WO2018192747A1

WO2018192747A1 - Elektrohydraulisches system für den einsatz unter wasser mit einem elektrohydraulischen stellantrieb

Info

Publication number: WO2018192747A1
Application number: PCT/EP2018/057571
Authority: WO
Inventors: Alexandre ORTH; Gottfried Hendrix; Markus JUNKER
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-10-25
Also published as: US11085466B2; CN110494656B; NO20191347A1; CN110494656A; DE102017206506A1; US20200158140A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches System (7) für den Einsatz unter Wasser mit einem elektrohydraulischen Stellantrieb und mit einem Behälter (9), der einen Innenraum (10), der zur Bildung eines zur Umgebung abgeschlossenen und zur Aufnahme eines hydraulischen Druckfluids vorgesehenen Volumens vorgesehen ist, aufweist, wobei im Innenraum (10) des Behälters (9) ein Hydrozylinder (21) vorhanden ist, dessen Inneres durch einen Kolben (25), mit dem eine erste Kolbenstange (26) und eine zweite Kolbenstange (27) verbunden sind, in eine erste Zylinderkammer (29) und in eine zweite Zylinderkammer (30) unterteilt ist, wobei die beiden Wirkflächen (25.1, 25.2) des Kolbens (25) gleich oder annähernd gleich groß sind. Weiter wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit der das elektrohydraulische System (7) anwendbar ist.

Description

Elektrohydraulisches System für den Einsatz unter Wasser mit einem

elektrohydraulischen Stellantrieb

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches System für den Einsatz unter Wasser, insbesondere in großen Wassertiefen, mit einem elektrohydraulischen Stellantrieb. Der elektrohydraulische Stellenantrieb dient insbesondere zur Betätigung von Unterwasser- Aktuatoren. Das System umfasst einen Behälter, der einen Innenraum, der zur Bildung eines zur Umgebung abgeschlossenen und zur Aufnahme eines hydraulischen Druckfluids vorgesehenen Volumens vorgesehen ist. Das System umfasst des Weiteren einen Hydraulikzylinder, der im Innenraum des Behälters angeordnet ist.

Solcher Art elektrohydraulische Systeme können dazu benutzt werden, um unter Wasser in Wassertiefen bis zu mehreren tausend Metern im Zusammenhang mit der Förderung von Erdöl und Erdgas, mit Bergbau, naturwissenschaftlichen Erkundigungen oder Infrastrukturprojekten ein Element zu bewegen. So befinden sich z. B. bei Erdöl- oder Erdgasförderanlagen auf See in großen Tiefen Prozessventile, mit denen der Volumenstrom des zu fördernden Mediums geregelt oder abgesperrt werden kann.

Ein elektrohydraulisches System kann einen Hydrozylinder umfassen, dessen Zylindergehäuse am Gehäuse eines Prozessventils sitzt und der einen Kolben und eine einseitig vom Kolben wegragende Kolbenstange umfasst, über die ein Prozessventilschieber des Prozessventils bewegt werden kann. Der Kolben teilt das Innere des Zylindergehäuses in einen kol- benstangenabseitigen Zylinderraum und in einen kolbenstangenseitigen Zylinderraum auf. Im kolbenstangenseitigen Zylinderraum ist eine mechanische Federanordnung, z.B. Schraubendruckfeder, untergebracht, die den Kolben im Sinne eines Schließprozessventils beaufschlagt. Beim Ein- und Ausfahren eines solchen Differentialzylinders wird normalerweise Öl verdrängt oder benötigt, das dem Volumen der Zylinderstange (Stangenfläche mal Verfahr- weg) entspricht. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass bei jeder Zylinderbewegung (sowohl nach innen als auch nach außen) ein Wechsel des Hydraulikvolumens erfolgt. Außerdem stört, dass jeder Maschinenzyklus auch einen Spannungszyklus in Bezug auf die Membran eines Druckkompensators bildet, was die Betriebsdauer für langjährige Anwen- düngen unter Wasser erheblich beeinträchtigt.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrohydraulisches System und eine Vorrichtung zu schaffen, die die genannten Nachteile lindern oder sogar vermeiden. Insbesondere soll auf konstruktiv einfache Weise in dem Behälter des Stellantriebs möglichst wenig Pendelvolumen erzeugt werden. Weiterhin soll die Betriebsdauer signifikant gesteigert werden.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einem elektrohydraulischen System und mit einer Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind. Hierzu trägt ein elektrohydraulisches System für den Einsatz unter Wasser mit einem elektrohydraulischen Stellantrieb und mit einem Behälter bei, der einen Innenraum aufweist, der zur Bildung eines zur Umgebung abgeschlossenen und zur Aufnahme eines hydraulischen Druckfluids vorgesehenen Volumens vorgesehen ist. Im Innenraum des Behälters ist ein Hydrozylinder vorhanden, dessen Inneres durch einen Kolben, mit dem eine erste Kolben- Stange und eine zweite Kolbenstange verbunden sind, in eine erste Zylinderkammer und in eine zweite Zylinderkammer unterteilt ist, wobei die beiden Wirkflächen des Kolbens (annähernd oder exakt) gleich groß sind.

