WO2012062404A1 - Hydraulischer oder pneumatischer antrieb zur betätigung einer armatur mit einem regel- oder schaltventil - Google Patents

Hydraulischer oder pneumatischer antrieb zur betätigung einer armatur mit einem regel- oder schaltventil Download PDF

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hydraulic
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Hans-Juergen Finke
Meik Brinkmann
Dirk Bracht
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Hydraulic or pneumatic actuator for actuating a valve with a control or switching valve
  • the invention relates to a hydraulic or pneumatic (fluidic) drive, which is provided for the actuation of valves having a switching or control valve, and comprises a control cylinder and a safety circuit, in a line to which a cylinder chamber of the actuating cylinder
  • valve is connected, two in series with each other connected shut-off valves.
  • the valve can be used, for example, in a power plant, in the chemical or petrochemical industry, in oil and gas production, etc. Fittings are for example auxiliary operated safety valves, quick-acting valves, quick-opening valves, control valves, quick-acting flaps, pilot valves, self-medium controlled
  • Insulating valves in power plants valves for mixing the same or different substances, etc.
  • a hydraulic safety circuit for a double-acting hydraulic cylinder with two pressure chambers is known in which in the case of an emergency shutdown, the two pressure chambers are connected to each other via a plurality of mutually parallel pilot operated seat valves.
  • the pilot control is supplied either via a check valve from the pressurized chamber of the hydraulic cylinder or via a check valve from an external pressure source.
  • this safety circuit it can be tolerated if one of the parallel-connected poppet valves fails during the quick shutdown.
  • the two parallel fluid paths are provided for redundancy in the event of a quick shutdown of a steam valve.
  • the series connection of two safety valves makes it possible to individually test them during operation for their functionality.
  • a disadvantage of such safety circuits is that each passive logic valve can only be tested together with the active logic valve of the parallel line.
  • a connecting line with a throttle is provided between the two parallel lines.
  • the invention is based on the object to provide a hydraulic or pneumatic (fluidic) drive for the actuation of valves with a switching or control valve having the features of the preamble of claim 1 and in which the safety-related function of
  • shut-off valves can also be tested individually at any time without the safety circuit or the control valve or the system having to be taken out of service.
  • the fluidic drive according to the invention can be used in particular for actuating a regulating or switching valve of a valve, for example in a power plant.
  • the drive has an actuating cylinder which has at least one cylinder chamber which is connected to a hydraulic or pneumatic line. In the line a safety circuit is provided, the two connected in series
  • the two shut-off valves are a first 2/2-way cartridge valve (logic valve) and a second 2/2-way cartridge valve (logic valve), each with a main control piston through which the fluidic connection between two respective working ports of a cartridge valve is controllable.
  • the two 2/2-way cartridge valves each have a pilot valve.
  • the second 2/2-way cartridge valve is fluidly closer to the cylinder chamber arranged as the first 2/2-way cartridge valve.
  • At least this first 2/2-way cartridge valve is an active logic valve, which has an active area in the opening direction, via the associated
  • pressure can be applied to the pilot valve.
  • One of the two cartridge valves can be designed as a passive logic valve without active surface, as at one of his
  • Working ports serially arranged for a cartridge valve other cartridge valve is an active logic valve.
  • the pilot valves of the two 2/2-way cartridge valves are connected to their with a pressure medium source and with a pressure medium sink
  • the active-logic valve with the area active in the opening direction is preferably the 2/2-way cartridge valve, at the working ports of which no pressure is present in normal operation.
  • this cartridge valve can be switched to test over the active area - in particular - be opened.
  • both 2/2-way cartridge valves are active logic valves. This has the advantage that the
  • valve block having the logic valves can also be interchanged with respect to the actuating cylinder with respect to the actuating cylinder to be connected to the actuating cylinder.
  • selection valve arrangements in the form of, for example, two check valves or a so-called shuttle valve that the Pilot valves are supplied in each case from the pressurized cylinder chamber with pressure medium and connected to their tank port to the cylinder chamber with the lower pressure, so there is an additional security with regard to the assembly.
  • the actuating cylinder is a synchronous cylinder with a second cylinder chamber.
  • the two cylinder chambers can be connected to one another via the line and via the two 2/2-way cartridge valves. It can then be displaced from the pressurized cylinder chamber, the pressure medium in the other cylinder chamber, so that the valve under the influence of pressure conditions can reach her in a safe position.
  • the actuating cylinder also has a second cylinder chamber and is therefore also double-acting.
  • Stellzylinder can also be a Gleichgangzylinder.
  • a synchronous cylinder is a cylinder in which the two cylinder chambers are facing equally large effective piston surfaces.
  • a second hydraulic line is connected, in which a second safety circuit is provided.
  • This is designed in accordance with the first safety circuit and has the accordingly a third 2/2-way cartridge valve and a fourth 2/2-way cartridge valve connected in series.
  • These each include a main control piston, with which the fluidic connection between two respective working ports is controllable, and a pilot valve.
  • At least one, preferably both 2/2-way cartridge valves of the second safety circuit are active logic valves having an active in the opening direction surface, which is acted upon by the associated pilot valve independent of the working ports with a pressure. In this case, a test of the cartridge valves of a line is independent of the installation valves of the other line and regardless of whether a pressure is present at a working port of the third and / or fourth 2/2-way cartridge valve.
  • the active logic valve with the active in the opening direction surface is the 2/2-way cartridge valve, at its working ports in normal operation no pressure is present.
  • this cartridge valve can be switched to test over the active area - in particular - be opened.
  • a branching line can be connected to a further 2/2-way cartridge valve to the first and to the second line between the two cartridge valves.
  • These cartridge valves also each have a main control piston, with which the fluidic connection between two respective working ports is controllable, and they each have a pilot valve. With such a hydraulic drive, the actuating cylinder can be adjusted in emergency operation as needed in a first or in a second direction.
  • the operation of the 2/2-way cartridge valves can be easily tested.
  • the closed position and the open position of a 2/2-way cartridge valve are monitored.
  • a position sensor is used for position monitoring, for example in the form of an analogue encoder, with which each position of a main control piston can be detected, for example stop strokes can be used to detect differently set opening strokes of a main control piston without a limit switch also having to be readjusted. Only one other signal from the position transmitter can be regarded as authoritative electronically.
  • the pilot valves position monitoring valve body.
  • the position monitoring can be carried out by means of limit switches.
  • the main control pistons have seals.
  • these seals can be arranged in particular between the spring chamber and the active surface.
  • the pilot valves are 4/2 directional seat valves.
  • the spring chamber of the associated cartridge valve acted upon in the closing direction acting control pressure while the active surface to be relieved.
  • emergency mode can Relieved via the 4/2-way poppet valve (reversed) the spring chamber and the active surface are acted upon by acting in the opening direction control pressure. It is preferred in this case if the first-mentioned fluidic connections take place in the case of an energized switching position and the second-named fluidic connections in the case of a currentless basic position of the 4/2-way seat valve.
  • all 2/2-way cartridge valves are active logic valves having an active in the opening direction surface, which is acted upon by the associated pilot valve independent of the working ports with a pressure. This allows each cartridge valve to be tested without pressure on any of its working ports. This increases the flexibility of the safety circuit and reduces the effects of a faulty assignment of the installation valves during assembly. Due to the pressurization of the additional effective in the opening direction open the active logic valves very fast.
  • a position sensor is arranged on a piston or on a piston rod of the actuating cylinder.
  • the actuator cylinder is actuated independently of the 2/2-way cartridge valves via a proportional or black / white directional control valve.
  • a seat valve (blocking valve) is provided as a safety valve, with which the actuating cylinder and thus the valve can be kept leak oil-free in a predetermined position.
  • the directional control valve and the blocking valve are actuated and the actuating cylinder, powered by a pressure connection and a tank connection, moved.
  • this system not only checks the function itself, but also detects changes that creep over a longer time Period could result (condition monitoring). By monitoring the proportional valve or the black / white directional control valve and the blocking element, the actual work elements are included in the review.
  • Proportional valve or the black / white directional control valve returned to the higher-level control.
  • the verification of the valve function and all elements and signals involved is fully documented and archived.
  • a real movement on the actuator cylinder may only play in the
  • Valve spindle is playing.
  • safety blocks are arranged parallel to one another, then the safety blocks remain in function when checking a safety block in order to ensure safety.
  • a first variant of the safety circuit according to the invention has a control cylinder, via which a main valve in an emergency (but possibly not only in an emergency) can be relieved hydraulically or pneumatically, wherein - in particular for what - the actuating cylinder has a first cylinder chamber and a second cylinder chamber which are connectable to each other via a working line.
  • a first and a second series-connected shut-off valve are provided in the Working line.
  • the actuating cylinder may be, for example, a differential or synchronous cylinder.
  • a second variant of the safety circuit according to the invention has a control cylinder, via which a main valve in an emergency (-aber possibly not only in an emergency) can be actuated hydraulically or pneumatically, wherein the actuating cylinder has a first cylinder chamber, in particular via a first pressure medium flow path via a first working line - can be supplied with pressure medium.
  • a first and a second series-connected shut-off valve are provided in the first pressure medium flow path - in particular in the first working line - .
  • the actuating cylinder may e.g. be a differential or synchronous cylinder with two cylinder chambers.
  • one of the two shut-off valves can be tested while the other shut-off valve remains closed. Neither the valve nor the system needs to be taken out of service.
  • a method for switching a safety circuit according to the invention according to one of the two variants in an emergency has the steps:
  • the second variant of the actuating cylinder has a second cylinder chamber, which is relieved via a second working line.
  • a first and a second series-connected shut-off valve are provided in the second working line.
  • the second variant of the actuating cylinder has a second cylinder chamber, which is supplied via a second pressure medium flow path with pressure medium accordingly.
  • the first and the second cylinder chamber via the respective pressure medium flow path alternatively - in particular to a tank - relieved.
  • a first and a second series-connected shut-off valve are provided in the second pressure medium flow path.
  • a method for switching this training in an emergency has the steps:
  • shut-off valves may be provided, of which two are working shut-off valves, which are connected directly to the two cylinder chambers and two of which are P shut-off valves, both directly to a
  • the pressure circuit is connected to the safety circuit and two of which are T shut-off valves, both of which are directly connected to a tank connection of the safety circuit.
  • a method for switching this training in an emergency has the steps:
  • the series-connected shut-off valves are respectively formed by logic valves or 2/2-way poppet valves having a valve body having a closing direction effective closing surface and an effective in the opening direction annular surface.
  • the closing surface and the annular surface are both alternatively - in particular to the tank - relieved or with pressure medium
  • logic valves or the 2/2-way poppet valves in each case by a 4/2-way valve - are piloted - especially in the seat design.
  • the currentless switching to the emergency operation of the safety circuit so the opening of the main valve can be done when the 4/2-way valve a valve body has, in its biased by a spring emergency position in the closing direction effective closing surface - in particular to the tank - is relieved, while in the opening direction effective annular surface is acted upon with pressure medium.
  • the main valve is a shut-off valve or a safety valve of a system under vapor pressure.
  • the method according to the invention for maintaining or maintaining such a safety circuit has the following steps:
  • each shut-off valve can be kept practicable, without causing the actuating cylinder and thus the main valve adjusted so it must be opened.
  • Figure 1 is a circuit diagram of a valve assembly of a hydraulic actuator for a valve having a control or switching valve, to which circuit diagram, the safety circuits shown in the following figures are connected;
  • Figure 2 is a circuit diagram of a first embodiment of a security circuit according to the invention.
  • Figure 4 is a circuit diagram of a second embodiment of the safety circuit according to the invention.
  • FIG. 5 shows a safety valve or control valve with differential cylinder of a third embodiment of the safety circuit according to the invention
  • FIG. 6 shows a safety valve or control valve with differential cylinder of a fourth embodiment of the safety circuit according to the invention.
  • FIG. 7 shows a circuit diagram of a fifth exemplary embodiment of the safety circuit according to the invention.
  • FIG. 8 shows a circuit diagram of a sixth embodiment of the safety circuit according to the invention.
  • Figure 1 shows a circuit diagram of a valve assembly of a hydraulic drive, at its designated A1 and B1 ports each directly a working chamber 4; 204 and 6, respectively; 206 of a double-acting actuator cylinder 2 (shown in FIGS. 2 and 4 to 8); 202 are connected.
  • the adjusting cylinder 2; 202 serve to set a respective safety valve or control valve 1; 101; 401 of a fitting.
  • Such a control valve 1; 101; 401 is for example a steam valve, which in a
  • Normal operation can take intermediate positions to control the steam flow.
  • the valve may also be a switching valve, which is closed or open in normal operation and should take in certain situations in its second position. Apart from steam, however, it is also possible to control the flow of another medium, which is transported in the same way or changed in its parameters (for example by mixing).
  • valve arrangement of the hydraulic drive shown in FIG. 1 supplies one of the ports A1, B1 with a pressurized fluid (oil, air, gas or gas mixture) which is available at one pump port P, while the other of the two ports A1, B1 connects to a tank connection T.
