EP3938690A1

EP3938690A1 - Elektrohydraulisches system mit einer verstellvorrichtung für ein ventil

Info

Publication number: EP3938690A1
Application number: EP20711535.3A
Authority: EP
Inventors: Juergen Schneider; Alexandre ORTH; Gottfried Hendrix; Oliver GERHARD
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2022-01-19
Also published as: WO2020187615A1; US20220163133A1; US11976741B2; CN113544423A; DE102019203514A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches System mit einer Verstellvorrichtung (1) für ein Ventil (2) mit einer Antriebseinrichtung (3), mit einer Stelleinrichtung (4) und einer Vorspanneinrichtung (5), wobei die in der Vorspanneinrichtung (5) gespeicherte Energie im Störfall auf die Stelleinrichtung (4) übertragbar ist, sodass eine rotative Bewegung der Stelleinrichtung (4) einsetzt, die zur Verstellung des Ventils (2) führt, wobei die Vorspanneinrichtung (5) mindestens ein elastisches Element umfasst, das benachbart zu einer Stellachse (10) der Stelleinrichtung (4) angeordnet sowie mit der Stellachse (10) ortsfest verbunden ist und ein Drehmoment auf die Stellachse (10) ausübt.

Description

Elektrohydraulisches System mit einer Verstellvorrichtung für ein Ventil

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches System mit einer Verstellvorrichtung für ein Ventil, mit einer Antriebseinrichtung, mit einer Stelleinrichtung und mit einer Vorspanneinrichtung, wobei die in der Vorspanneinrichtung gespeicherte Energie im Störfall auf die Stelleinrichtung übertragbar ist, sodass eine rotative Bewegung der Stelleinrichtung einsetzt, die zur Verstellung des rotativ betätigbaren Ventils führt.

Solche elektrohydraulischen Systeme mit Prozessventilen können bei einer Vielzahl industrieller Anwendungen zum Einsatz kommen, zum Beispiel Unterwasser {off shore oil and gas) oder Überwasser (on shore oil and gas).

Solche Art elektrohydraulischer Systeme werden vor allem dazu genutzt, um Unterwasser in Wassertiefen bis zu mehreren tausend Metern im Zusammenhang mit der Förderung von Erdöl und Erdgas, mit Bergbau, naturwissenschaftlichen Erkundigungen oder

Infrastrukturprojekten ein Element zu bewegen. So befinden sich zum Beispiel bei Erdöl- oder Erdgasförderanlagen auf See in großen Tiefen Prozessventile, mit denen der Volumenstrom des zu befördernden Mediums geregelt oder abgesperrt werden kann.

Bei einer bekannten Vorrichtung ist die Stelleinrichtung mit einem Stellantrieb zur Betätigung eines Ventils mittels eines Stellglieds ausgeführt. Diesem Stellantrieb ist eine

Notbetätigungseinrichtung zugeordnet, über die das Stellglied im Wesentlichen unabhängig von der Ansteuerung des Stellantriebs bei einer Störung zurückgestellt werden kann. Diese Notbetätigungseinrichtung hat einen Energiespeicher, dessen gespeicherte Energie zum Rückstellen freisetzbar ist. Hierbei hat die Notbetätigungseinrichtung einen Kolben, der einerseits vom Energiespeicher und andererseits von einem Druck in einem Druckraum beaufschlagt ist, der über ein Schaltventil mit einem Tank oder dergleichen verbindbar ist, um die im Energiespeicher gespeicherte Energie freizusetzen. Dabei ist der Kolben derart ausgebildet, dass er das Stellglied bei einer Entlastung des Druckraums in Rückstellrichtung verstellt. Die lineare Verschiebung des Kolbens im Notfall wird über einen linear verschiebbaren Mitnehmer in eine ebenfalls lineare Bewegung des Stellglieds (Konsole) verwandelt, über das das Ventil geschlossen wird. Zur Schließung eines rotativ betätigbaren Ventils ist die lineare Verschiebeeinrichtung weder vorgesehen noch geeignet. Insbesondere stört, dass mit der Linearbewegung eine unmittelbare Übertragung eines Drehmoments auf das Ventil nicht möglich ist.