Das hier vorgeschlagene elektrohydraulische System hat den besonderen Vorteil, dass der doppelt wirkende Hydraulikzylinder (Gleichgangzylinder) den Wechsel des Fluidvolumens im Zylindergehäuse (Pendelvolumen) minimiert, wenn der (hydraulische oder mechanische) Zylinder herausbewegt oder zurückgezogen wird. Das interne Fluid kann ein hydraulisches Fluid, eine mechanische fettartige Substanz oder ein Trafo-Öl sein. Außerdem werden uner- wünschte Spannungen bzw. Spannungswechsel auf die Membran des Druckkompensators vermieden.

Bevorzugt ist zum Ausgleich des Volumenstroms des zu betätigenden Hydrozylinders eine zusätzliche Zylinderkammer vorhanden, die mit Vakuum oder Unterdruck beaufschlagt ist. Die Zylinderkammer kann mit einer Schaltungsanordnung und/oder Leitungen ausgerüstet und/oder daran angeschlossen sein, die in der Zylinderkammer ein Vakuum / Unterdruck einstellen kann. Insbesondere ist die zusätzliche Zylinderkammer mit entsprechenden Leitungsanschlüssen ausgerüstet.

Mit Vorteil ist die zusätzliche Zylinderkammer der zweiten Kolbenstange zugeordnet. Das kann bedeuten, dass die zusätzliche Zylinderkammer zumindest teilweise von der zweiten Kolbenstange gebildet bzw. begrenzt ist. Insbesondere kann ein Volumen der zusätzlichen Zylinderkammer mittels der zweiten Kolbenstange veränderbar sein.

Zweckmäßig ist die zusätzliche Zylinderkammer eine Vakuumbuchse oder Vakuumhülse. Es ist möglich, dass die zusätzliche Zylinderkammer als separates Bauteil ausgeführt ist.

Vorzugsweise ist der zusätzlichen Zylinderkammer ein Rückschlagventil zugeordnet.

Bevorzugt ist die zweite Kolbenstange zumindest weitgehend im Zylindergehäuse des Hydrozylinders verbleibend angeordnet. Das bedeutet insbesondere, dass auch bei einer geplanten bzw. eingerichteten Bewegung der zweiten Kolbenstange, diese überwiegend oder gar vollständig vom Zylindergehäuse des Hydrozylinders umhaust bzw. aufgenommen ist.

Mit Vorteil ist dem Kolben mindestens ein Positionssensor zugeordnet. Ein Positionssensor ist insbesondere eingerichtet, die aktuelle Lage eines Bauteils des Kolbens zu ermitteln.