  • a proportional (continuously) adjustable 4/3 way valve 26 is arranged, via which the pressurization of the terminals A1, B1 and thus the positioning of the control valve. 1 ; 101; 401 takes place.
  • the proportional valve 26 via a pump line 28 to the
  • a valve spool of the proportional valve 26 can be detected with a displacement sensor 31.
  • An output of the proportional valve 26 is connected via a working line 32 to the port A1, while a second port of the proportional valve 26 is connected via a second working line 34 to the port B1.
  • a seat valve 36 is arranged, via which the two working lines 32, 34 can be shut off.
  • the seat valve 36 serves to the adjusting cylinder 2; 202 in case of failure of the electrical system or a safety check in any position of the control valve 1; 101; 401 leak-free to keep in a predetermined position.
  • the proportional valve 26 serving as the main directional valve and the poppet valve 36 serving as the safety blocking element are actuated and the actuating cylinder 2; 202 proceed.
  • the control of the actuating cylinder can also take place via a switching valve shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a first exemplary embodiment of a safety circuit according to the invention. It has a safety valve or control valve 1, which is in an emergency to relieve a (not shown) system that is under vapor pressure.
  • the safety valve or control valve 1 has a valve body, which is held in a normal operation of the system against the vapor pressure to a valve seat and is lifted in an emergency in the position shown in Figure 2).
  • the pressure of the steam is supportive.
  • For the actuation of the control valve 1 is a synchronous cylinder 2 with the two in the free cross section of the same size
  • Cylinder chambers 4 and 6 are present, wherein by supplying pressurized fluid into the
  • Outflow of pressurized fluid from the cylinder chamber 6 is actuated in the opening direction.
  • the pressure in the cylinder chamber 6 results from the pressure in the
  • Gleichgangzylinders 2 connectable via a working line, from the
  • Work line sections 8a, 8b, 8c, 8d, 8e and 8f consists.
  • a position sensor 21 is arranged on a piston rod of the actuating cylinder 2.
  • a first logic valve 12 is provided, while between the two working line sections 8d and 8e, a second logic valve 14 is provided.
  • the two according to the invention in series logic valves 12, 14 are 2/2-way seat valves and shown in Figure 2 in a normal or basic position. Both logic valves 12, 14 block the working line 8a-f, whereby the safety valve or control valve 1 can be controlled solely by way of the valve arrangement of FIG.
  • For switching the two logic valves 12, 14 between normal operation and emergency operation serve as a pilot control a first 4/2-way valve 16 and a second 4/2-way valve 18.
  • the two logic valves 12, 14 and the two 4 / 2- Directional valves 16, 18 are arranged together in and on a control plate 20 having a pump port P and a tank port T.
  • the two 4/2-way valves 16, 18 are shown in their biased by a spring basic or emergency position.
  • a respective closing surface 22, 24 which is effective in the closing direction of the valve body or main control piston of the logic valves 12, 14 is connected to the tank connection T via a relief line and thus relieved of pressure.
  • the discharge in particular if no tank connection is present or a tank connection is present, but not used and closed by a stopper, via a check valve 21a also to the cylinder chamber 4 or via a check valve 21 b to the cylinder chamber 6 take place, depending on the in which cylinder chamber the lower pressure prevails.
  • the respectively effective in the opening direction annular surfaces A4 of the logic valves 12, 14 are alternatively from a pump port P forth via a first check valve 23a or from the cylinder chamber 6 via a second check valve 23b or from the cylinder chamber 4 ago a third check valve 23c is pressurized.
  • the valve body or main control piston of the two logic valves 12, 14 are lifted and the working line 8a-f released.
  • the two cylinder chambers 4, 6 of the synchronous cylinder 2 are connected and the valve body of the safety valve or control valve 1 can be opened in the position shown in Figure 2.
  • the surfaces 22 are pressurized and the surfaces A4 relieved of pressure.
  • the logic valves are shown together with their pilot control in the rest position, which they occupy when there is no pressure in the system.
  • the pilot valves 16 and 18 are thus - unlike the main stages - arranged in parallel with respect to their pressure and in terms of their tank connection and therefore can independently control their main stages.
  • the 4/2 way valves 16 and 18 may also be designed as 4/2 way seat valves. Then a leakage oil flow on the feedforward is not available or very small.
  • 4/2 way seat valves are known for example from the data sheet RD 22058 / 07.09, page 5/14 Bosch Rexroth AG
  • the tank connection T may be omitted or unused and blocked.
  • the pressure port P together with the check valve 25a may be omitted or clogged by dispensing with the provision of a check valve.
  • each of the cylinder chamber 6 is pressurized.
  • the pressure in the cylinder chamber 4 is lower than in the cylinder chamber. 6
  • the check valves 25b and 25c and 21 a and 21 b would not be necessary.
  • the respective pressure connection of the two pilot valves 16 and 18 could be connected directly only to the cylinder chamber 6 and the respective discharge connection directly to the cylinder chamber 4. This is also conceivable if, as shown in FIG. 2, the tank connection T and the pressure connection P with the check valve 25a available. In the cylinder chamber 4 would then prevail the same pressure as in the tank connection T. The pressure at the pressure port P would usually be lower than in
  • Figure 3 shows the logic valve 12/14 with the pilot valve 16/18 of Figure 2 in an enlarged view and with additional details. This arrangement is also repeatedly installed in the following embodiments.
  • the logic valve 12/14 is an active logic valve 12/14, the main control piston acting in the opening direction and independently of the pressure at one of the terminals A and B with pressurizable annular surface or active area A4 and in
  • Closing direction effective closing surface has 22/24.
  • a seal 38 is arranged to delimit the two adjacent spaces in which there are different pressures both in normal operation and in emergency operation.
  • the active area A4 of the logic valve 12 is also for the initiation of a
  • the valve body of the pilot valve 16/18 and the main control piston of the active-logic valve 12/14 are position-monitored via a respective limit switch 40 or 42.
  • the limit switch 40 detects whether the valve body of a pilot valve has reached its switched position.
  • the limit switch 42 detects whether the piston of
  • Main stage of a logic valve has reached its open end position. It can also in each case a second limit switch may be provided in order to detect both end positions in each case.
  • a second limit switch 43 is shown, with which the closed position of the main stage of the logic valve is monitored.
  • a continuous path detection can be provided, so that different open end positions without mechanical adjustment of a
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of a second exemplary embodiment of a safety circuit according to the invention.
  • a valve body of a safety valve or control valve 101 in normal operation is a valve body of a safety valve or control valve 101 in normal operation
  • the vapor pressure of the system acts in the closing direction supportive. Compared to the embodiment of Figure 2 so the flow direction of the steam is reversed by the valve.
  • the first cylinder chamber 4 of the synchronizing cylinder 2 can be connected via a first working line to the pressure port P of a control plate 120.
  • the first working line is divided into sections 108a, 108b, 108c, 108d, 108e and 108f. Between the two sections 108e and 108d, a first logic valve 12 is arranged, while a second logic valve 14 is arranged between the two sections 108d and 108c.
  • the second cylinder chamber 6 of the Gleichgangzylinders 2 is connected via a second working line to the tank port T of the control plate 120.
  • the second working line is divided into the sections 1 10a, 1 10b, 1 10c, 110d, 110e and 110f.
  • a third logic valve 15 is arranged, while a fourth logic valve 13 is arranged between the two sections 11 1 Od and 110e. All logic valves are active logic with a designated in Figure 3 with A4 ring surface on the piston, which acts on pressure in the opening direction.
  • the logic valve 12 is controlled by a 4/2 way valve 16
  • the logic valve 14 is a 4/2 way valve 18
  • the logic valve 15 is a 4/2 way valve 19th
  • the logic valve 13 is piloted by a 4/2 way valve 17.
  • the logic valves ⁇ , 13, 14 and 15 and the 4/2-way valves 16, 17, 18 and 19 are constructed the same as the logic valves and pilot valves present in the first embodiment of Figure 2 and operate in the same manner.
  • the logic valves 12 to 15 are shown in their closed position, it being understood that the solenoids of the pilot valves 16 to 19 are energized and the pilot valves occupy their switched position, unlike that shown in FIG. 4, in which the surfaces 22 / 24 (see Figure 3) pressurized and the surfaces A4 / (see Figure 3) are relieved of pressure.
  • the fitting 101 assumes the closed normal position shown in FIG. In emergency mode the
  • the four 4/2-way valves are switched 16 to 19 after switching off the electromagnets by a respective spring in their basic or emergency position shown in Figure 4, whereby the valve body of the logic valves are lifted from their valve seats.
  • the first working line 108a-f and the second working line 110a-f are released.
  • a pressure medium supply from the pressure accumulator 126 held at a certain pressure can flow via the pressure port P and via the first working line 108a-f into the first cylinder chamber 4, while a corresponding amount of pressure medium from the second cylinder chamber 6 via the second working line 110a-f and the tank port T flows to a tank, not shown.
  • the piston and the piston rod of the adjusting cylinder 2 are moved in the sense of an enlargement of the cylinder chamber 4 and a reduction of the cylinder chamber 6 and lift the valve body of the safety valve or regulating valve 101 from its valve seat. Steam can escape from the steam-carrying system, not shown, according to the two arrows.
  • the first working line 108a-f is thus used in emergency mode as a supply line, while the second working line 110a-f serves as a return line.
  • the first cylinder chamber 4 can be supplied in emergency operation via the first working line 108a-f from the pressure accumulator 126, which is charged during normal operation of the safety circuit to a certain pressure.
  • Proportional valve 26 or the switching valve of Figure 1 receives a signal that the
  • FIG. 5 shows a section of a third exemplary embodiment of the safety circuit according to the invention.
  • the safety valve or control valve 1 is shown as in the first embodiment (see FIG. 5
  • Steam pressure is actuated in the direction of closing and is opened in emergency operation with steam assist.
  • first cylinder chamber 204 is a piston rod side cylinder space
  • second cylinder chamber 206 is a bottom-side cylinder chamber
  • the piston of the differential cylinder 202 is operatively connected to a
  • Position sensor 21 which detects each position of the piston.
  • the third embodiment of the safety circuit according to the invention in terms of lines, the control plate with the valves and the pressure accumulator corresponds to the second embodiment shown in FIG 4. Accordingly, the first cylinder bracket 204 via the first working line 108a-f to the pressure port P of the control plate 20 connected while the second
  • Cylinder chamber 206 is connected via the second working line 110a-f to the tank port T of the control plate 120. Of these two working lines, only a part of the first section 108a or 110a is shown in each case.
  • FIG. 6 shows the safety valve or regulating valve 101 with a flow according to the second exemplary embodiment (cf., FIG. 4), with its adjustment the differential cylinder 202 according to the third embodiment (see Figure 5) is used.
  • the fourth embodiment of the safety circuit according to the invention with respect to the lines, the control plate with the valves and the pressure accumulator corresponds to the second embodiment of Figure 4. Accordingly, the first cylinder chamber 204 via the first working line 108a-f to the pressure port P of the control plate 120 connected while the second
  • Cylinder chamber 206 is connected via the second working line 110a-f to the tank port T of the control plate 120. Of these two working lines, only a part of the first section 108a or 110a is shown in each case.
  • the safety valve or regulating valve 1 flows through the steam in such a way that it is actuated against the vapor pressure in the direction of opening and is closed with steam during emergency operation.
  • the first cylinder chamber 204 via the first working line 108a-f pressure medium -. B. from the pressure accumulator 126 -. This opens the safety valve or control valve 101 against the vapor pressure. From the second
  • Cylinder chamber 206 is displaced pressure medium.
  • FIG. 7 shows a circuit diagram of a fifth exemplary embodiment of the safety circuit according to the invention.
  • a valve body of a safety valve or control valve 401 is shown according to a normal operation in its normal position in which it shuts off steam of a system not shown in detail.
  • the valve body can be moved in an emergency operation via the synchronous cylinder 2 by pressurizing a first cylinder chamber 4 - as viewed in Figure 7 - according to the arrow above the synchronous cylinder to the right.
  • a first working line of a control plate 420 which can connect a pressure port P to the first cylinder chamber 4 via two according to the invention in series connected logic valves 12, 14.
  • the thereby displaced from the second cylinder chamber 6 pressure fluid flows through a second working line to a tank port T of Control plate 420, wherein two erfindunlic to each other in series logic valves 15, 13 are arranged in the second working line.
  • the first working line is composed of the line sections 408a, 408b, 408c, 408d, 408e, 408f, 408g, 408h and 408i.
  • the second working line is composed of the line sections 410a, 410b, 410c, 41d0, 41e, 41d and 410g.
  • the first logic valve 12 is arranged between the line sections 408e and 408f, while the second logic valve 14 is arranged between the line sections 408b and 408c.
