solenoid coil 55 residual force from the remanence in the magnetic yoke 57 and armature 56 is overcome. All components of the valve 50 are in the media area and are sealed to the atmosphere. If the passage position 51 of the disconnected valve 50 must be kept, this is the return spring 59 ( FIG. 9 ) intended.
  • the position sensor 61 signals the position of the clamping piston 11 and thus the operational readiness of the emergency closing spring 16.
  • the position sensor 62 signals the position of the drive axle 2.
  • the pressure transducer signalize the respective hydraulic pressures, for Spring chamber 13 and expansion tank 31
  • Pressure transducer 63 for clamping cylinder chamber 12 Thruster 64, for cylinder chamber retract 5 Thruster 65 and retract for cylinder chamber 4 Thruster 66.
  • the position of the controlled seat valve 50 (emergency valve) is monitored by a displacement sensor or by position sensor ( FIG. 9 ).
  • Position sensor 67 signals passage position 51 (basic position, valve open), position indicator 68 signals blocking position 52, valve closed.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine hydraulische Vorrichtung zum Antrieb eines hydraulisch zu regelnden oder zu stellenden Aktuators mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
  • Aus DE 10 2008 025 054 B4 geht eine hydraulische Vorrichtung hervor, mit welcher hydraulisch ein Aktuator hinsichtlich seiner Position geregelt oder gestellt werden kann. Dazu weist die hydraulische Vorrichtung einen Motor auf, der in einem Motorgehäuse angeordnet ist. Zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit ist ein Ausgleichsbehälter in die hydraulische Vorrichtung integriert. Der Motor ist an eine Hydraulikpumpe angekoppelt, die in einem Pumpengehäuse angeordnet ist, wobei die Hydraulikpumpe so ausgelegt ist, dass sie eine Förderung von Hydraulikflüssigkeit in zwei Richtungen, nämlich in Vorwärts- und in Rückwärtsrichtung erlaubt, um den Aktuator in beiden Richtungen genau zu regeln oder stellen zu können. Dazu umfasst der hydraulische Aktuator einen Antriebszylinder mit einem ersten und zweiten Zylinderraum und einem dazwischen angeordneten Antriebskolben, an den eine in Längsrichtung verschiebbare Antriebsachse angebracht ist. Die Antriebsachse kann dazu herangezogen werden, zu steuernde Elemente wie Ventile, Schalter Roboterarme und dgl. zu bewegen bzw. anzusteuern.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 012 305 geht eine hydraulische Stellanordnung mit einer Regelarmatur hervor, die mit einer Notfallbetätigung versehen ist. Die Notfallbetätigung kann elektrisch oder hydraulisch ausgelöst werden. Die Vorrichtung gemäß der vorgenannten Druckschrift ist kompliziert und hinsichtlich der Sicherheit und Geschwindigkeit einer Notbetätigung nicht optimal ausgelegt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart auszubilden, dass über sie die Betriebsbereitschaft der Vorrichtung einschließlich der Notabschaltung hergestellt und aufrecht erhalten werden kann, nach Erreichen der Betriebsbereitschaft ein Regel-Stell- oder Schaltvorgang mit hoher Präzision und Anpassbarkeit an die jeweiligen Anwendungsbereiche durchgeführt werden kann und eine Notabschaltung sicher und mit hoher oder definierter Geschwindigkeit durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 15. Als Kern der Erfindung wird es zunächst angesehen, dass die Vorrichtung einen Spannzylinder für eine Notschließfeder umfasst. In dem Spannzylinder sind ein Spannzylinderraum und ein an die Antriebsachse ankoppelbarerer Spannkolben angeordnet. Durch den Spannkolben kann hydraulisch die Notschließfeder in eine Spann- oder Notauslösebereitschaftsstellung gespannt werden, wobei der Spannzylinderraum mit einem Ausgang der Hydraulikpumpe derart verbunden ist, dass durch den Hydraulikdruck der Hydraulikpumpe der Spannzylinderraum mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt werden kann. Dadurch wird die Notschließfeder in eine gespannte Stellung überführt und in dieser gespannten Stellung hydraulisch durch Rückschlagventile verriegelt.