Auch wenn sich die bekannte Lösung bereits als sehr komfortabel und sicher herausgestellt hat, kann diese doch beispielsweise bei besonderen Platzanforderungen oder Lagen des Stellantriebs nicht immer zum Einsatz kommen. Gerade in diesen Situationen bedarf es eines neuen Konzeptes.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrohydraulisches System mit einer Verstellvorrichtung zu schaffen, das die genannten Nachteile lindert oder sogar vermeidet. Insbesondere sollen auf konstruktiv einfache Weise eine kompakte Bauweise, namentlich ein kleiner Bauraum und eine gesteigerte Lebendauer, verwirklicht werden. Außerdem soll eine effektive Verstellung des rotativen Stellantriebs auf einfache Art ermöglicht werden. Schließlich soll ein sicheres Schließen des rotativ betätigbaren Ventils bei Ausfall der Energieversorgung erfolgen.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Anordnung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind.

Hierzu trägt ein elektrohydraulisches System mit einer Verstellvorrichtung für ein Ventil mit einer Antriebseinrichtung, mit einer Stelleinrichtung und einer Vorspanneinrichtung bei, wobei die in der Vorspanneinrichtung gespeicherte Energie im Störfall auf die Stelleinrichtung übertragbar ist, sodass eine rotative Bewegung der Stelleinrichtung einsetzt, die zur Verstellung des Ventils führt. Dabei umfasst die Vorspanneinrichtung mindestens ein elastisches Element, das benachbart zu einer Stellachse der Stelleinrichtung angeordnet sowie mit der Stellachse ortsfest verbunden ist und ein Drehmoment auf die Stellachse ausübt.

Es ist möglich, dass mehrere elastische Elemente (in Serie und/oder parallel zueinander) angeordnet sind. Mehrere elastische Elemente können als Paket kombiniert sein. Das elastische Element ist insbesondere mit einem Metall gebildet. Es hat insbesondere eine äußere Form, die elastisch veränderbar ist.

Das elastische Element ist benachbart zu der Stellachse angeordnet. Das heißt insbesondere, dass eine Zentrumsachse des elastischen Elements nicht koaxial und/oder parallel zur Stellachse angeordnet ist. Es ist bevorzugt, dass eine Zentrumsachse des elastischen Elements nicht fluchtend senkrecht zur Stellachse angeordnet ist. Es ist bevorzugt eine Zentrumsachse des elastischen Elements schräg, tangential, windschief oder eine dazu parallele Ausrichtung zur Stellachse hat.

Das elastische Element ist (mittelbar oder unmittelbar) ortsfest mit der Stellachse verbunden. Das heißt mit anderen Worten insbesondere, dass ein vom elastischen Element auf die Stellachse einwirkender Krafteinleitungspunkt unveränderlich mit Bezug auf die Lage zur Stellachse ist. Die kann damit erreicht werden, dass das elastische Element und die Stellachse miteinander fest verbunden sind, also z. B. ist das elastische Element auf bzw. an der (Oberfläche der) Stellachse montiert, verschweißt, etc. Insbesondere wandert der Krafteinleitungspunkt nicht relativ zur (Oberfläche der) Stellachse.

Das mindestens eine elastische Element ist zudem so vorgesehen, positioniert und/oder eingerichtet, dass es (zumindest in einer„aktiven“ Stellung - Notbetätigung) ein Drehmoment auf die Stellachse ausüben kann. Das Drehmoment ist insbesondere derart, dass es eine Rückverstellung bzw. Drehung der Stellachse über einen vorgebbaren Winkelbereich ermöglicht bzw. realisiert.