  • the second logic valve 15th is arranged in the second working line between the line sections 41 Oe and 41 Of the first logic valve 13 is arranged, while between the line sections 410b and 410c, the second logic valve 15th
  • control plate 420 has two further logic valves 512, 513, which are not required in the fifth embodiment according to FIG. All logic valves are active logic.
  • the two first logic valves 12, 13 and the two second logic valves 14, 15 and the two logic valves 512, 513, which are not required in the fifth exemplary embodiment, are piloted in the manner known from the exemplary embodiments 1 and 2.
  • Figure 8 shows a circuit diagram of a sixth embodiment of
  • Safety circuit With regard to the components, ie lines and valves, the arrangement of the fifth embodiment shown in FIG 7 is used. With respect to the function of the valve body of the safety valve or control valve 401 in emergency operation from the normal position shown in Figure 8 is not adjusted as in the embodiment of Figure 7 from left to right, but according to the arrow on the synchronizing cylinder 2 from right to left in this embodiment ,
  • the second cylinder chamber 6 of the synchronizing cylinder 2 is connected to the pressure connection P of the control plate 420 via a second working line, which is modified compared with the fifth embodiment, while the first one
  • first working line to the tank port T is relieved.
  • the line sections 408a, 408b, 408c, 408d, 508e, 508f, 508g serve as the first working line
  • the line sections 410a, 410b, 410c, 41d0, 51e, 510f, 510g serve as the second working line.
  • two logic valves 512, 14 connected in series with one another are arranged in the first working line.
  • the first logic valve 512 is arranged between the line sections 508e and 508f
  • the second logic valve 14 is arranged between the line sections 408b and 408c.
  • the first logic valve 513 is arranged between the line sections 51 Oe and 51 Of, while the second thereto according to the invention connected in series logic valve 15 between the line sections 410b and 410c
  • the two logic valves which are used in the fifth embodiment according to FIG. 7 as the two first logic valves 12, 13, are not used or used in the sixth exemplary embodiment according to FIG.
  • control plate 420 with the total of six pilot operated logic valves 12, 13, 14, 15, 512, 513 for normal operation and emergency operation of the safety valve or
  • Control valve 401 both when it is to be adjusted in emergency operation from the central position according to the fifth embodiment in the one direction, as well as when the valve 401 according to the sixth embodiment in the
  • Pressure port P and the tank port T of the control plate 420 is one of the two valves 12 and 5 2 or 13 and 513 in case of emergency remain closed at least until the valve body of the fitting 401 has released a vapor stream.
  • the two logic 12 and 512 as well as the two logic 13 and 513 differ in terms of their feedforward.
  • the pilot valves of the logic valves 12, 13, 14 and 15 are energized and then the logic valves 12 to 15 closed.
  • the logic valves 12 to 15 are open.
  • the logic valves 12, 13, 14, 15, 512, 513 may be one of two series connected logic valves 12, 13, 14, 15, 512 513, while the other logic valve 12, 13, 14, 15, 512, 513 remains closed.
  • the system remains with the safety valve or regulating valve 1; 101; 401 in normal operation, while the safety of the safety circuit and the system (not shown) is still given.
  • at least the logic valves, at their working ports in normal operation of one of the cylinder chambers or from a pressure port P of the control plate ago no pressure is applied as active logic valves with an independently acted upon by the working ports in the opening direction acting surface.
  • a plurality of control plates 20; 120; 420 for equal or different thresholds on the cylinder 2; 202 be provided and connected.
  • the safety circuits according to the invention can also serve, in normal operation, the safety valve or control valve 1; 101; 401 open and close it in emergency mode.
  • An open position may be located at an intermediate position between the closed position and the 100% open position by means of stroke limitation for the valve piston of the main stage.
  • This intermediate position corresponds to a measured value greater than 0 and less than 100% as voltage or current of an analog
  • working position sensor which can be used to detect without mechanical adjustment and the intermediate positions can.
  • the part of the drive shown in FIG. 1 is first switched ineffective.
  • the proportional valve 26 and in particular the seat valve 36 are de-energized (compare the positions shown in Figure 1). Thereupon is via a not programmable
  • Control of one of two in series with each other arranged logic valves by changing the energization of the electromagnet of the associated 4/2-way valve 16 is opened. Thereafter, this logic valve is closed again and the logic valve connected in series via the associated 4/2-way valve 18 is opened.
  • the alternating switching of two series-connected logic valves is optionally carried out several times in succession. Every time you shift something is consumed control oil.
  • This control oil is removed at least in the embodiments of Figures 2 and 4 a cylinder chamber of the actuating cylinder 2, provided that the pressure therein is higher than the pressure at the pressure port P of the control plate.
  • a respective slight loss of oil in the pressurized cylinder chamber 4 of the adjusting cylinder 2 causes the valve body of the regulating valve 1 to either be relieved, but not opened or to leave its position slightly.
  • the drive path for the proportional valve 26 is transferred again to the programmable logic controller.
  • the part of the hydraulic drive shown in Figure 1 takes over the pressure medium loading of the actuating cylinder 2; 202 via its directly with the cylinder chambers 4; 204 and 6, respectively; 206 connected ports A1 and B1.
  • the control deviations of the proportional valve 26 can be evaluated and compared with the position monitoring of the valve, so that the control function is monitored.
  • two variants of a safety circuit for hydraulically or pneumatically actuated valves via an actuating cylinder are two variants of a safety circuit for hydraulically or pneumatically actuated valves via an actuating cylinder.
  • the actuating cylinder can be relieved hydraulically or pneumatically in an emergency.
  • the actuating cylinder has two cylinder chambers, which can be fluidly connected via a working line.
  • a first and a second series-connected shut-off valve are provided in the working line.
  • the actuating cylinder 2 has a first and a second cylinder chamber 4, 6, which are connectable via a working line 8a-f, characterized in that in the
  • the actuating cylinder can be actuated hydraulically or pneumatically in an emergency.
  • the actuating cylinder has at least a first cylinder chamber, which can be supplied in an emergency via a first pressure medium flow path with pressurized fluid.
  • a first and a second series-connected shut-off valve are provided in the first working line.
  • 101; 401 is hydraulically or pneumatically actuated in an emergency, wherein the actuating cylinder 2; 202, a first cylinder chamber 4; 204, which via a first pressure medium flow path 108; 408; 508 can be supplied with pressure medium, characterized in that in the first pressure medium flow path 108; 408; 508 a first and a second series-connected shut-off valve 12, 14 are provided.
  • Safety circuit according to variant 2 wherein the actuating cylinder 2; 202, a second cylinder chamber 6; 206, which is relieved via a second working line 110a-f, and wherein in the second working line 110, a first and a second series-connected shut-off valve 12, 14 are provided.
  • Safety circuit according to variant 2 wherein the actuating cylinder has a second
  • Cylinder chamber 6, which is supplied via a second pressure medium flow path with pressure medium, and wherein the first and the second cylinder chamber 4, 6 are relieved via the respective pressure medium flow path, and wherein in the second pressure medium flow path, a first and a second series-connected shut-off valve 12, 14 are provided.
  • Safety circuit according to aspect 4 wherein six shut-off valves 12, 14 are provided.
  • Safety circuit according to variant 1 or 2 wherein the shut-off valves are formed by logic valves 12, 14 or 2/2-way poppet valves, each having a valve body, which has an effective closing in the closing direction closing surface 22, 24 and an effective in the opening direction annular surface has, wherein the closing surface 22, 24 and the annular surface are each relieved or acted upon by pressure medium.
  • Safety circuit according to aspect 7, wherein the shut-off valves 12, 14 and / or the 4/2-way valves 16, 18 are electronically monitored.
  • Safety circuit according to variant 1, wherein the main valve is a shut-off valve or a safety valve 1; 101; 401 of a pressurized systei is.

Abstract

Offenbart sind zwei Varianten einer Sicherheitsschaltung für hydraulisch betätigte Ventile über einen Stellzylinder. Bei der ersten Variante kann der Stellzylinder (2, 202) in einem Notfall hydraulisch oder pneumatisch entlastet werden. Dazu hat der Stellzylinder zwei Zylinderkammern (4, 204), die über eine Arbeitsleitung (8a - f, 108a - f, 408a - i) fluidisch verbunden werden können. In der Arbeitsleitung sind ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil (12, 14) vorgesehen. Gemäß der zweiten Variante kann der Stellzylinder in einem Notfall hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden. Dazu hat der Stellzylinder zumindest eine erste Zylinderkammer, der in einem Notfall über einen ersten Druckmittelströmungspfad mit Druckfluid versorgt werden kann. In dem ersten Druckmittelströmungspfad sind ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil vorgesehen.

Description

Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb zur Betätigung einer Armatur mit einem Regel- oder Schaltventil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen oder pneumatischen (fluidischen) Antrieb, der für die Betätigung von Armaturen, die ein Schalt- oder Regelventil aufweisen, vorgesehen ist und einen Stellzylinder und eine Sicherheitsschaltung umfasst, die in einer Leitung, an die eine Zylinderkammer des Stellzylinders
angeschlossen ist, zwei in Reihe zueinander geschaltet Absperrventile aufweist. Die Armatur kann eingesetzt sein zum Beispiel in einem Kraftwerk, in der Chemie oder Petrochemieindustrie, in der Öl- und Gasförderung, usw. Armaturen sind zum Beispiel hilfsgesteuerte Sicherheitsventile, Schnellschlussventile, Schnellöffnungsventile, Regelarmaturen, Schnellschlussklappen, Pilotventile, Eigenmedium gesteuerte
Isolierventile in Kraftwerken, Ventile zum Mischen gleicher oder andersartiger Stoffe, usw.
Aus der DE-AS 2 025 836 ist eine hydraulische Sicherheitsschaltung für einen doppelt wirkenden Hydrozylinder mit zwei Druckkammern bekannt, bei dem im Falle einer Schnellabschaltung die beiden Druckkammern über mehrere parallel zueinander geschaltete vorgesteuerte Sitzventile miteinander verbunden werden. Die Vorsteuerung wird entweder über ein Rückschlagventil aus der unter Druck stehenden Kammer des Hydrozylinders oder über ein Rückschlagventil von einer Fremddruckquelle versorgt. Bei dieser Sicherheitsschaltung kann es toleriert werden, wenn eines der parallel geschalteten Sitzventile bei der Schnellabschaltung versagt.
Aus der US 5,133,189 ist es bekannt, in zwei aus Sicherheitsgründen parallel zueinander verlaufenden Fluidpfaden jeweils zwei in Reihe zueinander liegende
Sicherheitsventile anzuordnen. Die zwei parallelen Fluidpfade sind für eine Redundanz im Falle einer Schnellabschaltung eines Dampfventils vorgesehen. Die Reihenschaltung von zwei Sicherheitsventilen ermöglicht es, diese während des Betriebs einzeln auf ihre Funktionstüchtigkeit zu testen.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Aus der DE 10 2004 042 891 B3 ist eine Sicherheitsschaltung bekannt, bei der vier Logik-Ventile nach dem Grundprinzip der letztgenannten US 5,133,189 angeordnet sind. Ein Druckraum eines Arbeitszylinders kann im Notfall über zwei parallel zueinander verlaufende Entlastungsleitungen entlastet werden. In jeder Entlastungsleitung sind zwei in Reihe zueinander angeordnete Logikventile vorgesehen, von denen eines ein Aktivlogik-Ventil und das andere ein Passivlogik-Ventil ist.
Nachteilig an derartigen Sicherheitsschaltungen ist, dass jedes Passivlogik- Ventil nur mit dem Aktivlogik- Ventil der parallelen Leitung zusammen getestet werden kann. Dazu ist zwischen den beiden parallelen Leitungen eine Verbindungsleitung mit einer Drossel vorgesehen.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen hydraulischen oder pneumatischen (fluidischen) Antrieb für die Betätigung von Armaturen mit einem Schalt- oder Regelventil zu schaffen, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist und bei dem die sicherheitsrelevante Funktion der
Absperrventile jederzeit auch einzeln getestet werden kann, ohne dass dazu die Sicherheitsschaltung oder das Regel- oder Schaltventil oder das System außer Betrieb genommen werden muss.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb oder allgemein durch einen fluidischen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Der erfindungsgemäße fluidische Antrieb kann insbesondere zur Betätigung eines Regel- oder Schaltventils einer Armatur zum Beispiel in einem Kraftwerk dienen. Der Antrieb hat einen Stellzylinder, der zumindest eine Zylinderkammer aufweist, die an eine hydraulische oder pneumatische Leitung angeschlossen ist. In der Leitung ist eine Sicherheitsschaltung vorgesehen, die zwei zueinander in Reihe geschaltete
Absperrventile aufweist. Dabei sind die beiden Absperrventile ein erstes 2/2-Wege- Einbauventil (Logikventil) und ein zweites 2/2-Wege-Einbauventil (Logikventil) mit jeweils einem Hauptsteuerkolben, über den die fluidische Verbindung zwischen zwei jeweiligen Arbeitsanschlüssen eines Einbauventils steuerbar ist. Die beiden 2/2-Wege- Einbauventile haben jeweils ein Vorsteuerventil. Das zweite 2/2 Wege-Einbauventile ist fluidisch gesehen näher an der Zylinderkammer angeordnet als das erste 2/2-Wege- Einbauventil. Zumindest dieses erste 2/2-Wege-Einbauventil ist ein Aktivlogik- Ventil, das eine in Öffnungsrichtung aktive Fläche aufweist, die über das zugeordnete
Vorsteuerventil unabhängig davon, ob an einem der Arbeitsanschlüsse ein Druck ansteht, mit einem Druck beaufschlagbar ist.