Weiterhin ist bevorzugt ein zusätzliches Zylindergehäuse zwischen dem Hydrozylinder und dem Prozessventilgehäuse angeordnet, wobei ein Druckkolben das Innere des Zylindergehäuses in eine erste Zylinderkammer und eine zweite Zylinderkammer unterteilt. Mit Vorteil ist der Druckkolben auf der ersten Kolbenstange gleitend gelagert. Bevorzugt ist innerhalb der zweiten Gehäusekammer an der ersten Kolbenstange ein Mitnahmeelement, z. B. ein Anschlag, Schulter, Ringflansch oder dergleichen, befestigt, das einen formschlüssigen Ein- griff mit dem Druckkolben ermöglicht. Der Eingriff zwischen der ersten Kolbenstange und dem Druckkolben kann auch kraftschlüssig ausgeführt sein. Zweckmäßig stützt sich eine Druckfeder in der ersten Gehäusekammer einerseits an dem Druckkolben und andererseits an der ersten Gehäusekammer oder dem Prozessventilgehäuse ab.

Weiter bevorzugt ist ein Druckkompensator vorhanden, um das hydraulische Druckfluid im Innenraum wenigstens annähernd unter den Druck zu setzen, der in dem umgebenden Seewasserbereich herrscht. Mit Vorteil ist der Druckkompensator ein Membranspeicher oder ein Blasenspeicher.

Zweckmäßig ist in der zusätzlichen Zylinderkammer ein Rückschlagventil angebracht.

Vorzugsweise ist in die Verbindung zwischen der Hydromaschine und der zweiten Zylinderkammer ein 2/2 Wege-Sitzventil mit Elektromagnet und Feder eingefügt.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Anordnung unter Wasser und zur Steuerung eines förderbaren Volumenstroms eines gasförmigen oder flüssigen Mediums mit einem Prozessventil vorgeschlagen, mit einem Prozessventilgehäuse mit einem Prozessventilschieber, mit dem der Volumenstrom steuerbar ist und mit einem Hydrozylinder, der dem Prozessventilgehäuse zugeordnet und mit dem Prozessventilschieber bewegbar ist, gekennzeichnet durch ein elektrohydraulisches System mit einem elektrohydraulischen Stellantrieb, wobei die erste Kolbenstange mit dem Prozessventilschieber verbunden ist. Der elektrohyd- raulische Stellenantrieb betätigt einen Unterwasser - Aktuatoren. Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Darstellungen sind schematisch und nicht zur Veranschaulichung von Größenverhältnissen vorgesehen. Die mit Bezug auf einzelne Details einer Figur angeführten Erläuterungen sind extrahierbar und mit Sachverhalten aus anderen Figuren oder der vorstehenden Beschreibung frei kombinierbar, es sei denn, dass sich für einen Fachmann zwingend etwas anderes ergibt bzw. eine solche Kombination hier explizit untersagt wird. Es zeigen schematisch:

Fig. 1: eine Seitenansicht der Vorrichtung bei geschlossenem Prozessventil; Fig. la: Draufsicht auf die erste Wirkfläche des Kolbens,

Fig. lb: Draufsicht auf die zweite Wirkfläche des Kolbens, Fig. 2: verkleinert einen Ausschnitt aus der Vorrichtung gemäß Fig. 1, jedoch mit einer zusätzlichen Vakuumkammer,

Fig. 3: einen Ausschnitt aus der Vorrichtung gemäß Fig. 1, jedoch mit einem zusätzlichen Zylindergehäuse mit einem Druckkolben und mit einer Druckfeder, und

Fig. 3a: vergrößert den Druckkolben im Schnitt und die erste Kolbenstange gemäß Fig. 3.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen elektrohydrau- lischen Systems weisen ein Prozessventil 1 mit einem Prozessventilgehäuse 2 auf, durch das ein Prozessventilkanal 3 hindurch fährt, der an seinem Mündungen durch nicht dargestellte Rohre fortgeführt wird und in dem ein gasförmiges oder flüssiges Medium vom Meeresboden zu einem aus dem Meer herausragenden Teil eines Bohrturms oder zu einem Bohrschiff fließt. Die Flussrichtung sei durch den Pfeil 4 angegeben. In dem Prozessventilgehäuse 2 gemäß Fig. 1 ist ein Hohlraum ausgebildet, der den Prozessventilkanal 3 quert und in dem ein Prozessventilschieber 5 mit einer Durchflussöffnung 6 quer zur Längsrichtung des Prozessventilkanals 3 bewegbar ist. In dem Zustand nach der Fig. 1 überdecken sich der Prozessventilkanal 3 und die Durchflussöffnung 6 im Prozessventilschieber 5 nicht. Das Prozessventil ist also geschlossen. In einem (nicht dargestellten) Zu- stand überdecken sich die Durchflussöffnung 6 und der Prozessventilkanal 3 weitgehend. Das Prozessventil ist fast ganz offen.