Das hier vorgestellte elektrohydraulische System umfasst einen gekapselten Notantrieb mit einem mechanischen Energiespeicher (hier mittels des mindestens einen elastischen Elements). Über eine mechanische Spindel oder über einen Hydromotor wird die in dem elastischen Element (z. B. einer Feder) gespeicherte Energie in eine Drehbewegung umgesetzt. In beiden Fällen kann die Feder durch einen hydraulischen Zylinder während des normalen Betriebs gespannt gehalten werden, der über ein Ventil abgesperrt ist. Beim Öffnen des Ventils (z. B. aufgrund eines Stromausfalls) wird der Zylinder von der Feder geschoben und die Energie freigesetzt. Die Drehbewegung führt im Störfall zur unmittelbaren Verstellung und damit zur schnellen Schließung eines rotativ betätigten Ventils. Das Auslösen der Stelleinrichtung erfolgt schnell und ausfallsicher.

Mit der vorliegenden Vorrichtung ist ein Notfall-Sicherheits-Modul für rotative Achsen, insbesondere Prozessventile, geschaffen, ohne elektrische Batterien zu verwenden. Das Modul ist Unterwasser austauschbar und ermöglicht eine Betätigung des Ventils durch einen externen Aktuator oder Roboter.

Für vielfache Anwendungen Unterwasser und auch Überwasser (on shore oil and gas) wird ein rotativ betätigbarer Aktuator bevorzugt, der mit einer Standardschnittstelle (zum Beispiel durch ein ROV = Remotely Operated Vehicle oder AUV = Autonomous Underwater Vehicle) ausgewechselt werden kann. Mit dem hier vorgestellten elektrohydraulischen System wird ein Störfallsicherungs- und Schließmechanismus für rotative Aktuatoren realisiert unter Verwendung eines Federsystems und einer hydraulischen Regelung (ohne elektrische Batterien), das durch einen externen Aktor oder U nterwasser- Roboter oder Fahrzeug (zum Beispiel ROVs und AUVs) ausgetauscht und betrieben werden kann.

Der Störfallsicherungsmechanismus für rotativ betätigbare Ventile verwendet keine Batterien, sondern gebraucht Federn mit einer zuverlässigen hydraulischen Regelung, die auch Unterwasser ausgetauscht werden können, die einen Spindelantrieb oder einen Hydromotor aufweisen und/oder auch ein komplettes Antriebssystem enthalten kann (das heißt nicht nur Sicherungsfunktionen, sondern auch die normalen betrieblichen Arbeiten).

Die hier vorgestellte Verstellvorrichtung verwirklicht eine Störfallsicherung mit einem Federsystem, wobei das Sicherheitsregelsystem in eine hydraulische Regelung integriert ist, das heißt, eine elektrische Antriebseinrichtung wird entkoppelt und ein erforderliches Drehmoment und eine Drehbewegung werden bereitgestellt, um ein Prozessventil in eine gesicherte (geschlossene) Position zu bringen und in dieser Position zu halten.

Das Notfall-Sicherheits-Modul für rotativ betriebene Prozessventile ermöglicht ein hohes Sicherheits- und Zuverlässigkeitsniveau für eine lange Betriebsdauer (zum Beispiel 25 Jahre). Es kann als unabhängiges Modul verwendet werden, sowohl zur Ergänzung existierender elektrischer Aktoren oder als Einzelaktor. Das Modul kann auf einfache Art Unterwasser ausgetauscht werden; der Betrieb eines externen Werkzeugs oder Aktuators kann durch ein elektrohydraulisches Regelsystem deaktiviert werden (kein Block).

Die Antriebsvorrichtung für die Verstellvorrichtung kann ein Remote Operated Vehicle (ROV) oder ein Autonomous Underwater Vehicle (AUV) oder Roboter sein. Als Stelleinrichtung kommen vorzugsweise eine Spindel oder ein Hydromotor mit rotativem Antrieb in Betracht. Bevorzugt ist die Stelleinrichtung dazu eingerichtet, das Ventil rotativ anzutreiben, zum Beispiel Prozessventil.