Bei einem solchen fluidischen Antrieb ist sicher gestellt, dass die beiden in Reihe zueinander angeordneten 2/2-Wege-Einbauventile nacheinander und unabhängig voneinander getestet werden können. Das eine der beiden Einbauventile kann als Passivlogik-Ventil ohne aktive Fläche ausgebildet sein, da an einem seiner
Arbeitsanschlüsse vom Stellzylinder oder von einer Fremddruckquelle her ein Druck ansteht, der nach Entlastung eines Federraums des Einbauventils durch das
zugeordnete Vorsteuerventil das Einbauventil öffnet. Das mit seinen
Arbeitsanschlüssen seriell zum einen Einbauventil angeordnete andere Einbauventil ist ein Aktivlogik-Ventil. Die Vorsteuerventile der beiden 2/2-Wege-Einbauventile liegen mit ihren mit einer Druckmittelquelle und mit einer Druckmittelsenke verbundenen
Anschlüssen parallel zueinander, können also unabhängig voneinander die jeweilige Hauptstufe ansteuern.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Aktivlogik-Ventil mit der in Öffnungsrichtung aktiven Fläche um das 2/2-Wege-Einbauventil, an dessen Arbeitsanschlüssen in einem Normalbetrieb kein Druck ansteht. Somit kann dieses Einbauventil zum Test über die aktive Fläche geschaltet - insbesondere geöffnet - werden. Bevorzugt sind beide 2/2-Wege-Einbauventile Aktivlogik-Ventile. Das hat den Vorteil, dass die
Einbauventile besonders schnell öffnen.
Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass der die Logikventile aufweisende Ventilblock im Hinblick auf seine mit dem Stellzylinder zu verbindenden Arbeitsanschlüssen gegenüber dem Stellzylinder auch vertauscht angeordnet sein kann. Sorgt man durch Auswahlventilanordnungen in Form von zum Beispiel zwei Rückschlagventilen oder einem sogenannten Wechselventil dafür, dass die Vorsteuerventile jeweils aus der druckbeaufschlagten Zylinderkammer mit Druckmittel versorgt werden und mit ihrem Tankanschluss jeweils zur Zylinderkammer mit dem niedrigeren Druck verbunden werden, so ist eine zusätzliche Sicherheit im Hinblick auf die Montage gegeben.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs ist der Stellzylinder ein Gleichgangzylinder mit einer zweiten Zylinderkammer. Dabei sind die beiden Zylinderkammern über die Leitung und über die beiden 2/2-Wege-Einbauventile miteinander verbindbar. Es kann dann aus der druckbeaufschlagten Zylinderkammer das Druckmittel in die andere Zylinderkammer verdrängt werden, so dass die Armatur unter Einfluss der Druckverhältnisse an ihr in eine sichere Position gelangen kann.
Bei einer anderen besonders bevorzugten Weiterbildung hat der Stellzylinder ebenfalls eine zweite Zylinderkammer und ist somit auch doppelt wirkend. Der
Stellzylinder kann dabei auch ein Gleichgangzylinder sein. Ein Gleichgangzylinder ist ein Zylinder, bei dem den beiden Zylinderkammern gleich große wirksame Kolbenflächen zugewandt sind. An die zweite Zylinderkammer ist eine zweite hydraulische Leitung angeschlossen, in der eine zweite Sicherheitsschaltung vorgesehen ist. Diese ist gemäß der ersten Sicherheitsschaltung ausgebildet und weist dem entsprechend ein drittes 2/2-Wege-Einbauventil und ein dazu in Reihe geschaltetes viertes 2/2-Wege- Einbauventil auf. Diese umfassen jeweils einen Hauptsteuerkolben, mit dem die fluidische Verbindung zwischen zwei jeweiligen Arbeitsanschlüssen steuerbar ist, und ein Vorsteuerventil. Zumindest eines, vorzugsweise beide 2/2-Wege-Einbauventile der zweiten Sicherheitsschaltung, sind Aktivlogik-Ventile, die eine in Öffnungsrichtung aktive Fläche aufweisen, die über das zugeordnete Vorsteuerventil unabhängig von den Arbeitsanschlüssen mit einem Druck beaufschlagbar ist. Dabei ist ein Testen der Einbauventile einer Leitung unabhängig von den Einbauventilen der anderen Leitung und unabhängig davon möglich, ob an einem Arbeitsanschluss des dritten und/oder vierten 2/2-Wege-Einbauventils ein Druck ansteht.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Aktivlogik-Ventil mit der in Öffnungsrichtung aktiven Fläche um das 2/2-Wege-Einbauventil, an dessen Arbeitsanschlüssen in einem Normalbetrieb kein Druck ansteht. Somit kann dieses Einbauventil zum Test über die aktive Fläche geschaltet - insbesondere geöffnet - werden.
Dabei kann an die erste und an die zweite Leitung zwischen den beiden Einbauventilen jeweils eine abzweigende Leitung mit einem weiteren 2/2-Wege-Einbauventil angeschlossen sein. Auch diese Einbauventile haben jeweils einen Hauptsteuerkolben, mit dem die fluidische Verbindung zwischen zwei jeweiligen Arbeitsanschlüssen steuerbar ist, und sie haben jeweils ein Vorsteuerventil. Mit einem derartigen hydraulischen Antrieb kann der Stellzylinder in Notbetrieb je nach Notwendigkeit in eine erste oder in eine zweite Richtung verstellt werden.
Wenn die Hauptsteuerkolben stellungsüberwacht sind, können das Funktionieren der 2/2-Wege-Einbauventile einfach getestet werden. Vorzugsweise werden die geschlossene Stellung und die geöffnete Stellung eines 2/2-Wege-Einbauventils überwacht. Wird für die Stellungsüberwachung ein Positionsgeber zum Beispiel in Form eines Analoggebers verwendet, mit dem jede Position eines Hauptsteuerkolbens erfassbar ist, so können zum Beispiel durch Anschlagscheiben unterschiedlich eingestellte Öffnungshübe eines Hauptsteuerkolbens erfasst werden, ohne dass auch ein Endschalter neu eingestellt werden müsste. Es ist nur ein anderes Signal des Positionsgebers auf elektronische Weise als maßgebend anzusehen.
Vorzugsweise haben auch die Vorsteuerventile stellungsüberwachte Ventilkörper.
In beiden Fällen kann die Stellungsüberwachung mittels Endschalter vorgenommen werden.
Um die Leckagen von Steueröl zu minimieren wird es bevorzugt, wenn die Hauptsteuerkolben Dichtungen haben. Bei den Aktivlogik-Ventilen können diese Dichtungen insbesondere zwischen dem Federraum und der aktiven Fläche angeordnet sein.
Vorzugsweise sind die Vorsteuerventile 4/2 Wege-Sitzventile. Über diese kann der Federraum des zugeordneten Einbauventils mit in Schließrichtung wirkendem Steuerdruck beaufschlagt und dabei die aktive Fläche entlastet werden. Im Notbetrieb kann über das 4/2-Wege-Sitzventil (umgekehrt) der Federraum entlastet und die aktive Fläche mit in Öffnungsrichtung wirkendem Steuerdruck beaufschlagt werden. Es wird dabei bevorzugt, wenn die erstgenannten fluidischen Verbindungen bei einer be- stromten Schaltstellung und die zweitgenannten fluidischen Verbindungen bei einer stromlosen Grundstellung des 4/2-Wege-Sitzventils erfolgen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs sind alle 2/2-Wege-Einbauventile Aktivlogik-Ventile, die eine in Öffnungsrichtung aktive Fläche aufweist, die über das zugeordnete Vorsteuerventil unabhängig von den Arbeitsanschlüssen mit einem Druck beaufschlagbar ist. Damit kann jedes Einbauventil getestet werden, ohne dass ein Druck an einem seiner Arbeitsanschlüsse ansteht. Damit ist die Flexibilität der Sicherheitsschaltung erhöht und die Auswirkungen einer fehlerhaften Zuordnung der Einbauventile bei der Montage verringert. Aufgrund der Druckbeaufschlagung der zusätzlichen in Öffnungsrichtung wirksamen öffnen die Aktivlogik-Ventile besonders schnell.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist an einem Kolben oder an einer Kolbenstange des Stellzylinders ein Positionsgeber angeordnet.
Im normalen Betrieb wird der Stellzylinder unabhängig von den 2/2-Wege- Einbauventilen über ein proportional oder schwarz/weiß gesteuertes Wegeventil betätigt. Zusätzlich ist als Sicherheitsventil ein Sitzventil (Blockierventil) vorhanden, mit dem der Stellzylinder und damit die Armatur in einer vorgegebenen Position leckölfrei gehalten werden kann. Um eine neue Position der Armatur anzufahren, werden das Wegeventil und das Blockierventil angesteuert und der Stellzylinder wird, versorgt über einen Druckanschluss und einen Tankanschluss, verfahren. Bei einem Test der 2/2- Wege-Einbauventile kann man nun insbesondere das Blockierventil, aber auch das Wegeventil, also die eigentlichen Ansteuerventile stromlos schalten. Werden nun die 2/2-Wege-Einbauventile betätigt, insbesondere mehrmals betätigt, so führt dies aufgrund des Verbrauchs von Steueröl zu einem Ölverlust in der druckbeaufschlagten Zylinderkammer und damit zu einer Verringerung der Stauchungen am Stellzylinder und letztlich zu einer Veränderung der Position der Armatur, wenn man dafür sorgt, dass das Steueröl der Zylinderkammer entnommen wird. Schon geringe Änderungen werden von dem Positionsgebers am Stellzylinder erfasst. Mittels dieser Erfassung einer Positionsänderung und deren Rückführung an eine elektronische Steuerung wird der Vorgang detektiert. Die Änderung an der Armaturenspindel ist der eindeutige Beweis, dass die Armatur, aber auch der gesamte Ölpfad einwandfrei funktionieren. Da mit der Überprüfung auch die mechanischen Abmessungen und Funktionen aller Elemente (Ventile, Endschalter, Geber der Armaturenposition, initiierter Hub, Latenzzeiten) berücksichtigt werden, überprüft dieses System nicht nur die Funktion an sich, sondern erkennt auch Änderungen, die sich schleichend über einen längeren Zeitraum ergeben könnten (condition monitoring). Durch Überwachung des Proportionalventils oder des Schwarz/Weiß gesteuerten Wegeventils sowie des Blockierelementes, werden auch die eigentlichen Arbeitselemente in die Überprüfung mit einbezogen.
Ist die Überprüfung abgeschlossen, wird der Ansteuerpfad für das
Proportionalventil oder das Schwarz/Weiß gesteuertes Wegeventil wieder an die übergeordnete Steuerung übergeben. Die Überprüfung der Armaturenfunktion und aller daran beteiligten Elemente und Signale wird vollständig dokumentiert und archiviert.
Eine Realbewegung am Stellzylinder spielt sich unter Umständen nur im
Promillebereich ab, bezogen auf den gesamten möglichen Arbeitshub. Eine Änderung der Armaturenspindel löst dabei keine reale Bewegung am Ventilsitz der Armatur aus, wenn die Bewegung sich innerhalb der Hook'schen Gerade der vorgespannten
Armaturenspindel abspielt.
Sind parallel zueinander mehrere Sicherheitsblöcke angeordnet, so bleiben bei einer Überprüfung eines Sicherheitsblockes, die weiteren Sicherheitsblöcke in Funktion, um die Sicherheit zu gewährleisten.
Eine erste Variante der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung hat einen Stellzylinder, über den ein Hauptventil in einem Notfall (-aber gegebenenfalls nicht nur in einem Notfall-) hydraulisch oder pneumatisch entlastet werden kann, wobei - insbesondere wozu - der Stellzylinder eine erste Zylinderkammer und eine zweite Zylinderkammer hat, die miteinander über eine Arbeitsleitung verbindbar sind. In der Arbeitsleitung sind ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil vorgesehen. Der Stellzylinder kann z.B. ein Differenzial- oder Gleichgangzylinder sein.
Eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung hat einen Stellzylinder, über den ein Hauptventil in einem Notfall (-aber gegebenenfalls nicht nur in einem Notfall-) hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden kann, wobei der Stellzylinder eine erste Zylinderkammer hat, die über einen ersten Druckmittelströmungspfad - insbesondere über eine erste Arbeitsleitung - mit Druckmittel versorgbar ist. In dem ersten Druckmittelströmungspfad - insbesondere in der ersten Arbeitsleitung - sind ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil vorgesehen. Der Stellzylinder kann z.B. ein Differenzial- oder Gleichgangzylinder mit zwei Zylinderkammern sein.