  • Mit einer Zu- oder Abflussöffnung des Spannzylinderraumes ist ein gesteuertes Sitzventil verbunden, durch welches die Notschließfeder von der gespannten Bereitschaftsstellung in eine Notauslösestellung überführt werden kann, wozu sowohl die die Notschließfeder in Bereitschaftsstellung haltende, im Spannzylinderraum befindliche Hydraulikflüssigkeit als auch die im ersten Zylinderraum befindliche Hydraulikflüssigkeit über das gesteuerte Sitzventil abgeführt wird, um die Antriebsachse in eine Notauslösestellung zu überführen.
    • (Notauslösestellung evtl. ersetzen durch Notfallstellung (offen oder geschlossen))
  • Die Hydraulikpumpe der hydraulischen Vorrichtung dient damit zum einen dazu, die Notschließvorrichtung zu spannen und in eine Bereitschaftsstellung zu überführen, zum anderen aber auch dazu, durch nachfolgenden Betrieb in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung den hydraulischen Aktuator mit dem Antriebszylinder in dem ersten und zweiten Zylinderraum hin und her zu bewegen, um eine Regelung oder das Anfahren einer gewissen Stellung des angekoppelten Ventils oder Schalters, Roboterelementes oder dgl. zu verursachen. Die Entlastung des Spannzylinderraumes im Falle der Notauslösung einerseits und die Entleerung des ersten, der Notschließfeder abgewandten Zylinderraums des Antriebszylinders erfolgt durch ein und dasselbe Sitzventil, das auch als Notauslöseventil bezeichnet werden kann, wobei die gleichzeitige Entlastung der hydraulischen Kammern zu einem sehr schnellen Ansprechen der Notauslösefunktion führt.
  • Die hydraulische Vorrichtung mit ihrer Notabschaltfunktion ist für Ventile jeglicher Medien und für mechanische Betätigungen geeignet. Grundprinzip dabei ist, dass bei Stromausfall oder gezielter Abschaltung durch den mechanischen Federspeicher eine definierte Stellung in einer sehr kurzen oder definierten Zeit sicher erreicht werden kann. Beispiele sind Ventile in Gas- und Wasserleitungen, in Dampfzuführungen an Turbinen, Pipelineventile, Ventile in chemischen Anlagen sowie elektrische Schalter für hohe Leistungen und dgl..
  • Gegenüber dem Stand der Technik wird sowohl die Herstellung der Betriebsbereitschaft als auch der Regel- und Stellvorgang bzw. der Notabschaltvorgang der Vorrichtung mit reduzierten Mitteln erreicht. Mit Vorteil wird eine Regelung der Vorrichtung gegen die tatsächlich auf die Vorrichtung einwirkenden Prozesskräfte und nicht gegen die Kraft der Not-Schließfeder vorgenommen. Dies führt zu einer wesentlichen Energieeinsparung beim Betrieb der Vorrichtung. Zur Herstellung der Betriebsbereitschaft wird die potentielle Energie, nämlich die Federvorspannung mit der auch einen Regel- oder Stellvorgang durchführenden Hydraulikpumpe aufgebaut und gespeichert. Mit der Speicherung ist eine erhebliche Energieeinsparung verbunden. Ist der betriebsbereite Zustand hergestellt, kann nachfolgend eine lineare Weg- oder Kraftregelung des Aktuators mit hoher Genauigkeit erfolgen. Es lassen sich ein oder mehrere Positionen anfahren bzw. Schaltvorgänge ausführen. Nach erfolgten Stell- oder Schaltvorgängen kann der Antrieb der Hydraulikpumpe abgeschaltet werden. Treten Positionsabweichungen auf, so lassen sich diese wieder korrigieren. Dadurch wird eine weitere Reduzierung der erforderlichen Betriebsenergie erreicht.
  • Der Notschließvorgang wird zwangsweise bei Stromausfall oder Abschaltung des Sitz- oder Notfallventils ausgelöst. Das Notfallventil vollzieht dabei eine Zwangsöffnung und verbindet sämtliche Hydraulikzylinderräume mit dem Ausgleichsbehälter und dem Federraum. Die vorgespannte Feder kann somit alle Kolben und vor allem auch den Linearantrieb in eine definierte Endposition bewegen. Dabei ist die Schließzeit sehr kurz oder definierbar, nämlich im Bereich weniger Millisekunden, wobei eine zeitliche Definition durch Einbau von Drosseln oder Stromventilen möglich ist. Das Notfallventil ist so aufgebaut, dass der Abfluss des unter Druck stehenden Mediums durch einen Kegelsitz oder Plattensitz in der Weise erfolgt, dass der Medienstrom das Ventil öffnet. Das Öffnen kann zusätzlich durch eine Öffnungsfeder unterstützt werden. Geschlossen wird das Ventil durch einen Elektro-Magneten oder anders wirkende Schließmechanismen.