Die Ventile können vorzugsweise Absperrventile für das Sperren und Öffnen einer Leitung sein. Als Ventilelemente werden weiterhin vorzugsweise hydraulisch über Hydromotor oder mechanisch über Spindel verstellbare Kegelsitzventile verwendet. Die durch den Gegendruck erzeugte Schließkraft bewirkt eine elastische Verformung am Stützelement. Bei ausreichender Schließkraft ist eine leckagefreie Dichtheit gewährleistet. Hierbei wird ein Ventilkegel durch eine Bewegungsspindel auf einen Gehäusesitz gepresst. Die Gewindemutter kann im Gehäuse liegen. Der Antrieb der Bewegungsspindel erfolgt vorzugsweise über einen Stellantrieb, der eine Drehbewegung ausführt. Die Bewegungsspindel mit dem Ventilkegel wird beim Öffnen und Schließen des Ventils linear verschoben, während die Gewindemutter ortsfest bleibt. Es können auch Kugelelemente mit durchgehender Bohrung verwendet werden, die in einer Dichtung gelagert sind und bei Drehung um 90° die Öffnung freigeben bzw. absperren. Das Kugelelement und der Stellantrieb sind hierbei ortsfest. Weiterhin bevorzugt kommen Drehschieberventile zur Anwendung.

Die Vorspanneinrichtung umfasst mindestens ein Federelement, zum Beispiel Schraubendruckfeder oder ein anderes federndes Element. Die Vorspanneinrichtung kann mit einem Kolben Zusammenwirken, der einen flüssigkeitsgefüllten Druckraum begrenzt, der dazu eingerichtet ist, die Stelleinrichtung bei einer Entlastung des Druckraums in Rückstellrichtung (Schließrichtung) des Ventils zu verstellen.

Vorzugsweise umfasst das elastische Element mindestens ein Federsystem mit mindestens einer Vorspannfeder. Bevorzugt ist die Vorspannfeder eine Schraubenfeder. Mit Vorteil ist an der Stellachse mindestens ein Hebelarm, Ansatz oder dergleichen angebracht, an dem ein Ende der mindestens einen Vorspannfeder angreift. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der mindestens eine Hebelarm, Ansatz oder dergleichen unmittelbar an der Oberfläche der Stellachse anliegt und dort befestigt ist. Es ist möglich, dass eine Führung und/oder ein Gelenk vorgesehen ist, welches die Relativbewegung zwischen Stellachse und elastischem Element ausgleichen kann und/oder das erforderliche Drehmoment übertragen kann.

Zweckmäßig verläuft die bzw. die überwiegende Wirkrichtung der Vorspannfeder im Wesentlichen senkrecht aber mit einem Abstand zur Längsachse der Stellachse.

Vorzugsweise verläuft die bzw. die überwiegende Wirkrichtung der Vorspannfeder im Wesentlichen parallel zu einer Tangente zur (Oberfläche der) Stellachse.

Bevorzugt ist das Federsystem durch mindestens einen rotierbaren Motor vorgespannt.

Mit Vorteil ist das Federsystem durch mindestens einen Hydrozylinder mit mindestens einem Druckkolben vorgespannt.

Zweckmäßig ist der Hydrozylinder über mindestens einen Kanal an mindestens ein Wegeventil angeschlossen, bei dessen Öffnung der Druckraum des Hydrozylinders durch das Federsystem verschiebbar ist.

Vorzugsweise sind die Stellachse der Stelleinrichtung und die Stellachse des Ventils koaxial zueinander angeordnet.

Bevorzugt ist eine (elektromagnetische) Spanneinrichtung für die Vorspanneinrichtung vorhanden. Die elektromagnetische Spanneinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, die Vorspannung einzustellen und/oder zu halten.

Mit Vorteil ist eine Auslöseeinrichtung für die Vorspanneinrichtung vorgesehen. Die Auslöseeinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, die Vorspannung zu entspannen und/oder eine Drehmomenteinbringung mittels des mindestens einen Elements in die Stellachse auszulösen. Zweckmäßig ist eine Rückstelleinrichtung für die Vorspanneinrichtung vorhanden. Die Rückstelleinrichtung kann dazu eingerichtet sein, im Fall des Versagens einer dazu vorgesehenen elektromagnetische Spanneinrichtung die die Vorspannung der Vorspanneinrichtung einzustellen und/oder zu halten, wobei dies bevorzugt über einen alternativen Pfad erfolgt, insbesondere mit hydraulisch und/oder mechanisch betriebenen Bauteilen.

Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Darstellungen sind schematisch und nicht zur Veranschaulichung von Größenverhältnissen vorgesehen. Die mit Bezug auf einzelne Details einer Figur angeführten Erläuterungen sind extrahierbar und mit Sachverhalten aus anderen Figuren oder der vorstehenden Beschreibung frei kombinierbar, es sei denn, dass sich für einen Fachmann zwingend etwas anderes ergibt bzw. eine solche Kombination hier explizit untersagt wird. Es zeigen schematisch:

Fig. la: eine Seitenansicht der Verstellvorrichtung mit geöffnetem Ventil und gespannter Vorspanneinrichtung,

Fig. lb: die Verstellvorrichtung gemäß Fig. la mit geschlossenem Ventil und entspannter Vorspanneinrichtung,

Fig. 2a: im Schnitt l-l die Vorspanneinrichtung mit Schraubendruckfeder in gespannter Position gemäß Fig. la,

Fig. 2b: im Schnitt ll-ll die Vorspanneinrichtung mit Schraubendruckfeder in entspannter Position gemäß Fig. lb,

Fig. 3: perspektivisch eine Ausführungsform der Vorspanneinrichtung mit einer

Mehrzahl von Vorspannfedern,

Fig. 4: eine Ausführungsform der Verstellvorrichtung mit elektromagnetischer

Kupplung, elektromagnetischer Spanneinrichtung und mechanischer Rückstelleinrichtung, Fig. 5: eine Ausführungsform der Verstellvorrichtung wie Fig. 4, jedoch mit hydraulischer Rückstelleinrichtung,

Fig. 6: eine Ausführungsform der Verstellvorrichtung mit elektromagnetischer

Kupplung, hydraulischer Spanneinrichtung und mechanischer Rückstelleinrichtung,

Fig. 7: eine Ausführungsform wie Fig. 6, jedoch mit Wegeventil zwischen

Hydropumpe und Hydrozylinder und

Fig. 8: eine Ausführungsform ähnlich wie Fig. 4, jedoch mit jeweils einem Modul für die Auslöseeinrichtung und die Vorspanneinrichtung sowie einem Modul für die Spanneinrichtung.

Die Fig. la und lb zeigen die Verstellvorrichtung 1 mit geöffnetem Ventil 2 und gespannter Vorspannfeder 16 (Fig. la) und mit geschlossenem Ventil 2 und entspannter Vorspannfeder 16 (Fig. lb). Dargestellt ist die Verstellvorrichtung 1 für ein Ventil 2 mit einer Antriebseinrichtung 3, mit einer Stelleinrichtung 4 und mit einer Vorspanneinrichtung 5.

Die Funktionsschaubilder nach den Figuren la und lb zeigen die Stelleinrichtung 4 zur Betätigung des Ventils 2, zum Beispiel eines Prozessventils, über das ein Volumenstrom 6 einstellbar ist. Die Stelleinrichtung 4 hat einen Spindeltrieb mit einer Antriebseinrichtung 3, zum Beispiel einer Elektromaschine 7, die eine Spindel 8 antreibt. Es erfolgt eine Drehbewegung der Spindel 8 um die Längsachse 10 in Richtung der Pfeile A oder B. Die Drehbewegung der Spindel 8 wird im dargestellten Beispiel auf ein Kugelelement 11 des Ventils 2 mit einer durchgehenden Bohrung 12 übertragen, das in einem Ventilgehäuse 13 abdichtend gelagert ist. Durch das Ventilgehäuse 13 fährt ein Ventilkanal 14 hindurch, der an seinen Mündungen durch Rohre 15 fortgeführt wird und in dem ein gasförmiges oder flüssiges Medium (Volumenstrom 6) fließt.