Ein Prozessventil der gezeigten Art und der beschriebenen Verwendung soll einerseits kontrolliert betätigt werden können und andererseits auch zur Sicherheit beitragen, indem es bei einer Störung schnell und zuverlässig eine Stellung einnimmt, die einem sicheren Zustand entspricht. Vorliegend ist dieser sichere Zustand ein geschlossenes Prozessventil.

Das Prozessventil 1 wird durch ein kompaktes elektrohydraulisches System 7 betätigt, das unter Wasser direkt am Prozessventil 1 angeordnet ist. Es genügt, dass von dem elektrohyd- raulischen System 7 aus nur ein elektrisches Kabel 8 an die Meeresoberfläche oder eine andere unter Wasser befindliche übergeordnete elektrische Steuerung führt.

Das als Ausführungsbeispiel gezeigte elektrohydraulische System 7 weist einen Behälter 9 auf, der an einer offenen Seite am Prozessventilgehäuse 2 befestigt ist, so dass ein zur Umgebung abgeschlossener Innenraum 10 vorhanden ist, der mit einem hydraulischen Druck- fluid als Arbeitsmittel gefüllt ist. Zur Befestigung an dem Prozessventilgehäuse 2 besitzt der Behälter 9 an seiner offenen Seite einen Innenflansch, mit dem er am Prozessventilgehäuse 2 verschraubt ist. Radial außerhalb der Schraubverbindungen ist zwischen dem Innenflansch des Behälters 9 und dem Prozessventilgehäuse 2 eine umlaufende Dichtung 11 angeordnet, die in eine umlaufende Nut des Prozessventilgehäuses 2 eingelegt ist.

Der Behälter 9 ist gegenüber dem unter Wasser herrschenden Umgebungsdruck (Seewasserbereich 66) druckkompensiert. Dazu ist bei einem Druckkompensator 67 auf einen eine Öffnung 12 in der Behälterwand umgebenden Flachrand 13 mit einem Flansch 14 ein Deckel

15 befestigt und zwischen dem Flachrand 13 und dem Deckel 15 eine Membran 16 dicht eingeklemmt. Im Deckel 15 befinden sich Löcher 17, so dass der Raum zwischen Membran

16 und Deckel 15 Teil der Umgebung ist und mit Seewasser gefüllt ist. Durch die Membran 16 ist also der Innenraum 10 gegen die Umgebung abgeschottet. Die Membran 16 wird an ihrer dem Innenraum 10 zugekehrten ersten Fläche von dem Druck im Innenraum 10 und an ihrer dem Deckel 15 zugekehrten, zweiten Fläche, die etwa genauso groß wie die erste Fläche ist, von dem Druck, der in der Umgebung herrscht, beaufschlagt und sucht immer eine Lage und Form einzunehmen, in der die Summe aller an ihr eingreifenden Kräfte Null ist. Damit der Druck im Innenraum 10 geringfügig höher als der Umgebungsdruck ist, wird die Membran 16 gegen den Innendruck zusätzlich vom Umgebungsdruck noch von einer Feder 18 beaufschlagt, die zwischen einem formstabilen, zentralen Membranteller 19 und dem Deckel 15 eingespannt ist. Die Kraft der Feder 18 ist unter Berücksichtigung der Größe der druckbeaufschlagten Flächen der Membran 16 so gewählt, dass der Druck im Innenraum z. B. zwischen 0,5 bar bis 2 bar höher ist als der Umgebungsdruck. An dem Membranteller 19 ist eine Stange 20 befestigt, die in dem Deckel 15 geführt ist, die mit einer Maßverkörperung versehen und Teil eines Gebers sein kann, der die Position des Zentrums der Membran 16 erfasst. Von dem Membranteller 19 kann eine mit einer Maßverkörperung versehene Stange auch in den Innenraum 10 ragen, um dort mit einem Wegaufnehmer zusammenzuwirken. Dann wird der Kontakt mit Seewasser vermieden und die Zuverlässigkeit wird höher. Im Innenraum 10 des Behälters 9 sind bis auf die Quelle der elektrischen Leistungsenergie und übergeordneter elektrischer Steuersignale alle mechanischen, elektrischen und hydraulischen Komponenten untergebracht, die zur Steuerung des Prozessventils 1 notwendig oder vorteilhaft sind.