  • Die Erfindung ist anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung mit Antriebszylinder, Spannzylinder, Mitnahmezylinder sowie angeschlossener Pumpe und angeschlossenen Ventilen;
    Fig. 2
    eine Detailansicht des auch in Fig. 1 klein dargestellten volumenstromabhängigen Zweiwegeventils;
    Fig. 3
    eine Figur entsprechend Fig.1, jedoch etwas vereinfacht;
    Fig. 4
    eine Detaildarstellung des im Spannzylinderraum befindlichen Spannkolbens in einer Grundstellung;
    Fig. 5
    eine Darstellung gemäß Fig. 4, bei der der Spannkolben in Bereitschaftsstellung ist;
    Fig. 6
    eine modifizierte Anordnung gemäß Fig. 5, mit Spannkolben in Bereitschaftsstellung, wobei mit einer Kupplung im Bereich des Mitnahmekolbens und wobei der Antriebskolben in einer mittleren Regelstellung dargestellt ist;
    Fig. 7
    eine Darstellung des Not-Schließventils stromlos geöffnet;
    Fig. 8
    eine Darstellung des Not-Schließventils bestromt in Schließstellung;
    Fig. 9
    eine Darstellung eines modifizierten Not-Schließventils mit einer den Öffnungsvorgang begünstigenden Rückstellfeder und zwei angebauten Sensoren für die beiden Ventilstellungen.
    Herstellung und Betriebsbereitschaft
  • Der Antriebszylinder 1 der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung befindet sich elektrisch abgeschaltet in Grundstellung ausgefahren am Anschlag 6 und wird dabei mit der Kraft der Not-Schließfeder 16 gegen diesen gedrückt. Ist der Notantrieb auf zu betätigende Elemente, insbesondere Ventile montiert, so liegt die Grundstellung bereits vor Erreichen des Anschlages 6. Die Kraft der ausgefahrenen Not-Schließfeder 16 wirkt dann z. B. auf ein angebautes Ventil und gewährt eine sichere Schließung (Position im Notfall).
  • Zur Betriebsbereitschaft des Notschließ- Regel-, Stell- und Schaltantriebs ist zuerst das gesteuerte Sitzventil 50 (Notfallventil) zu schalten. Während der gesamten Betriebszeit muß dieses Ventil 50 in Sperrstellung 52 stehen. Weiterhin muß die potentielle Energie für einen Notschließvorgang aufgebaut werden. Fördert die Hydraulikpumpe 32 durch den Zylinderraum 5 und durch das Rückschlagventil 37 in den Spannzylinderraum 12, so bewegt sich der Spannkolben 11 bis zum Kolbenanschlag 14 (Figur1 und 5). Die Not-Schließfeder 16 ist damit gespannt. Der Spanndruck kann in der Höhe bis zur Begrenzung durch das Druckbegrenzungsventil 33 ansteigen. Das Erreichen der Endposition kann durch einen Drucksensor 64 oder Weggeber 60, 61 signalisiert werden um die Stellung zu überwachen, oder weitere Steuerschritte einzuleiten. Die Hydraulikpumpe 32 kann das zu fördernde Medium durch das Rückschlagventil 34 aus dem Federraum 13 entnehmen. Der Spannkolben 11 bleibt durch die Rückschlagventile 36, 37 und das Ventil 50 in der Sperrstellung 52 eingesperrt. Beim Spannen der Not-Schließfeder 16 bleibt die Antriebsachse 2 mit dem Antriebskolben 3 und dem Mitnahmekolben 21 in Grundstellung (Figur 5). In das sich vergrößernde Volumen der Mitnahmekammer 23 kann das Medium durch das volumenstromabhängige 2-Wegeventil 24 nachströmen.