In dem Ventilgehäuse 13 ist ein Hohlraum ausgebildet, in dem das Kugelelement 11 mit der Bohrung 12 (Durchflussöffnung) drehbar gelagert ist. Das Kugelelement 11 ist koaxial am Abtriebsende 8.2 der Spindel 8 angebracht. In dem Zustand nach der Fig. la fluchten die Bohrung 12 und der Ventilkanal 14 miteinander, die volle Durchflussöffnung ist freigegeben, das Ventil 2 ist also geöffnet. Bei Drehung des Kugelelements 11 in Richtung des Pfeils C oder D um 90° überdecken das Kugelelement 11 und der Ventilkanal 14 einander, die Durchtrittsöffnung ist versperrt, das Ventil 2 ist geschlossen (siehe Fig. lb).

Die Elektromaschine 7 ist am Antriebsende 8.1 der Spindel 8 angeordnet. Durch Ansteuerung der Elektromaschine 7 im Normalbetrieb kann - über die Drehbewegung der Antriebswelle 24 der Elektromaschine 7 in Richtung der Pfeile E und F, der Drehbewegung der Spindel 8 in Richtung der Pfeile A und B und der Drehbewegung der Antriebsachse 25 des Ventils 2 in Richtung der Pfeile C und D - das Kugelelement 11 des Ventils 2 in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Gewindespindel 8 in Richtung der Pfeile C bzw. D verstellt werden.

In dem Fall, in dem das Ventil 2 aufgesteuert (geöffnet) ist und somit ein gewisser Volumenstrom 6 eingestellt ist, würde bei einem Stromausfall oder anlageseitigem Störfall das Ventil 2 offenbleiben, sodass die Funktion der Prozessarmatur nicht mehr kontrollierbar ist. Für einen derartigen Störfall ist eine Notbetätigungseinrichtung vorgesehen, durch die die Spindel 8 in eine Grundposition zurückgestellt werden kann, in der das Ventil 2 geschlossen ist (Fig. lb). Bei der in Fig. la und lb dargestellten Lösung erfolgt diese Rückstellung mechanisch, wobei zur Notfallfunktion keinerlei Bauelemente elektrisch betätigt werden müssen. Die Notbetätigungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Energiespeicher, im vorliegenden Fall aus der Vorspanneinrichtung 5 mit einer Vorspannfeder 16 (Federspeicher).

Die Vorspannfeder 16 ist - wie in Figur 2a und 2b dargestellt - mit ihrem einen Ende an einem ersten Stützelement 17 abgestützt, das über einen ersten Drehpunkt 19 an einem ortsfesten Drehlager 21 drehbar befestigt ist. Mit ihrem anderen Ende ist die Vorspannfeder 17 an einem zweiten Stützelement 18 abgestützt, das über einen zweiten Drehpunkt 20 an einem Ende eines Hebelarms 9 angreift. Der Hebelarm 9 oder ein gleichwertiges Element ist mit seinem anderen Ende fest an der Spindel 8, zum Beispiel durch Kleben, Schweißen, Schrauben oder dergleichen, befestigt und dadurch starr mit der Spindel 8 verbunden.

Die Fig. la und 2a zeigen die Vorspannfeder 16 in gespannter Position, während die Figuren lb und 2b die Vorspannfeder 16 in entspannter Position darstellen. Im Zuge der Entspannung der Vorspannfeder 16, zum Beispiel Schraubendruckfeder, bewegt sich das zweite Stützelement 18 in Richtung des Pfeils H aus einer ersten Position 18‘ (Fig. 2a) in eine zweite Position 18“ (Fig. 2b). Hierbei wird der Hebelarm 9 nach oben gedrückt, sodass die Spindel 8 - im Querschnitt gesehen - um einen Winkel a = 90° um ihre Stellachse 10 (Längsachse) gedreht wird. Auf diese Weise wird das Kugelelement 11 des Ventils 2 ebenfalls um 90° in die geschlossene Position (Fig. lb) gedreht. Der Pfeil d zeigt die Richtung an, in der die Vorspannfeder 16 gespannt wird.