Bei beiden Varianten der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung kann eines der beiden Absperrventile getestet werden, während das andere Absperrventil geschlossen bleibt. Dabei braucht weder das Ventil noch das System außer Betrieb genommen zu werden.
Ein Verfahren zum Schalten einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung gemäß einer der beiden Varianten im Notfall hat die Schritte:
- Öffnen des ersten und des zweiten Absperrventils;
- Öffnen des Hauptventils.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der zweiten Variante hat der Stellzylinder eine zweite Zylinderkammer, der über eine zweite Arbeitsleitung entlastbar ist. Dabei sind in der zweiten Arbeitsleitung ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil vorgesehen.
Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung der zweiten Variante hat der Stellzylinder eine zweite Zylinderkammer, der entsprechend über einen zweiten Druckmittelströmungspfad mit Druckmittel versorgbar ist. Dabei sind die erste und die zweite Zylinderkammer über den jeweiligen Druckmittelströmungspfad alternativ - insbesondere zu einem Tank - entlastbar. Auch im zweiten Druckmittelströmungspfad sind ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil vorgesehen.
Dadurch ist eine Auswahlmöglichkeit der Verstellrichtung des Stellzylinders und damit des Ventils im Notfall gegeben.
Ein Verfahren zum Schalten dieser Weiterbildung im Notfall hat die Schritte:
- Öffnen des jeweiligen ersten und des jeweiligen zweiten Absperrventils der beiden Arbeitsleitungen; und
- Öffnen des Hauptventils.
Dabei können insgesamt sechs Absperrventile vorgesehen sein, von denen zwei Arbeits-Absperrventile sind, die direkt an die beiden Zylinderkammern angeschlossen sind und von denen zwei P-Absperrventile sind, die beide direkt an einen
Druckanschluss der Sicherheitsschaltung angeschlossen sind, und von denen zwei T- Absperrventile sind, die beide direkt an einen Tankanschluss der Sicherheitsschaltung angeschlossen sind.
Ein Verfahrens zum Schalten dieser Weiterbildung im Notfall hat die Schritte:
- Öffnen der beiden Arbeits-Absperrventile und eines der beiden P-Absperrventile und eines der beiden T-Absperrventile; und
- Öffnen des Hauptventils.
Es wird bevorzugt, wenn die in Serie geschalteten Absperrventile jeweils von Logik-Ventilen oder von 2/2-Wege-Sitzventilen gebildet sind, die einen Ventilkörper haben, der eine in Schließrichtung wirksame Schließfläche und eine in Öffnungsrichtung wirksame Ringfläche hat. Dabei sind die Schließfläche und die Ringfläche beide alternativ - insbesondere zum Tank - entlastbar oder mit Druckmittel
beaufschlagbar.
Es wird weiterhin bevorzugt, wenn die Logik-Ventile oder die 2/2-Wege-Sitzventile jeweils von einem 4/2-Wegeventil - insbesondere in Sitzbauweise - vorgesteuert sind.
Das stromlose Schalten in den Notbetrieb der Sicherheitsschaltung, also das Öffnen des Hauptventils kann erfolgen, wenn das 4/2-Wegeventil einen Ventilkörper hat, in dessen durch eine Feder vorgespannten Notstellung die in Schließrichtung wirksame Schließfläche - insbesondere zum Tank - entlastet ist, während die in Öffnungsrichtung wirksame Ringfläche mit Druckmittel beaufschlagt ist.
Es wird bevorzugt, wenn die in Serie geschalteten Absperrventile und/oder die vorsteuernden 4/2-Wegeventile - insbesondere mit an den Ventilkörpern befestigten Sensoren - elektronisch überwacht sind.
Bei einem besonders bevorzugten Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung ist das Hauptventil ein Absperrventil oder ein Sicherheitsventil eines unter Dampfdruck stehenden Systems.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Instandhalten oder zum Warten einer derartigen Sicherheitsschaltung hat die Schritte:
- Öffnen des ersten Absperrventils bei geschlossenem zweiten Absperrventil;
- Öffnen des zweiten Absperrventils bei geschlossenem ersten Absperrventil.
Damit kann jedes Absperrventil gangbar gehalten werden, ohne dass dabei der Stellzylinder und damit des Hauptventil verstellt also geöffnet werden muss.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen Schaltplan einer Ventilanordnung eines hydraulischen Antriebs für eine Armatur, die ein Regel- oder Schaltventil aufweist, wobei an diesen Schaltplan die in den folgenden Figuren gezeigten Sicherheitsschaltungen angeschlossen sind;
Figur 2 einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung;
Figur 3 ein Aktivlogik-Ventil mit Vorsteuerventil gemäß dem ersten und den weiteren Ausführungsbeispielen; Figur 4 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung;
Figur 5 ein Sicherheitsventil bzw. Regelventil mit Differentialzylinder eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung;
Figur 6 ein Sicherheitsventil bzw. Regelventil mit Differenzialzylinder eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung;
Figur 7 einen Schaltplan eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung; und
Figur 8 einen Schaltplan eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung.
Figur 1 zeigt einen Schaltplan einer Ventilanordnung eines hydraulischen Antriebs, an dessen mit A1 und B1 gekennzeichnete Anschlüsse direkt je eine Arbeitskammer 4; 204 bzw. 6; 206 eines (der in den Figuren 2 und 4 bis 8 gezeigten) doppelt wirkenden Stellzylinder 2; 202 angeschlossen sind. Die Stellzylinder 2; 202 dienen zum Einstellen eines jeweiligen Sicherheitsventils bzw. Regelventils 1 ; 101 ; 401 einer Armatur. Ein solches Regelventil 1 ; 101 ; 401 ist zum Beispiel ein Dampfventil, das in einem
Normalbetrieb Zwischenstellungen einnehmen kann, um den Dampfstrom zu steuern. Die Armatur kann auch ein Schaltventil sein, das im Normalbetrieb geschlossen oder geöffnet ist und in bestimmten Situationen in seine zweite Stellung einnehmen soll. Außer Dampf ist aber auch die Steuerung des Stromes eines anderen Mediums denkbar, welches in gleicher Art transportiert oder in seinen Parametern (zum Beispiel durch Mischen) verändert wird.
Zur Einstellung des Regelventils 1 ; 101 ; 401 im Normalbetrieb versorgt die in Figur 1 gezeigte Ventilanordnung des hydraulischen Antriebs einen der Anschlüsse A1 , B1 mit einem Druckfluid (Öl, Luft, Gas oder Gasgemisch), das an einem Pumpenanschluss P zur Verfügung steht, während er den anderen der beiden Anschlüsse A1 , B1 mit einem Tankanschluss T verbindet. Dazu dienen folgende Komponenten der in Figur 1 gezeigten Ventilanordnung des hydraulischen Antriebs: Zwischen den Anschlüssen P und T einerseits und den Anschlüssen A1 und B1 andererseits ist ein proportional (stetig) verstellbares 4/3 Wegeventil 26 angeordnet, über das die Druckbeaufschlagung der Anschlüsse A1 , B1 und damit die Positionierung des Regelventils 1 ; 101 ; 401 erfolgt. Dabei ist das Proportionalventil 26 über eine Pumpenleitung 28 an den
Pumpenanschluss P und über eine Tankleitung 30 an den Tankanschluss T
angeschlossen ist. Die Stellung eines Ventilschiebers des Proportionalventils 26 kann mit einem Wegsensor 31 erfasst werden.
Ein Ausgang des Proportionalventils 26 ist über eine Arbeitsleitung 32 mit dem Anschluss A1 verbunden, während ein zweiter Anschluss des Proportionalventils 26 über eine zweite Arbeitsleitung 34 mit dem Anschluss B1 verbunden ist.
In den beiden Arbeitsleitungen 32, 34 ist ein Sitzventil 36 angeordnet, über das die beiden Arbeitsleitungen 32, 34 abgesperrt werden können. Das Sitzventil 36 dient dazu, den Stellzylinder 2; 202 bei Ausfall der Elektrik oder bei einer Sicherheitsüberprüfung in jeder beliebigen Position des Regelventils 1 ; 101 ; 401 leckölfrei in einer vorgegebenen Position zu halten. Um eine neue Position anzufahren, werden das als Hauptrichtungsventil dienende Proportionalventil 26 und das als Sicherheits-Blockier- element dienende Sitzventil 36 angesteuert und der Stellzylinder 2; 202 verfahren. Alternativ kann die Ansteuerung des Stellzylinders auch über ein in Figur 1 dargestelltes Schaltventil erfolgen.
Figur 2 zeigt einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung. Sie hat ein Sicherheitsventil bzw. Regelventil 1 , das in einem Notfall zur Entlastung eines (nicht näher gezeigten) Systems steht, das unter Dampfdruck steht. Das Sicherheitsventil bzw. Regelventil 1 hat einen Ventilkörper, der in einem Normalbetrieb des Systems gegen den Dampfdruck an einem Ventilsitz gehalten wird und der im Notfall in die (in Figur 2) gezeigte Stellung abgehoben wird. Dabei wirkt der Druck des Dampfes unterstützend. Für die Betätigung des Regelventils 1 ist ein Gleichgangzylinder 2 mit den zwei im freien Querschnitt gleich großen
Zylinderkammern 4 und 6 vorhanden, wobei durch Zufuhr von Druckfluid in die
Zylinderkammer 6 unter gleichzeitigem Verdrängen von Druckfluid aus der Zylinderkammer 4 das Ventil 1 in Schließrichtung und durch das Zulassen einer
Abströmung von Druckfluid aus der Zylinderkammer 6 in Öffnungsrichtung betätigt wird. Der Druck in der Zylinderkammer 6 ergibt sich dabei durch den Druck in der
Zylinderkammer 4 und die Kraft, die vom Dampf in Öffnungsrichtung des Ventils 1 auf dieses ausgeübt wird. Unter Aufrechterhaltung eines über diesem Druck liegenden Druckes in der Zylinderkammer 6 kann das Ventil 1 auch geschlossen gehalten werden. Zum schnellen vollständigen Öffnen des Ventils 1 sind Zylinderräume 4, 6 des
Gleichgangzylinders 2 über eine Arbeitsleitung verbindbar, die aus den
Arbeitsleitungsabschnitten 8a, 8b, 8c, 8d, 8e und 8f besteht.
An einer Kolbenstange des Stellzylinders 2 ist ein Positionsgeber 21 angeordnet.
Zwischen den beiden Arbeitsleitungsabschnitten 8c und 8d ist ein erstes Logik- Ventil 12 vorgesehen, während zwischen den beiden Arbeitsleitungsabschnitten 8d und 8e ein zweites Logik- Ventil 14 vorgesehen ist. Die beiden erfindungsgemäß in Serie geschalteten Logik- Ventile 12, 14 sind 2/2-Wege-Sitzventile und in Figur 2 in einer Normal- bzw. Grundstellung gezeigt. Dabei sperren beide Logik- Ventile 12, 14 die Arbeitsleitung 8a-f ab, wodurch das Sicherheitsventil bzw. Regelventil 1 allein über die Ventilanordnung aus Figur 1 steuerbar ist. Zum Umschalten der beiden Logik-Ventile 12, 14 zwischen Normalbetrieb und Notbetrieb dienen als Vorsteuerung ein erstes 4/2- Wegeventil 16 und ein zweites 4/2-Wegeventil 18. Die beiden Logik- Ventile 12, 14 und die beiden 4/2-Wegeventile 16, 18 sind zusammen in und auf einer Steuerplatte 20 angeordnet, die einen Pumpenanschluss P und einen Tankanschluss T hat.