Da ist zunächst ein Hydrozylinder 21 mit einem Zylindergehäuse 22, das stirnseitig durch einen Zylinderboden 23 und einen Zylinderkopf 24 verschlossen ist, mit einem im Inneren des Zylindergehäuses 22 in Längsrichtung des Zylindergehäuses 22 verschiebbaren Kolben 25 und mit einer mit dem Kolben 25 fest verbundenen und einseitig von dem Kolben 25 wegragenden ersten Kolbenstange 26, die abgedichtet und in nicht näher dargestellter Weise geführt durch den Zylinderkopf 24 hindurchtritt. Abgedichtet ist der Spalt zwischen der Kolbenstange 26 und dem Zylinderkopf 24 durch zwei im Zylinderkopf 24 in einem axialen Abstand zueinander angeordneten Dichtungen 28. Am freien Ende der Kolbenstange 26 ist der Prozessventilschieber 5 befestigt. Weiterhin ist eine mit dem Kolben 25 fest verbundene und zur anderen Seite von dem Kolben 25 wegragende zweite Kolbenstange 27 vorhanden, die abgedichtet geführt und durch den Zylinderboden 23 hindurchtritt. Durch den Kolben 25 ist das Innere des Zylindergehäuses 22 in eine zylinderkopfseitige erste Zylinderkammer 29 und in eine bodenseitige zweite Zylinderkammer 30 unterteilt, deren Volumen von der Position des Kolbens 25 abhängen.

In Fig. la ist die erste Wirkfläche 25.1 des Kolbens 25 auf der Seite der ersten Zylinderkammer 29 mit einem Querschnitt durch die erste Kolbenstange 26 dargestellt. Fig. lb veranschaulicht die zweite Wirkfläche 25.2 des Kolbens 25 auf der Seite der zweiten Zylinder- kammer 30 mit einem Querschnitt durch die zweite Kolbenstange 27. Die beiden im Wesentlichen kreisringförmigen Wirkflächen 25.1 und 25.2 sind im Ausführungsbeispiel gleich groß.

In der ersten Zylinderkammer 29 ist eine Schraubendruckfeder 31 untergebracht, die die Kolbenstange 26 umgibt und zwischen dem Zylinderkopf 24 und dem Kolben 25 eingespannt ist, den Kolben 25 also in eine Richtung beaufschlagt, in die die Kolbenstange 26 eingefahren und der Prozessventilschieber 5 zum Schließen des Prozessventils 1 bewegt wird.