Fig. 3 zeigt perspektivisch eine Ausführungsform der Vorspannvorrichtung 5 mit einer Mehrzahl von Vorspannfedern 16i bis 16_n (Federpaket). Die Vorspannfedern 16.1 bis 16n können in Reihe oder parallel verschaltet angeordnet sein. Mit 22 ist eine Spurführung und mit 23 ist ein Halteelement für die Vorspanneinrichtung 5 bezeichnet.

Die Fig. 4 bis 8 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Verstellvorrichtung 1. Aus Vereinfachungsgründen ist die Vorspanneinrichtung 5 am Beispiel einer Schraubenfeder dargestellt. Die abgewinkelt dargestellte Spindel 8 soll lediglich schematisch veranschaulichen, dass das bewegliche Ende der Vorspanneinrichtung 5 eingerichtet ist, ein Drehmoment auf die Spindel 8 auszuüben.

Die in den Fig. 4 bis 8 dargestellten unterschiedlichen Ausbildungen umfassen jeweils einen Antrieb für eine Spanneinrichtung 26 für die Spannung der Vorspanneinrichtung 5, die Vorspanneinrichtung 5 (Störfallsicherung), eine Auslöseeinrichtung 27 für die Vorspanneinrichtung 5 und eine Rückstelleinrichtung 28.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Verstellvorrichtung 1 mit folgenden Elementen: Der Antrieb für die Spanneinrichtung 26 erfolgt durch einen ersten Elektromotor 29, der über ein erstes Getriebe 32 mit der Spindel 8 zusammenwirkt. Die Vorspanneinrichtung 5 umfasst ein elastisches Element, zum Beispiel ein Federelement. Die Auslöseeinrichtung 27 weist eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung 35 auf, die als Bremse wirkt, und über ein zweites Getriebe 33 mit der Spindel 8 zusammenarbeitet. Die Rückstelleinrichtung 28 ist mechanisch verwirklicht, zum Beispiel über die Antriebseinrichtung 3 mit Antriebswelle 24. Mit 35 ist eine Schnittstelle zwischen der Antriebseinrichtung 3 und der Spindel 8 bezeichnet. Mit 40 ist ein Positionsgeber bezeichnet.

Nach Fig. 5 ist eine Verstellvorrichtung 1 vorgesehen wie Fig. 4, jedoch mit hydraulischer Rückstelleinrichtung 28. Hierzu ist ein hydraulischer Kreislauf vorhanden, der eine erste Hydropumpe 36 und einen Hydromotor 38 umfasst, die als rotatorischer Antrieb innerhalb der Spindel 8 zwischen der Antriebseinrichtung 3 (s. Fig. 4) und der Vorspanneinrichtung 5 angeordnet sind. Diese Ausbildung ermöglicht eine geringere Geschwindigkeit und geringere Kräfte.

Fig. 6 veranschaulicht eine Verstellvorrichtung 1, bei der die Spanneinrichtung 26 eine durch einen zweiten Elektromotor 30 angetriebene zweite Hydropumpe 37 umfasst, die einen linearen Hydraulikzylinder 39 beaufschlagt. Die Spanneinrichtung 26 ist elektrohydraulisch verwirklicht.

Fig. 7 verdeutlicht eine Verstellvorrichtung 1, bei der in der Spanneinrichtung 26 in eine Hydroleitung 41 zwischen der zweiten Hydropumpe 37 und dem Hydrozylinder 39 ein Wegeventil 42 mit Elektromagnet und Federrückführung eingeschaltet ist. Fig. 8 stellt eine Verstellvorrichtung 1 mit einem ersten Modul 43 und einem zweiten Modul 44 dar. Das erste Modul 43 umfasst die Auslöseeinrichtung 27 und die Vorspanneinrichtung 5. Das zweite Modul 44 enthält die Spanneinrichtung 26. In einer Mehrventilanlage kann jedem der Ventile 2 ein erstes Modul 43 zugeordnet sein. Das zweite Modul 44 kann je nach Bedarf an eines der mehreren ersten Module 43 angeschlossen werden. Mit 34 ist ein drittes Getriebe bezeichnet.