    • Regel- und Stellvorgang
  • Nach Erreichen der Betriebsbereitschaft kann ein Regel-, Stell- oder Schaltvorgang vorgenommen werden (Figur 6). Die zu erreichende Position kann Weg-, Kraft- oder Druckbeeinflußt oder ein Signal aus einem angebauten Element sein. Die Drehrichtung und Fördermenge der Hydraulikpumpe 32 bestimmt die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit der Antriebsachse 2. Das Medium wird jeweils von den Zylinderräumen 4 und 5 hin oder her gefördert (Figur 1). Der jeweilige Druck baut sich entsprechend den zu überwindenden Verstellkräften auf. Durch Temperaturänderungen, Kompression oder Leckverluste evtl. fehlendes Medium im Ansaugbereich der Hydraulikpumpe 32 kann durch das jeweilige Rückschlagventil 34 oder 35 aus dem Ausgleichsbehälter 31 entnommen werden. Überschüssiges Medium in Zylinderräumen kann durch die Rückschlagventile 36 oder 37 über das Druckbegrenzungsventil 33 in den Ausgleichsbehälter 31 abfließen, sofern es nicht zuvor ganz oder teilweise evtl. Verluste im Spannzylinderraum 12 auffüllt
  • Sind die notwendigen Drücke für das sichere Aufrechterhalten der Regelposition nicht gewährleistet, so lassen sich diese durch die Rückschlagventile 38, 39 und die Druckbegrenzungsventile 42, 43 (Figur 1) erreichen. Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit der Antriebsachse 2 werden durch Drehrichtung und Fördermenge der Hydraulikpumpe 32 bestimmt. Gefördertes Medium in die Zylinderräume 4 oder 5 hat zur Folge, daß Medium aus der jeweiligen anderen Kammer über ein Rückschlagventil 36 oder 37 in den Spannzylinderraum 12 fließt und dort den Druck bis zur Begrenzung durch das Druckbegrenzungsventil 33 aufrecht erhält. Hierdurch wird die volle Spannung der Not-Schließfeder 16 und die Endposition des Spannkolbens 11 ständig aufrecht erhalten. Ist der Spannkolben 11 bereits am Kolbenanschlag 14, so fließt das Medium über das jeweilige Druckbegrenzungsventil 42, 43 zur Ansaugseite der Hydraulikpumpe 32. Die Differenz der Drücke in den Zylinderräumen 4 und 5 ist ausschlaggebend für die erzeugte Kraft an der Antriebsachse 2. Da für die Bewegung des Antriebes der Druck auf der Gegenseite des Antriebskolbens 3 mit überwunden werden muß, ist der Energieaufwand entsprechend höher. In jedem Zylinderraum 4, 5 herrscht jedoch mindestens der Druck in Höhe des Einstellwertes der Druckbegrenzungsventile 42 oder 43, somit ist der Antriebskolben 3 ständig eingespannt. Die Position der Antriebsachse 2 bleibt damit aufrecht erhalten und die Hydraulikpumpe 32 kann abgeschaltet werden. Je nach Anwendung ergibt sich daraus eine ganz erhebliche Energieeinsparung. Das Verfahren ist nicht nur bei Stell- und Schaltvorgängen besonders geeignet, auch Regelungen mit entsprechend großen, zulässigen Regelabweichungen und geeigneten Zeitverläufen lassen sich so in Stufen betreiben. Voraussetzung ist, daß der Einstelldruck des Druckbegrenzungsventils 33 über der Summe des jeweiligen Einstelldruckes der Druckbegrenzungsventile 42 oder 43 und des maximal notwendigen Druckes für die Zylinderräume 4 oder 5 liegt. Weiterhin muß mit dem Einstelldruck der Druckbegrenzungsventile 42, 43 bereits die maximale Spannung der Notfeder 16 erreicht sein. D. h. der Spannkolben 11 muß am Kolbenanschlag 14 anliegen.