Im Innenraum 10 des Behälters 9 befinden sich auch eine hydrostatische Hydromaschine 32, die sowohl als Pumpe als auch als Hydromotor betreibbar ist, und eine Elektromaschine 33, die mit der Hydromaschine 32 für eine gemeinsame drehende Bewegung mechanisch gekoppelt ist und die sowohl als Elektromotor als auch als Generator betreibbar ist. Die Hydromaschine 32 hat einen Druckanschluss 34 und einen Sauganschluss 35, der zum Innenraum 10 hin offen ist. Die Hydromaschine 32 ist von positiven Hubvolumina über eine Nullstellung, in der das Hubvolumen Null ist, zu negativen Hubvolumina verstellbar, so dass sie in dieselbe Drehrichtung und mit dem gleichen Druckanschluss als Pumpe und als Hydromotor betreibbar ist. Ein positives Hubvolumen ist dabei mit dem Betrieb als Pumpe korreliert. Die Elektromaschine 33 ist in ihrer Drehzahl regelbar und dazu mit einer elektrischen Steuereinheit 36 verbunden, die ebenfalls im Innenraum 10 untergebracht und über das abgedichtet aus dem Behälter 10 herausgeführte Kabel 8 mit einer elektrischen Energiequelle an der Meeresoberfläche oder einer unter Wasser angeordneten übergeordnete elektrische Steuerung verbunden ist. Die Drehzahl von Hydromaschine und Elektromaschine wird von einem Drehzahlgeber 37 erfasst und von der Steuereinheit 36 verarbeitet. Von der Hydromaschine 32 kann im Betrieb als Pumpe aus dem Innenraum 10 angesaugtes Druckfluid über den Druckanschluss 34 zu der Zylinderkammer 30 gefördert werden. Umgekehrt kann Druckfluid aus der Zylinderkammer 30 über die Hydromaschine 32 in den Innenraum 10 des Behälters 9 verdrängt werden. In diesem Sinne ist beim Ausführungsbeispiel die Zylinderkammer 30 die zweite Zylinderkammer. In die Verbindung zwischen der Hydro- maschine 32 und der Zylinderkammer 30 ist ein im Innenraum befindliches 2/2 Wege- Sitzventil 38 eingefügt, das in einer Ruhestellung, die es unter der Wirkung einer Feder 39 einnimmt, offen und in einer Schaltstellung, in die es durch einen Elektromagneten 40 gebracht werden kann, einen Druckmittelfluss aus der Zylinderkammer 30 heraus verhindert. Das 2/2 Wege - Sitzventil 38 ist ein sicherheitsrelevantes Ventil und derart angeordnet, dass bei Stromausfall des Elektromagneten 40 das Ventil durch die Feder 39 öffnet und die zweite Zylinderkammer 30 des Hydrozylinders 21 entleert wird, so dass die Schraubendruckfeder 31 des Hydrozylinders 21 diesen zurückfahren kann.

Im Innenraum 10 befindet sich des Weiteren ein 2/2 Wege-Sitzventil 41, das mit einem An- schluss an die erste Zylinderkammer 29 angeschlossen und mit dem anderen Anschluss zum Innenraum 10 hin offen ist. Das Ventil 41 nimmt unter der Wirkung einer Feder 42 eine Ruhestellung ein, in der die Zylinderkammer 29 gegen einen Abfluss von Druckmittel in den Innenraum 10 abgesperrt ist, und kann durch einen Elektromagneten 43 in eine Schaltstel- lung gebracht werden, in der eine offene Verbindung zwischen der Zylinderkammer 29 und dem Innenraum 10 besteht.

Im Innenraum 10 befindet sich auch ein Hydrospeicher 44 mit einem zylindrischen Speicher- gehäuse 45, das an der einen Stirnseite zum Innenraum 10 offen ist und an der anderen Stirnseite mit einem Boden 46 verschlossen ist, mit einem in Achsrichtung des Speichergehäuses 45 beweglichen Speicherkolben 47 und mit einer Druckfeder 48, die zwischen dem Speicherkolben 47 und einem Anschlag an der offenen Seite des Speichergehäuses 45 eingespannt ist. Zwischen dem Boden 46 und dem Speicherkolben 47 ist ein Druckfluidraum 49 gebildet, dessen Volumen von der Position des Speicherkolbens 47 abhängt. Dieser ist also mit einer von dem Druck im Druckfluidraum 49 erzeugten Kraft in Richtung einer Vergrößerung des Volumens des Druckfluidraums 49 und in Gegenrichtung von einer durch den Druck im Innenraum 10 erzeugten Kraft und der Kraft der Druckfeder 48 beaufschlagt. Dem Druckfluidraum 49 ist über ein sich im Innenraum 10 befindliches Ventil 50 von der Hydromaschine 32 im Betrieb als Pumpe Druckmittel zuführbar.