Bezugszeichenliste

1 Verstellvorrichtung

2 Ventil

3 Antriebseinrichtung

4 Stelleinrichtung

5 Vorspanneinrichtung

6 Volumenstrom

7 Elektromaschine

8 Spindel

8.1 Antriebsende

8.2 Abtriebsende

9 Hebelarm

10 Stellachse

11 Kugelelement

12 Bohrung

13 Ventilgehäuse

14 Ventilkanal

15 Rohr

16 Vorspannfeder

16i bis 16h Vorspannfedern

17 erstes Stützelement

18 zweites Stützelement 18‘ erste Position

18“ zweite Position

19 erster Drehpunkt

20 zweiter Drehpunkt 21 Drehlager

22 Spurführung

23 Halteelement

24 Antriebswelle

25 Antriebsachse

26 Spanneinrichtung 27 Auslöseeinrichtung

28 Rückstelleinrichtung

29 erster Elektromotor

30 zweiter Elektromotor 31 dritter Elektromotor

32 erstes Getriebe

33 zweites Getriebe

34 drittes Getriebe

35 Schnittstelle

36 erste Hydropumpe

37 zweite Hydropumpe

38 Hydromotor

39 Hydraulikzylinder

40 Positionsgeber 41 Hydroleitung

42 Wegeventil

43 erstes Modul

44 zweites Modul

Claims

Patentansprüche

1. Elektrohydraulisches System mit einer Verstellvorrichtung (1) für ein Ventil (2) mit einer Antriebseinrichtung (3), mit einer Stelleinrichtung (4) und mit einer Vorspanneinrichtung (5), wobei die in der Vorspanneinrichtung (5) gespeicherte Energie im Störfall auf die Stelleinrichtung (4) übertragbar ist, sodass eine rotative Bewegung der Stelleinrichtung (4) einsetzt, die zur Verstellung des Ventils (2) führt, wobei die Vorspanneinrichtung (5) mindestens ein elastisches Element umfasst, das benachbart zu einer Stellachse (10) der Stelleinrichtung (4) angeordnet sowie mit der Stellachse (10) ortsfest verbunden ist und ein Drehmoment auf die Stellachse (10) ausübt.

2. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 1, wobei das elastische Element mindestens ein Federsystem mit mindestens einer Vorspannfeder (16; 16i bis 16_n) umfasst.

3. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei an der Stellachse (10) mindestens ein Hebelarm (9) angebracht ist, an dem einen Ende der mindestens einen Vorspannfeder (16; 16i bis 16_n) angreift.

4. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Wirkrichtung der Vorspannfeder (16; 16i bis 16_n) im Wesentlichen parallel zu einer Tangente zur Stellachse (10) verläuft.

5. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Vorspanneinrichtung (5) durch mindestens einen rotierbaren Elektromotor (29) vorgespannt ist.

6. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Vorspanneinrichtung (5) durch mindestens einen Hydrozylinder (39) mit mindestens einem linear beweglichen Druckkolben vorgespannt ist.

7. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 6, wobei der Hydrozylinder (39) über mindestens einen Kanal (41) an mindestens ein Wegeventil (42) angeschlossen ist, bei dessen Öffnung der Druckkolben des Hydrozylinders (39) durch die Vorspanneinrichtung (5) verschiebbar ist.

8. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Stellachse (10) der Stelleinrichtung (4) und die Antriebsachse (25) des Ventils (2) koaxial zueinander angeordnet sind.

9. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Spanneinrichtung (26) für die Vorspanneinrichtung (5) vorhanden ist.

10. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Auslöseeinrichtung (27) für die Vorspanneinrichtung (5) vorgesehen ist.

11. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Rückstelleinrichtung (28) für die Vorspanneinrichtung (5) vorhanden ist.