    • Notabschaltung
  • Eine Notabschaltung erfolgt immer, wenn das Sitzventil 50 abgeschaltet wird, also stromlos ist und in Durchgangsstellung 51 fällt. Das Medium aus dem Spannzylinderraum 12, welches durch die Not-Schließfeder 16 unter Druck steht, fließt direkt in den Federraum 13, das aus dem Zylinderraum 4 durch die Drossel 40 und das Rückschlagventil 36 sowie über die Rückschlagventile 35, 39 (Figur 3) in den Zylinderraum 5. Volumendifferenzen durch die ausfahrende Antriebsachse 2, durch Temperatur- und Druckänderungen gleicht der Ausgleichsbehälter 31 aus. Sollte die Hydraulikpumpe 32 während der Notabschaltung oder danach fördern, so hat dies keine Auswirkung, da das geförderte Medium in jeder Richtung drucklos umlaufen kann. Befindet sich zwischen dem Mitnahmekolben 21 und der Mitnahmefläche 15 des Spannkolbens 11 ein Abstand (Figur 6), so ist die Mitnahmekammer 23 mit Medium gefüllt. Unmittelbar nach dem Auslösen der Notabschaltung erzeugt die Not-Schließfeder 16 eine rapide Druckerhöhung in dieser und schaltet infolge dessen das volumenstromabhängige 2-Wegeventil 24 in Sperrstellung 27. Zwischen Mitnahmezylinder 22 und Mitnahmekolben 21 ist ein definierter Spalt durch welchen das eingesperrte Volumen der Mitnahmekammer 23 gedrosselt definiert abfließen kann. Der so entstehende Druck muß so groß sein, daß die daraus resultierende Kraft größer als die maximale Regel- oder Stellkraft ist und die Antriebsachse 2 sich nicht entgegen der Notschließrichtung bewegen kann. Durch die Drossel 40 kann die Notschließgeschwindigkeit bestimmt werden.
  • Die Funktion des Antriebes kann auch in Gegenrichtung (ziehend) gestaltet werden. Hierzu sind lediglich der Spannzylinder 10 mit der Notschließfeder und der Mitnahmezylinder 20 um 180° gedreht anzuordnen.
  • Der z. B. als Niederdruckspeicher ausgebildeter Ausgleichsbehälter 31 dient zum Volumenausgleich bei Bewegung der Antriebsachse 2, bei Volumenänderungen durch Temperaturgang und Kompression bei Druckänderungen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Antriebes einen Druck über dem Atmosphärendruck zu halten. Durch diesen Überdruck werden sämtliche statischen Dichtungen ständig nach außen gedrückt und unterliegen somit keiner Abnutzung. Weiterhin wird das Medium vor der Aufnahme von Luft geschützt. Das einzige, bewegte Element zwischen Innenraum des Antriebes und der Atmosphäre ist die Herausführung der Antriebsachse 2.
  • Das z. B. als gesteuertes Rückschlagventil ausgebildete Sitzventil 50 ist so ausgeführt, daß bei Abschaltung des elektrischen Haltestroms oder bei Stromausfall der Ventilsitz 53, 54 immer öffnet (Figur 7). Der Ventilkegel 54 und damit auch der Magnetanker 56 werden durch den Volumenstrom von P nach R in die Durchgangsstellung 51 bewegt. Wird die Magnetspule 55 bestromt, so legt sich der Magnetanker 56 an und drückt den Ventilkegel 54 in den Ventilsitz 53. Das Ventil 50 ist somit geschlossen (Figur 8). Da der Ventilsitz 53, 54 mit definierter Kraft zugehalten werden muß und andererseits der Elektro-Haftmagnet seine größte Haltekraft bei Anlage des Magnetankers 56 am Magnetjoch 57 erbringt, ist für einen Längenausgleich der mechanischen Bauteile ein Federausgleich 58 vorgesehen. Die Federkraft muß größer sein als die erforderliche Schließkraft des Ventilsitzes, jedoch kleiner als die sicher aufgebrachte elektrische Haftkraft des Elektromagneten. Der beim Notschließvorgang durch die Not-Schließfeder 16 entstehende Mediendruck muß am Anschluß (P) so groß sein, daß die nach dem Abschalten der Magnetspule 55 bestehende Restkraft aus der Remanenz im Magnetjoch 57 und Magnetanker 56 überwunden wird. Alle Bauteile des Ventils 50 liegen im Medienbereich und sind zur Atmosphäre abgedichtet. Sofern die Durchgangsstellung 51 des abgeschalteten Ventils 50 gehalten werden muß, ist hierfür die Rückstellfeder 59 (Figur 9) vorgesehen.
  • Zur Steuerung und Überwachung dient für Wege und Positionen der Weggeber 60. Der Positionsgeber 61 signalisiert die Stellung des Spannkolbens 11 und damit die Betriebsbereitschaft der Not-Schließfeder 16. Der Positionsgeber 62 signalisiert die Position der Antriebsachse 2. Die Druckgeber signalisieren die jeweiligen Hydraulikdrücke, für Federraum 13 und Ausgleichsbehälter 31 Druckgeber 63, für Spannzylinderraum 12 Druckgeber 64, für Zylinderraum ausfahren 5 Druckgeber 65 und für Zylinderraum einfahren 4 Druckgeber 66. Die Stellung des gesteuerten Sitzventils 50 (Notfallventil) wird durch einen Wegsensor oder durch Positionsgeber überwacht (Figur 9). Positionsgeber 67 signalisiert Durchgangsstellung 51 (Grundstellung, Ventil offen), Positionsgeber 68 signalisiert Sperrstellung 52, Ventil geschlossen.