Die beiden 4/2-Wegeventile 16, 18 sind in ihrer durch eine Feder vorgespannten Grund- bzw. Notstellung gezeigt. Dadurch ist eine jeweilige in Schließrichtung wirksame Schließfläche 22, 24 der Ventilkörper bzw. Hauptsteuerkolben der Logik- Ventile 12, 14 über eine Entlastungsleitung mit dem Tankanschluss T verbunden und damit entlastet. Alternativ kann die Entlastung, insbesondere wenn kein Tankanschluss vorhanden ist oder ein Tankanschluss zwar vorhanden, aber nicht genutzt und durch eine Stopfen verschlossen ist, über ein Rückschlagventil 21a auch zum Zylinderraum 4 oder über ein Rückschlagventil 21 b zum Zylinderraum 6 hin stattfinden, je nach dem in welchem Zylinderraum der niedrigere Druck herrscht. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wäre das der Zylinderraum 4. Die jeweils in Öffnungsrichtung wirksamen Ringflächen A4 der Logik- Ventile 12, 14 werden alternativ von einem Pumpenanschluss P her über ein erstes Rückschlagventil 23a oder von der Zylinderkammer 6 her über ein zweites Rückschlagventil 23b oder von der Zylinderkammer 4 her über ein drittes Rückschlagventil 23c mit Druck beaufschlagt sind. Damit werden die Ventilkörper bzw. Hauptsteuerkolben der beiden Logik- Ventile 12, 14 abgehoben und die Arbeitsleitung 8a-f freigegeben. Damit sind die beiden Zylinderkammern 4, 6 des Gleichgangzylinders 2 verbunden und der Ventilkörper des Sicherheitsventils bzw. Regelventils 1 kann in die in Figur 2 gezeigte Stellung geöffnet werden. In der anderen Stellung der Vorsteuerventile 16 und 18 sind die Flächen 22 mit Druck beaufschlagt und die Flächen A4 von Druck entlastet. In den Figuren sind die Logikventile mitsamt ihrer Vorsteuerung in Ruhestellung gezeigt, die sie einnehmen, wenn im System kein Druck vorhanden ist. Die Vorsteuerventile 16 und 18 sind also - anders als die Hauptstufen - hinsichtlich ihres Druck- und hinsichtlich ihres Tankanschlusses parallel zueinander angeordnet und können deshalb unabhängig voneinander ihre Hauptstufen ansteuern.
Die 4/2 Wegeventile 16 und 18 können auch als 4/2 Wege-Sitzventile ausgebildet sein. Dann ist ein Leckölstrom über die Vorsteuerung nicht vorhanden oder sehr klein. Solche 4/2 Wege-Sitzventile sind zum Beispiel aus dem Datenblatt RD 22058/07.09, Seite 5/14 der Bosch Rexroth AG bekannt
Wie schon angedeutet kann in einer Variante zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2 auch der Tankanschluss T weggelassen oder unbenutzt und verstopft sein. Ebenso kann der Druckanschluss P mitsamt dem Rückschlagventil 25a weggelassen oder unter Verzicht auf das Vorsehen eines Rückschlagventils verstopft sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist jeweils der Zylinderraum 6 mit Druck beaufschlagt. Der Druck im Zylinderraum 4 ist niedriger als im Zylinderraum 6.
Prinzipiell wären deshalb die Rückschlagventile 25b und 25c sowie 21 a und 21 b nicht notwendig. Der jeweilige Druckanschluss der beiden Vorsteuerventile 16 und 18 könnte direkt nur an den Zylinderraum 6 und der jeweilige Entlastungsanschluss direkt nur an den Zylinderraum 4 angeschlossen sein. Dies auch denkbar, wenn wie in Figur 2 gezeigt der Tankanschluss T und der Druckanschluss P mit Rückschlagventil 25a vorhanden sind. Im Zylinderraum 4 würde dann derselbe Druck wie im Tankanschluss T herrschen. Der Druck am Druckanschluss P wäre üblicherweise geringer als im
Zylinderraum 6, so dass das Rückschlagventil 25 a geschlossen ist. Sind die Rückschlagventile 21a, 21 b, 25b und 25c jedoch wie aus Figur 2 gezeigt vorhanden, so ist auch ein hinsichtlich der mit dem Zylinderkammern des Stellzylinders 2 verbundenen Arbeitsanschlüsse der Steuerplatte 20 vertauschte Anordnung der Steuerplatte möglich. Druckanschluss P und Tankanschluss T müssten natürlich richtig mit den anderen Komponenten des Systems verbunden werden. Die Vertauschbarkeit erhöht die
Flexibilität und bedeutet erhöhte Montage- und Funktionssicherheit.
Figur 3 zeigt das Logik- Ventil 12/14 mit dem Vorsteuerventil 16/18 gemäß Figur 2 in vergrößerter Darstellung und mit zusätzlichen Einzelheiten. Diese Anordnung ist auch in den folgenden Ausführungsbeispielen mehrfach verbaut.
Das Logik- Ventil 12/14 ist ein Aktivlogik- Ventil 12/14, dessen Hauptsteuerkolben die in Öffnungsrichtung wirksame und unabhängig vom Druck an einem der Anschlüsse A und B mit Druck beaufschlagbare Ringfläche bzw. aktive Fläche A4 und die in
Schließrichtung wirksame Schließfläche 22/24 hat. An einem dazwischen angeordneten Bund des Hauptsteuerkolbens ist eine Dichtung 38 angeordnet, um die beiden angrenzenden Räume, in denen sowohl im Normalbetrieb als auch im Notbetrieb unterschiedliche Drücke herrschen, voneinander abzugrenzen.
Die aktive Fläche A4 des Logik-Ventils 12 ist auch für die Einleitung eines
Notbetriebs vorteilhaft, da der Öffnungshub des Logik-Ventils 12 zugleich mit dem Öffnungshub des Logik-Ventils 14 beginnt und nicht erst nach einem kleinen
Öffnungshub des Logik- Ventils 14, der zu einem Druckaufbau im Leitungsabschnitt 8d führt.
Der Ventilkörper des Vorsteuerventils 16/18 und der Hauptsteuerkolben des Aktivlogik-Ventils 12/14 sind über einen jeweiligen Endschalter 40 bzw. 42 stellungsüber- wacht. Der Endschalter 40 erfasst, ob der Ventilkörper eines Vorsteuerventils in seine geschaltete Stellung gelangt ist. Der Endschalter 42 erfasst, ob der Kolben der
Hauptstufe eines Logikventils in seine geöffnete Endstellung gelangt ist. Es kann auch jeweils ein zweiter Endschalter vorgesehen sein, um jeweils beide Endlagen zu erfassen. In Figur 3 ist ein solcher zweiter Endschalter 43 eingezeichnet, mit dem die geschlossene Stellung der Hauptstufe des Logikventils überwacht wird. Für den Kolben der Hauptstufe kann auch eine stetige Wegerfassung vorgesehen sein, so dass unterschiedliche geöffnete Endpositionen ohne mechanische Justage eines
Endschalters erfasst werden können.
Figur 4 zeigt einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung. Über den Gleichgangzylinder 2 wird im Normalbetrieb ein Ventilkörper eines Sicherheitsventils bzw. Regelventils 101
geschlossen gehalten, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel der Dampfdruck des (nicht näher gezeigten) Systems in Schließrichtung unterstützend wirkt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist also die Strömungsrichtung des Dampfes durch die Armatur umgekehrt.
Die erste Zylinderkammer 4 des Gleichgangzylinders 2 ist über eine erste Arbeitsleitung mit dem Druckanschluss P einer Steuerplatte 120 verbindbar. Dabei zergliedert sich die erste Arbeitsleitung in die Abschnitte 108a, 108b, 108c, 108d, 108e und 108f. Zwischen den beiden Abschnitten 108e und 108d ist ein erstes Logik- Ventil 12 angeordnet, während zwischen den beiden Abschnitten 108d und 108c ein zweites Logik- Ventil 14 angeordnet ist.
Die zweite Zylinderkammer 6 des Gleichgangzylinders 2 ist über eine zweite Arbeitsleitung mit dem Tankanschluss T der Steuerplatte 120 verbunden. Dabei gliedert sich die zweite Arbeitsleitung in die Abschnitte 1 10a, 1 10b, 1 10c, 110d, 110e und 110f. Zwischen den beiden Abschnitten 10c und 1 10d ist ein drittes Logik- Ventil 15 angeordnet, während zwischen den beiden Abschnitten 1 1 Od und 110e ein viertes Logik-Ventil 13 angeordnet ist. Alle Logikventile sind Aktivlogiks mit einer in Figur 3 mit A4 bezeichneten Ringfläche am Kolben, die bei Druckbeaufschlagung in Öffnungsrichtung wirkt.
Das Logik- Ventil 12 wird von einem 4/2 Wegeventil 16, das Logik- Ventil 14 wird von einem 4/2 Wegeventil 18, das Logik- Ventil 15 wird von einem 4/2 Wegeventil 19 und das Logik- Ventil 13 wird von einem 4/2 Wegeventil 17 vorgesteuert. Die Logik- Ventile^, 13, 14 und 15 und die 4/2-Wegeventile 16, 17, 18 und 19 sind gleich den beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 vorhandenen Logikventilen und Vorsteuerventilen aufgebaut und funktionieren auf die gleiche Weise.
Die Logik- Ventile 12 bis 15 sind in ihrer geschlossenen Stellung gezeigt, wobei man sich vorstellen muss, dass die Elektromagnete der Vorsteuerventile 16 bis 19 bestromt sind und die Vorsteuerventile anders als in der Figur 4 gezeigt ihre geschaltete Stellung einnehmen, in der die Flächen 22/24 (siehe Figur 3) mit Druck beaufschlagt und die Flächen A4 /(siehe Figur 3) von Druck entlastet sind. Die Armatur 101 nimmt die in Figur 4 gezeigte geschlossene Normalstellung ein. Im Notbetrieb der
Sicherheitsschaltung werden die vier 4/2-Wegeventile 16 bis 19 nach dem Abschalten der Elektromagnete durch eine jeweilige Feder in ihre in Figur 4 gezeigte Grund- bzw. Notstellung geschaltet, wodurch die Ventilkörper der Logik-Ventile von ihren Ventilsitzen abgehoben werden. Dadurch werden die erste Arbeitsleitung 108a-f und die zweite Arbeitsleitung 1 10a-f freigegeben. Somit kann ein Druckmittelvorrat aus dem unter einem bestimmten Druck gehaltenen Druckspeicher 126 über den Druckanschluss P und über die erste Arbeitsleitung 108a-f in die erste Zylinderkammer 4 strömen, während eine entsprechende Druckmittelmenge aus der zweiten Zylinderkammer 6 über die zweite Arbeitsleitung 110a-f und über den Tankanschluss T zu einem nicht gezeigten Tank abströmt. Der Kolben und die Kolbenstange des Stellzylinders 2 werden im Sinne einer Vergrößerung der Zylinderkammer 4 und einer Verkleinerung der Zylinderkammer 6 bewegt und heben den Ventilkörper des Sicherheitsventils bzw. Regeventils 101 von seinem Ventilsitz ab. Dampf kann gemäß den beiden Pfeilen aus dem nicht gezeigten dampfführenden System entweichen.
Die erste Arbeitsleitung 108a-f dient also im Notbetrieb als Zuleitung, während die zweite Arbeitsleitung 110a-f als Rückleitung dient. Die erste Zylinderkammer 4 ist im Notbetrieb über die erste Arbeitsleitung 108a-f vom Druckspeicher 126 versorgbar, der im Normalbetrieb der Sicherheitsschaltung auf einen bestimmten Druck aufgeladen ist.
Denkbar ist auch, dass sich die Armatur 101 aus Figur 4 im Normalbetrieb in einer geöffneten Stellung befindet, die über eine Steuerung nach Figur 1 einstellbar ist. Im Notbetrieb muss dann die Armatur schnell vollständig geöffnet werden. Das geschieht mit Hilfe der Logikventile 12 bis 15. Dabei ist das schnelle Bewegen der Armatur in die für die Notfall vorgesehene Position auch dann gewährleistet, wenn das
Proportionalventil 26 oder das Schaltventil aus Figur 1 ein Signal erhält, das dem
Verbringen der Armatur in die Notfallposition entgegenwirkt. Denn die
Durchflussquerschnitte der Logikventile sind im Vergleich zu den
Durchflussquerschnitten im Ventile 25 so groß, dass die Logikventile das Ventil 26 übersteuern.
Figur 5 zeigt einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung. Dabei ist das Sicherheitsventil bzw. Regeventil 1 wie im ersten Ausführungsbeispiel (vergleiche Figur 2) so gezeigt, dass es gegen den
Dampfdruck in Richtung Schließen betätigt wird und im Notbetrieb mit Dampfunterstützung geöffnet wird.
Dazu dient ein Differenzialzylinder 202, dessen erste Zylinderkammer 204 ein kolbenstangenseitiger Zylinderraum ist, während eine zweite Zylinderkammer 206 ein bodenseitiger Zylinderraum ist.
Der Kolben des Differenzialzylinders 202 steht in Wirkverbindung mit einem
Positionsgeber 21 , der jede Position des Kolbens erfasst.
Im Übrigen entspricht das dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung im Hinblick auf die Leitungen, die Steuerplatte mit den Ventilen und den Druckspeicher dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4. Dem entsprechend ist die erste Zylinderklammer 204 über die erste Arbeitsleitung 108a-f an den Druckanschluss P der Steuerplatte 20 angeschlossen, während die zweite
Zylinderkammer 206 über die zweite Arbeitsleitung 110a-f an dem Tankanschluss T der Steuerplatte 120 angeschlossen ist. Von diesen beiden Arbeitsleitungen ist jeweils nur ein Teil des ersten Abschnitts 108a bzw. 110a gezeigt.
Figur 6 zeigt das Sicherheitsventil bzw. Regeventil 101 mit einer Durchströmung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 4), wobei zu dessen Verstellung der Differenzialzylinder 202 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 5) eingesetzt ist.