  • Sofern die Dimensionen des Notschließantriebes größere Werte annehmen, ist es nicht mehr möglich oder sinnvoll die Antriebsachse 2 mit dem Mitnahmezylinder 20 und dem Not-Spann-Zylinder 10 durchgehend zu gestalten und in notwendigen engen Toleranzen zu fertigen. Hierfür ist eine Trennung der Antriebsachse 2 durch eine Kupplung 7 (Figur 6), welche einen radialen Versatz zuläßt, vorgenommen. BEZUGSZEICHENLISTE
    1 Antriebszylinder 35 Rückschlagventil
    2 Antriebsachse 36 Rückschlagventil
    3 Antriebskolben 37 Rückschlagventil
    4 Zylinderraum einfahren 38 Rückschlagventil
    5 Zylinderraum ausfahren 39 Rückschlagventil
    6 Anschlag Zylinder ausfahren 40 Drossel
    7 Kupplung 42 Druckbegrenzungsventil
    43 Druckbegrenzungsventil
    10 Spannzylinder
    11 Spannkolben 50 Sitzventil (Notfallventil)
    12 Spannzylinderraum 51 Durchgangsstellung
    13 Federraum 52 Sperrstellung
    14 Kolbenanschlag 53 Ventilsitz
    15 Mitnahmefläche 54 Ventilkegel
    16 Not-Schließfeder 55 Magnetspule
    56 Magnetanker
    20 Mitnahmezylinder 57 Magnetjoch
    21 Mitnahmekolben 58 Federausgleich
    22 Mitnahmezylinder 59 Rückstellfeder
    23 Mitnahmekammer
    24 Volumenstromabhängiges 2-Wegeventil 60 Weggeber
    25 Drossel 61 Positionsgeber
    26 Durchlaßstellung 62 Positionsgeber
    27 Sperrstellung 63 Druckgeber
    64 Druckgeber
    31 Ausgleichsbehälter 65 Druckgeber
    32 Hydraulikpumpe 66 Druckgeber
    33 Druckbegrenzungsventil 67 Positionsgeber
    34 Rückschlagventil 68 Positionsgeber

Claims (15)

  1. Hydraulische Vorrichtung mit :
    - einem in einem Motorgehäuse angeordneten Motor,
    - einem Ausgleichbehälter (31) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit,
    - einer in einem Pumpengehäuse angeordneten, durch den Motor angetriebenen Hydraulikpumpe (32),
    - einem hydraulisch zu regelnden oder zu stellenden Aktuator,
    - wobei die Hydraulikpumpe (32) so ausgelegt ist, dass sie eine Förderung von Hydraulikflüssigkeit in zwei Richtungen, nämlich in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung erlaubt, wobei
    - der hydraulische Aktuator einen Antriebszylinder (1) mit einem ersten (4) und einem zweiten (5) Zylinderraum und einem dazwischen angeordneten Antriebskolben (3) umfasst, an den eine in Längsrichtung verschiebbare Antriebsachse (2) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Vorrichtung einen Spannzylinder (10) für eine Not-Schließfeder (16) umfasst,
    - in dem ein Spannzylinderraum (12) und ein an die Antriebsachse (2) ankoppelbarer Spannkolben (11) angeordnet sind,
    - wobei durch den Spannkolben (11) die Not-Schließfeder (16) in eine Spann- oder Notauslöse-Bereitschaftsstellung spannbar ist,
    - wobei der Spannzylinderraum (12) mit einem Ausgang der Hydraulikpumpe (32) derart verbunden ist, dass durch den Hydraulikdruck der Hydraulikpumpe (32) der Spannzylinderraum (12) mit Hydraulikflüssigkeit füllbar und der Spannkolben (11) beim Komprimieren die Not-Schließfeder (16) in eine Spannstellung überführbar und dort hydraulisch durch Rückschlagventile (36, 37) verriegelbar ist,
    - und wobei mit einer Zu/Abflussöffnung des Spanzylinderraumes (12) ein gesteuertes Sitzventil (50) verbunden ist,
    - durch welches die Not-Schließfeder (16) von der gespannten Bereitschaftsstellung in eine Notauslöse-Öffnungsstellung überführbar ist, wobei sowohl die Not-Schließfeder (16) in Bereitschaftsstellung haltende, im Spannzylinderraum (12) befindliche Hydraulikflüssigkeit als auch die im ersten Zylinderraum (4) befindliche Hydraulikflüssigkeit über das gesteuerte Sitzventil (50) abführbar sind.
  2. Hydraulische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang (R) des gesteuerten Sitzventils (50) mit einem die Notauslösefeder (16) beinhaltenden Federraum (13) des Spannzylinders (10) verbunden ist.
  3. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse (2) und der Antriebskolben (3) derart an den Spannkolben (11) angekoppelt sind, dass bei hydraulisch in Bereitschaftsstellung verriegeltem Spannkolben (11) die Antriebsachse (2) und der Antriebskolben (3) abhängig von der Druckbeaufschlagung der Hydraulikpumpe (32) in Längsrichtung der Antriebsachse (2) zur Durchführung einer Steuer-Regel- und/oder Schaltbewegung linear verfahrbar sind.
  4. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (31) mit dem Ausgang (R) des gesteuerten Sitzventils (50) verbunden ist.
  5. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hydraulikausgänge des ersten (4) und des zweiten (5) Zylinderraums des Antriebszylinders (1) über Rückschlagventile (36, 37) mit dem Spannzylinderraum (12) derart verbunden sind, dass ein Hydraulikfluss vom Spannzylinderraum (12) in den ersten und zweiten Zylinderraum (4, 5) des Antriebszylinders (1) gesperrt ist.
  6. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikausgang des Spannzylinderraums (12) über ein Druckbegrenzungsventil (33) mit dem Federraum (13) und/oder dem Ausgleichsbehälter (31) verbunden ist.
  7. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Sitzventil (50) einen magnetisch, elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuerten Not-Auslösemechanismus umfasst, der das Sitzventil (50) in eine Durchflussstellung überführt.
  8. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Spannzylinders (10) wenigstens ein Weggeber (60) und/oder wenigstens ein Positionsgeber (61, 62) angeordnet sind, mit welchen eine Betriebsbereitschaft bzw. eine Stellung des Spannkolbens (11) bzw. des Antriebskolbens (3) detektierbar sind.
  9. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Spannzylinders (10) wenigstens ein Druckgeber (63, 64, 65, 66) angeordnet ist, mit dem Hydraulikdrücke für Federraum (13), Spannzylinderraum (12) und/oder Stell-Zylinderräume (4, 5) detektierbar sind.
  10. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am gesteuerten Sitzventil (50) wenigstens ein Wegsensor oder Positionsgeber (67, 68) angeordnet ist, mit welchem eine Öffnungs-/Schließstellung des gesteuerten Sitzventils (50) detektierbar ist.
  11. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse (2) mehrteilig ausgebildet ist und die Teile der Antriebsachse (2) über eine einen radialen Versatz der Antriebsachse (2) zulassende Kupplung (7) verbunden sind, die im Übergangsbereich zwischen Mitnahmezylinder (20) und Spannzylinder (10) angeordnet ist.
  12. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse (2) an den Spannkolben (11) über einen Mitnahmezylinder (20) mit einem darin bewegbaren Mitnahmekolben (21) angekoppelt ist, wobei zwischen dem Mitnahmekolben (21) und dem Spannkolben (11) eine hydraulische Mitnahmekammer (23) angeordnet ist, die mit dem Spannzylinderraum (12) über ein volumenstromabhängiges Zweiwegeventil (24) verbunden ist.
  13. Hydraulische Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in der hydraulischen Mitnahmekammer (23) eingesperrtes Hydraulikvolumen aus dieser gedrosselt definiert abführbar ist.
  14. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Antriebsachse (2) der hydraulischen Stellanordnung ein Notschließventil angekoppelt ist, wobei das Notschließventil ein regelbares Ventil ist.
  15. Hydraulische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Antriebsachse (2) der hydraulischen Stellanordnung ein Stell- oder Schaltantrieb mit einer Notabschaltfunktion angekoppelt ist.
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