Im Übrigen entspricht das vierte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung im Hinblick auf die Leitungen, die Steuerplatte mit den Ventilen und den Druckspeicher dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4. Dem entsprechend ist die erste Zylinderkammer 204 über die erste Arbeitsleitung 108a-f an den Druckanschluss P der Steuerplatte 120 angeschlossen, während die zweite
Zylinderkammer 206 über die zweite Arbeitsleitung 110a-f an dem Tankanschluss T der Steuerplatte 120 angeschlossen ist. Von diesen beiden Arbeitsleitungen ist jeweils nur ein Teil des ersten Abschnitts 108a bzw. 110a gezeigt.
Gemäß Figur 6 wird das Sicherheitsventil bzw. Regeventil 1 wie im zweiten Ausführungsbeispiel (vergleiche Figur 4) so vom Dampf durchströmt, dass es gegen den Dampfdruck in Richtung Öffnen betätigt wird und im Notbetrieb mit Dampfunterstützung geschlossen wird.
Im Notbetrieb wird der ersten Zylinderkammer 204 über die erste Arbeitsleitung 108a-f Druckmittel - z. B. aus dem Druckspeicher 126 - zugeführt. Damit öffnet sich das Sicherheitsventil bzw. Regelventil 101 gegen den Dampfdruck. Aus der zweiten
Zylinderkammer 206 wird Druckmittel verdrängt.
Figur 7 zeigt einen Schaltplan eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung. Ein Ventilkörper eines Sicherheitsventils bzw. Regelventils 401 ist gemäß einem Normalbetrieb in seiner Grundstellung gezeigt, in der es Dampf eines nicht näher gezeigten Systems absperrt. Von der gezeigten Stellung ausgehend kann der Ventilkörper in einem Notbetrieb über den Gleichgangzylinder 2 durch Druckbeaufschlagung einer ersten Zylinderkammer 4 - gemäß Figur 7 betrachtet - gemäß dem Pfeil über dem Gleichgangzylinder nach rechts verschoben werden. Dazu dient eine erste Arbeitsleitung einer Steuerplatte 420, die einen Druckanschluss P mit der ersten Zylinderkammer 4 über zwei erfindungsgemäß in Serie geschaltete Logik- Ventile 12, 14 verbinden kann. Das dabei aus der zweiten Zylinderkammer 6 verdrängte Druckmittel strömt über eine zweite Arbeitsleitung zu einem Tankanschluss T der Steuerplatte 420, wobei auch in der zweiten Arbeitsleitung zwei erfindungemäß zueinander in Serie geschaltete Logik-Ventile 15, 13 angeordnet sind. Dabei setzt sich die erste Arbeitsleitung zusammen aus den Leitungsabschnitten 408a, 408b, 408c, 408d, 408e, 408f, 408g, 408h und 408i. Die zweite Arbeitsleitung setzt sich zusammen aus den Leitungsabschnitten 410a, 410b, 410c, 41 Od, 41 Oe, 41 Of und 410g. In der ersten Arbeitsleitung ist zwischen den Leitungsabschnitten 408e und 408f das erste Logik- Ventil 12 angeordnet, während zwischen den Leitungsabschnitten 408b und 408c das zweite Logik- Ventil 14 angeordnet ist. In der zweiten Arbeitsleitung zwischen den Leitungsabschnitten 41 Oe und 41 Of ist das erste Logik- Ventil 13 angeordnet, während zwischen den Leitungsabschnitten 410b und 410c das zweite Logik- Ventil 15
angeordnet ist. Darüber hinausgehend hat die Steuerplatte 420 zwei weitere Logik- Ventile 512, 513, die im fünften Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 nicht benötigt werden. Alle Logikventile sind Aktivlogiks.
Die beiden ersten Logik- Ventile 12, 13 und die beiden zweiten Logik- Ventile 14, 15 und die beiden im fünften Ausführungsbeispiel nicht benötigten Logik- Ventile 512, 513 sind auf die aus den Ausführungsbeispielen 1 und 2 bekannten Weise vorgesteuert.
Figur 8 zeigt einen Schaltplan eines sechsten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung. Bezüglich der Bauteile, also Leitungen und Ventile, wird die Anordnung aus dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 eingesetzt. Bezüglich der Funktion soll in diesem Ausführungsbeispiel der Ventilkörper des Sicherheitsventils bzw. Regelventil 401 im Notbetrieb aus der in Figur 8 gezeigten Normalstellung nicht wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 7 von links nach rechts, sondern gemäß dem Pfeil über dem Gleichgangzylinder 2 von rechts nach links verstellt werden. Dazu wird die zweite Zylinderkammer 6 des Gleichgangzylinders 2 über eine - gegenüber dem fünften Ausführungsbeispiel abgewandelte, zweite Arbeitsleitung mit dem Druckanschluss P der Steuerplatte 420 verbunden, während die erste
Zylinderkammer 4 des Gleichgangzylinders 2 über eine gegenüber dem fünften
Ausführungsbeispiel abgewandelte, erste Arbeitsleitung zum Tankanschluss T entlastet wird. Als erste Arbeitsleitung dienen nun die Leitungsabschnitte 408a, 408b, 408c, 408d, 508e, 508f, 508g, während als zweite Arbeitsleitung die Leitungsabschnitte 410a, 410b, 410c, 41 Od, 51 Oe, 510f, 510g dienen. Erfindungsgemäß sind in der ersten Arbeitsleitung zwei zueinander in Serie geschaltete Logik- Ventile 512, 14 angeordnet. Dabei ist das erste Logik- Ventil 512 zwischen den Leitungsabschnitten 508e und 508f angeordnet, während das zweite Logik- Ventil 14 zwischen den Leitungsabschnitten 408b und 408c angeordnet ist. In der zweiten Arbeitsleitung ist das erste Logik-Ventil 513 zwischen den Leitungsabschnitten 51 Oe und 51 Of angeordnet, während das zweite dazu erfindungsgemäß in Serie geschaltete Logik- Ventil 15 zwischen den Leitungsabschnitten 410b und 410c
angeordnet ist.
Die beiden Logik-Ventile, die im fünften Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 als die beiden ersten Logik- Ventile 12, 13 eingesetzt sind, sind im sechsten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 nicht eingesetzt bzw. genutzt.
Somit dient die Steuerplatte 420 gemäß dem fünften und dem sechsten Ausführungsbeispiel mit den insgesamt sechs vorgesteuerten Logik- Ventilen 12, 13, 14, 15, 512, 513 für den Normalbetrieb und den Notbetrieb des Sicherheitsventils bzw.
Regelventils 401 sowohl dann, wenn dieses im Notbetrieb aus der Mittelposition gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel in die eine Richtungverstellt werden soll, als auch dann, wenn des Ventil 401 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel in die
entgegengesetzte Richtung verstellt werden soll. Je nach der gewünschten
Bewegungsrichtung muss natürlich, damit es keinen Kurzschluss zwischen dem
Druckanschluss P und dem Tankanschluss T der Steuerplatte 420 gibt, eines der beiden Ventile 12 und 5 2 bzw. 13 und 513 im Notfall zumindest solange geschlossen bleiben, bis der Ventilkörper der Armatur 401 einen Dampfstrom freigegeben hat.
Entsprechend unterscheiden sich die beiden Logiks 12 und 512 ebenso wie die beiden Logiks 13 und 513 hinsichtlich ihrer Vorsteuerung. Im Normalbetrieb sind die Vorsteuerventile der Logikventile 12, 13, 14 und 15 bestromt und dann die Logikventile 12 bis 15 geschlossen. Bei stromlosen Vorsteuerventilen sind die Logikventile 12 bis 15 offen. Werden nun gleiche Vorsteuerventile für die Logikventile 512 und 513 verwendet, so müssen diese Vorsteuerventile bei der Funktionsweise nach Figur 7 im Notfall bestromt bleiben, während bei einer Funktionsweise nach Figur 8 die Vorsteuerventile der Logikventile 12 und 13 im Notfall bestromt bleiben müssen. Sind bei den Vorsteuerventilen der Logikventile 512 und 513 die Ruhestellung und die Schaltstellung gegenüber den Vorsteuerventilen 16 und 17 vertauscht, wie dies in den Figuren 7 und 8 gezeigt ist, so sind im Normalbetrieb die Vorsteuerventile der Logikventile 512 und 513 nicht bestromt. Im Notfall sind dann bei einer Funktionsweise gemäß Figur 7 die
Vorsteuerventil der Logikventile 512 und 513 stromlos zu belassen und bei der
Funktionsweise gemäß Figur 8 die Vorsteuerventile der Logikventile 512 und 513 zu bestromen und die Vorsteuerventile der Logikventile 12 und 13 bestromt zu lassen.
Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen kann zu Testzwecken oder zum gangbar Halten des Ventilkörpers bzw. des Hauptsteuerkolbens der Logik- Ventile 12, 13, 14, 15, 512, 513 eines von zwei in Serie geschalteten Logik- Ventilen 12, 13, 14, 15, 512, 513 geöffnet werden, während das andere Logik-Ventil 12, 13, 14, 15, 512, 513 geschlossen bleibt. Dabei bleibt das System mit dem Sicherheitsventil bzw. Regeventil 1 ; 101 ; 401 im Normalbetrieb, während die Sicherheit der Sicherheitsschaltung und des (nicht gezeigten Systems) weiterhin gegeben ist. Dabei sind zumindest die Logikventile, an deren Arbeitanschlüsse im Normalbetrieb von einer der Zylinderkammern oder von einem Druckanschluss P der Steuerplatte her kein Druck ansteht als Aktivlogikventile mit einer unabhängig von den Arbeitsanschlüssen mit Druck beaufschlagbaren in Öffnungsrichtung wirkenden Fläche ausgebildet. Vorteilhafterweise sind alle
Logikventile Aktivlogikventile.
Ergänzend zu den gezeigten Ausführungsbeispielen können mehrere Steuerplatten 20; 120; 420 für gleiche oder verschiedene Schwellwerte am Zylinder 2; 202 vorgesehen und angeschlossen sein.
Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen können die erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungen auch dazu dienen, im Normalbetrieb das Sicherheitsventil bzw. Regelventil 1 ; 101 ; 401 offen zu halten und es im Notbetrieb zu schließen.
Für die Hauptstufe eines Logikventils gibt es zwei Kombinationsmöglichkeiten mit Endschaltern. Grundsätzlich kann man zwischen einer geschlossenen gemeldeten Stellung und einer geöffneten gemeldeten Stellung unterscheiden. Die geschlossene Stellung ist in ihrer Position immer eindeutig definiert. Eine geöffnete Stellung ist nur für 100% Öffnungsweg eindeutig definiert. Beide Stellungen können digital durch elektrische Öffner oder Schließer oder eine Öffner/Schließer Kombination abgefragt.
Eine geöffnete Stellung kann mittels Hubbegrenzung für den Ventilkolben der Hauptstufe irgendwo an einer Zwischenposition zwischen der geschlossenen Stellung und der 100% geöffneten Stellung liegen. Diese Zwischenposition entspricht einem Messwert größer 0 und kleiner 100% als Spannung oder Strom eines analog
arbeitenden Positionsgebers, den man einsetzen kann, um ohne mechanische Justage auch die Zwischenpositionen erfassen zu können.
Zur Überprüfung der Logik- Ventile 12, 13, 14, 15, 512, 513 aller Ausführungsbeispiele stehen erfindungsgemäß zwei Verfahren zur Verfügung: Gemäß einem ersten Verfahren wird innerhalb einer Leitung jeweils nur eines der beiden Logik-Ventile 12, 13, 14, 15, 512, 513 geöffnet. Dieser Öffnungshub des Hauptsteuerkolbens wird von dem zugeordneten Endschalter 42 erkannt. Dabei bleibt das jeweils in Reihe
geschaltete andere Logikventil 12, 13, 14, 15, 512, 513 geschlossen. Eventuell einer Zylinderkammer 4 oder 6 entnommenes Steueröl wird durch Nachregeln durch das Proportionalventil 26 aus Figur 1 ersetzt.
Gemäß einem zweiten Verfahren wird zunächst der in Figur 1 gezeigt Teil des Antriebs wirkungslos geschaltet. Dazu werden das Proportionalventil 26 und insbesondere das Sitzventil 36 stromlos geschaltet (vergleiche die in Figur 1 dargestellten Positionen). Daraufhin wird über eine nicht gezeigte speicherprogrammierbare
Steuerung zunächst eines von zwei in Reihe zueinander angeordneten Logikventilen durch Änderung der Bestromung des Elektromagneten des zugeordneten 4/2- Wegeventil 16 geöffnet. Danach wird dieses Logik-Ventil wieder geschlossen und das dazu in Reihe geschaltete Logik- Ventil über das zugeordnete 4/2-Wegeventil 18 geöffnet. Mit Hilfe der den Hauptstufen der Logikventile zugeordneten Stellungs- oder Positionsgebers kann dabei die ordnungsgemäße oder nicht ordnungsgemäße Funktion der Logikventile festgestellt werden. Das abwechselnde Schalten von zwei in Reihe zueinander liegenden Logikventilen wird gegebenenfalls mehrmals hintereinander durchgeführt. Bei jedem Schaltvorgang wird etwas Steueröl verbraucht. Dieses Steueröl wird zumindest bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2und 4 einem Zylinderraum des Stellzylinders 2 entnommen, sofern der Druck darin höher ist als der Druck am Druckanschluss P der Steuerplatte. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 führt ein jeweils geringer Ölverlust in der unter Druck stehenden Zylinderkammer 4 des Stellzylinders 2 dazu, dass der Ventilkörper des Regelventils 1 entweder entlastet, aber nicht geöffnet wird oder seine Position geringfügig verlässt.
Über den Positionsgeber 21 am Stellzylinder 2; 202 und die speicherprogrammierbare Steuerung wird dieser Vorgang detektiert. Dies dient als Beweis, dass sowohl der gesamte Ölpfad als auch der Stellzylinder 2; 202 und damit das Regelventil 1 ; 101 funktionieren.
Da mit diesem Verfahren bzw. dieser Überprüfung auch die mechanischen
Abmessungen und Funktionen aller Elemente (Ventile, Endschalter, Positionsgeber, initiierter Hub, Latentzeiten) berücksichtigt werden, wird über dieses Verfahren nicht nur die Funktionsfähigkeit sondern es werden auch Änderungen erkannt, die sich schleichend über einen längeren Zeitraum ergeben könnten (Condition Monitoring). Durch Überwachung des Proportionalventils 26 und des Blockierelements bzw. Sitzventils 36 werden auch die eigentlichen Antriebselemente des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs in die Überprüfung mit einbezogen. Dazu ist der erfindungsgemäße hydraulische Antrieb als abgestimmtes und geschlossenes System ausgebildet.
Ist die Überprüfung (gemäß einer der beschriebenen Varianten) abgeschlossen, wird der Ansteuerpfad für das Proportionalventil 26 wieder an die speicherprogrammierbare Steuerung übergeben. Damit übernimmt wieder der in Figur 1 gezeigte Teil des hydraulischen Antriebs die Druckmittelbeaufschlagung des Stellzylinders 2; 202 über ihre direkt mit den Zylinderkammern 4; 204 bzw. 6; 206 verbundenen Anschlüsse A1 bzw. B1. Optional können auch die Regelabweichungen des Proportionalventils 26 ausgewertet und mit der Stellungsüberwachung der Armatur abgeglichen werden, so dass auch die Regelfunktion überwacht ist. Offenbart sind zwei Varianten einer Sicherheitsschaltung für über einen Stellzylinder hydraulisch oder pneumatisch betätigte Ventile.
Bei der ersten Variante kann der Stellzylinder in einem Notfall hydraulisch oder pneumatisch entlastet werden. Dazu hat der Stellzylinder zwei Zylinderkammern, die über eine Arbeitsleitung fluidisch verbunden werden können. In der Arbeitsleitung sind ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil vorgesehen.
1. Sicherheitsschaltung mit einem Stellzylinder 2, über den ein Hauptventil 1 in
einem Notfall hydraulisch oder pneumatisch entlastbar ist, wobei der Stellzylinder 2 eine erste und eine zweite Zylinderkammer 4, 6 hat, die über eine Arbeitsleitung 8a-f verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Arbeitsleitung 8 ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil 12, 14 vorgesehen sind.
Gemäß der zweiten Variante kann der Stellzylinder in einem Notfall hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden. Dazu hat der Stellzylinder zumindest eine erste Zylinderkammer, die in einem Notfall über einen ersten Druckmittelströmungspfad mit Druckfluid versorgt werden kann. In der ersten Arbeitsleitung sind ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil vorgesehen.
2. Sicherheitsschaltung mit einem Stellzylinder 2; 202, über den ein Hauptventil 1 ;
101 ; 401 in einem Notfall hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist, wobei der Stellzylinder 2; 202 eine erste Zylinderkammer 4; 204 hat, der über einen ersten Druckmittelströmungspfad 108; 408; 508 mit Druckmittel versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten Druckmittelströmungspfad 108; 408; 508 ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil 12, 14 vorgesehen sind.
Aspekte der Erfindung sind: Sicherheitsschaltung nach Variante 2, wobei der Stellzylinder 2; 202 eine zweite Zylinderkammer 6; 206 hat, der über eine zweite Arbeitsleitung 110a-f entlastbar ist, und wobei in der zweiten Arbeitsleitung 110 ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil 12, 14 vorgesehen sind. Sicherheitsschaltung nach Variante 2, wobei der Stellzylinder eine zweite
Zylinderkammer 6 hat, der über einen zweiten Druckmittelströmungspfad mit Druckmittel versorgbar ist, und wobei der erste und die zweite Zylinderkammer 4, 6 über den jeweiligen Druckmittelströmungspfad entlastbar sind, und wobei in dem zweiten Druckmittelströmungspfad ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes Absperrventil 12, 14 vorgesehen sind. Sicherheitsschaltung nach Aspekt 4, wobei sechs Absperrventile 12, 14 vorgesehen sind. Sicherheitsschaltung nach Variante 1 oder 2, wobei die Absperrventile von Logik- Ventilen 12, 14 oder von 2/2-Wege-Sitzventilen gebildet sind, die jeweils einen Ventilkörper haben, der eine in Schließrichtung wirksame Schließfläche 22, 24 und eine in Öffnungsrichtung wirksame Ringfläche hat, wobei die Schließfläche 22, 24 und die Ringfläche jeweils entlastbar oder mit Druckmittel beaufschlagbar sind. Sicherheitsschaltung nach Aspekt 6, wobei die Logik- Ventile 12, 14 oder die 2/2- Wege-Sitzventile jeweils von einem 4/2-Wegeventil 16, 18 vorgesteuert sind. Sicherheitsschaltung nach Aspekt 7, wobei das 4/2-Wegeventil 16, 18 einen Ventilkörper hat, in dessen durch eine Feder vorgespannten Notstellung die Schließfläche 22, 24 entlastet ist, während die Ringfläche mit Druckmittel beaufschlagt ist. Sicherheitsschaltung nach Aspekt 7, wobei die Absperrventile 12, 14 und/oder die 4/2-Wegeventile 16, 18 elektronisch überwacht sind. Sicherheitsschaltung nach Variante 1 , wobei das Hauptventil ein Absperrventil oder ein Sicherheitsventil 1 ; 101 ; 401 eines unter Dampfdruck stehenden Systei ist.

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb, insbesondere zur Betätigung einer Armatur mit einem Regel- oder Schaltventil (1 ; 101 ; 401 ) zum Beispiel in einem Kraftwerk oder in einer Chemie- oder einer Gas- oder Ölförderanlage, mit einem Stellzylinder (2; 202), der eine Zylinderkammer (4; 204) aufweist, die an eine hydraulische oder pneumatische Leitung (8a-f; 108a-f; 408a-i) angeschlossen ist, und mit einer Sicherheitsschaltung, die zwei zueinander in Reihe geschaltete und in der Leitung angeordnete Absperrventile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Absperrventile ein erstes 2/2-Wege-Einbauventil (12) und ein zweites 2/2-Wege-Einbauventil (14), das fluidisch gesehen näher an der
Zylinderkammer (4, 204) angeordnet ist als das erste 2/2-Wege-Einbauventil (12), mit jeweils einem Hauptsteuerkolben sind, mit dem die fluidische Verbindung zwischen zwei jeweiligen Arbeitsanschlüssen (A, B) steuerbar ist, wobei die beiden 2/2-Wege-Einbauventile (12, 14) jeweils ein Vorsteuerventil (16, 18) umfassen, und wobei zumindest das erste 2/2-Wege-Einbauventil (12) eine in Öffnungsrichtung aktive Fläche (A4) aufweist, die über das zugeordnete
Vorsteuerventil (16) unabhängig von den Arbeitsanschlüssen (A, B) mit einem Druck beaufschlagbar ist.
2. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach Anspruch 1 , wobei die
Vorsteuerventile (16, 18) der beiden 2/2-Wege-Einbauventile mit ihren mit einer Druckmittelquelle und mit einer Druckmittelsenke verbundenen Anschlüssen parallel zueinander angeordnet sind.
3. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stellzylinder ein Gleichgangzylinder (2) mit einer ersten Zylinderkammer (4) und mit einer zweiten Zylinderkammer (6) ist und wobei die Leitung (8a-f) zwischen den beiden Zylinderkammern (4, 6) verläuft.
4. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stellzylinder (2; 202) doppelt wirkend ist und eine erste Zylinderkammer (4, 204), an die einer erste Leitung (8a-f; 108a-f; 408a-i) und eine erste Sicherheitsschaltung mit zwei 2/2-Wege-Einbauventilen (12, 14) angeschlossen ist, und eine zweite Zylinderkammer (6; 206) hat, an die eine zweite hydraulische oder pneumatische Leitung (110a-f; 410a-g) angeschlossen ist, und wobei eine zweite Sicherheitsschaltung vorhanden ist, die ein drittes 2/2-Wege-Einbauventil (13) und ein dazu in Reihe geschaltetes viertes 2/2-Wege-Einbauventil (15), das fluidisch gesehen näher an der zweiten Zylinderkammer (6, 206) angeordnet ist als das dritte 2/2-Wege-Einbauventil (12), aufweist, die beide in der zweiten
Leitung (1 10a-f; 410a-g) angeordnet sind und jeweils einen Hauptsteuerkolben haben, mit dem die fluidische Verbindung zwischen zwei jeweiligen
Arbeitsanschlüssen (A, B) steuerbar ist, und die jeweils ein Vorsteuerventil (17, 19) umfassen, wobei zumindest das dritte 2/2-Wege-Einbauventile (13) eine in Öffnungsrichtung aktive Fläche (A4) aufweist, die über das zugeordnete
Vorsteuerventil (17) unabhängig von den Arbeitsanschlüssen (A, B) mit einem Druck beaufschlagbar ist.
5. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach Anspruch 4, wobei das dritte 2/2- Wege-Einbauventile (13) und das vierte 2/2-Wege-Einbauventil (15) jeweils eine in Öffnungsrichtung aktive Fläche (A4) aufweisen, die über das zugeordnete Vorsteuerventil ( 7) unabhängig von den Arbeitsanschlüssen (A, B) mit einem Druck beaufschlagbar ist.
6. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, wobei an die fluidische Verbindung zwischen dem ersten 2/2-Wege-Einbauventil (12) und dem zweiten 2/2-Wege-Einbauventil (14) mit einem ersten Arbeitsanschluss ein erstes weiteres 2/2-Wege-Einbauventil (512) und an die Verbindung zwischen dem dritten 2/2-Wege-Einbauventil (13) und dem vierten 2/2-Wege-Einbauventil (15) mit einem ersten Arbeitsanschluss ein zweite weiteres 2/2-Wege-Einbauventil (513) angeschlossen ist und wobei die weiteren 2/2-Wege-Einbau- ventile (5 2, 513) jeweils einen Hauptsteuerkolben , mit dem die fluidische Verbindung zwischen zwei jeweiligen Arbeitsanschlüssen (A, B) steuerbar ist, und jeweils ein Vorsteuerventil umfassen und mit ihrem zweiten Arbeitsanschluss jeweils mit einem anderen Anschluss (P, T) der jeweiligen Sicherheitsschaltung als das erste bzw. dritte 2/2-Wege-Einbauventil (12, 13) verbunden sind.
7. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Hauptsteuerkolben der 2/2-Wege-Einbauventile (12, 14, 13, 15, 512, 513) im Hinblick auf ihre offene Stellung und vorzugsweise auch im Hinblick auf ihre geschlossene Stellung stellungsüberwacht sind.
8. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Vorsteuerventile (16, 17, 18, 19) stellungsüberwachte bewegliche Ventilkörper haben.
9. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Hauptsteuerkolben der aktiv steuerbaren 2/2-Wege- Einbauventile zur Abdichtung eines in Schließrichtung wirkenden Steuerraums gegen den unabhängig von den Arbeitsanschlüssen in Öffnungsrichtung
wirkenden Steuerraum Dichtungen (38) haben.
10. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Vorsteuerventile 4/2 Wege-Sitzventile (16, 17, 18, 19) sind.
1 1. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei alle 2/2-Wege-Einbauventile (12, 13, 14, 15; 512, 513) eine in Öffnungsrichtung aktive Fläche (A4) aufweisen, die über das zugeordnete
Vorsteuerventil (16, 17, 18, 19) unabhängig von den Arbeitsanschlüssen (A, B) mit einem Druck beaufschlagbar ist.
12. Hydraulischer oder pneumatischer Antrieb nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei an einem Kolben oder an einer Kolbenstange des
Stellzylinders (2; 202) ein Positionsgeber (21 ) angeordnet ist.
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