In Richtung vom Druckfluidraum 49 zur Hydromaschine 32 lässt das Ventil 50 kein Druckmittel zu. Ist der Druckraum ansonsten abgesperrt, so bewegt sich dabei der Speicherkolben 47 im Sinne einer Vergrößerung des Druckraums, wobei die Druckfeder 48 stärker gespannt wird, die Kraft der Druckfeder zunimmt und dadurch der Speicherdruck im Druckraum über den Druck im Innenraum 10 ansteigt. Weil die Kennlinie der Druckfeder 48 bekannt ist, entspricht jede Position des Speicherkolbens 47 einem bestimmten Druck im Druckfluidraum 49. Eine Endposition des Speicherkolbens 47 und damit der gewünschte maximale Spei- cherdruck sind durch einen Positionsgeber 51 erfassbar. Wenn der maximale Speicherdruck erreicht ist, wird das Ventil 50 gesperrt, wie dies durch die vom Positionsgeber 51 zu dem Ventil 50 führenden, gestrichelte Linie angedeutet ist. Zur Erfassung des Speicherdrucks kann auch ein elektromechanischer Drucksensor verwendet werden. Der Druckfluidraum 49 des Hydrospeichers 44 kann über ein sich im Innenraum 10 befindliches 2/2 Wege-Sitzventil 52 mit der ersten Zylinderkammer 29 fluidisch verbunden und gegen die Zylinderkammer 29 abgesperrt werden. Das Ventil 50 nimmt unter der Wirkung einer Feder 53 eine Ruhestellung ein, in der eine offene Verbindung zwischen der Zylinderkammer 29 und dem Druckfluidraum 49 besteht, und kann durch einen Elektromagneten 54 in eine Schaltstellung gebracht werden, in der die Zylinderkammer 29 gegen einen Zufluss von Druckmittel aus dem Druckfluidraum 49 abgesperrt ist.

Die Ventile 38, 41 und 52 können mit Sensoren zur Stellungsüberwachung ausgerüstet sein, um eine fehlerhafte Funktion durch die elektrische Steuerung sofort zu erkennen.

Über eine Leitung 55 ist der Druckfluidraum 49 mit einem Bereich am Zylinderkopf 24 verbunden, der axial zwischen den beiden Dichtungen 28 liegt. Damit ist bei geladenem Hydro- speicher 44 die Druckdifferenz an der äußeren Dichtung 28, nämlich die Differenz zwischen dem Druck des geförderten Mediums im Prozessventil 1, der auf der einen Seite der äußeren Dichtung 28 ansteht, und dem Druck auf der anderen Seite dieser Dichtung kleiner als die Differenz zwischen dem Druck des geförderten Mediums und dem Druck im Innenraum 10, so dass auch die Leckage verringert ist. Als weitere Ventile sind in dem Innenraum 10 vorhanden noch ein Druckbegrenzungsventil 56, das an den Druckanschluss 34 der Hydromaschine 32 angeschlossen ist, und in Form eines Bypass zwischen dem Sauganschluss 35 und dem Druckanschluss 34 angeordneten und vom Sauganschluss 35 zum Druckanschluss 34 hin öffnenden Rückschlagventils ein Nachsaugventil 57 angeordnet. Durch das Nachsaugventil 57 wird Kavitation an der Hydro- maschine 32 verhindert, wenn diese als Motor betrieben wird und die Zylinderkammer völlig entleert ist oder das Ventil 38 schließt.

Zusätzlich zu den bisher schon erwähnten Sensoren sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel noch drei Positionssensoren 58 vorhanden, mit denen bestimmte Positionen des Kol- bens 25 und damit der Kolbenstangen 26, 27 erfasst werden können. Es kann auch nur ein Sensor vorhanden sein, der die Positionen von Kolben 25 und einer Kolbenstange 26 oder 27 kontinuierlich erfasst.

Gegenüber dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch Abwandlungen eines erfindungs- gemäßen elektrohydraulischen Systems 7 möglich.

Die elektrische Steuerung umfasst in einfachster Form einen Gleichstrom-Motor, ein elektrisches Steuergerät mit entsprechenden analogen und digitalen Ein- und Ausgangsschnittstellen sowie eine geeignete Stromversorgung. Eine Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) des elektrohydraulischen Systems 7 ist in der elektrischen Steuerung implementierbar, in dem alle Sensorsignale mit entsprechenden Algorithmen, umgesetzt in Form einer Software, ausgewertet werden. Im Störungsfall kann die Steuerung den Hydrozylinder 21 autonom in die sichere Ruheposition bringen und die übergeordnete Steuerung informieren. Dazu können präventive und reaktive Wartungsmaßnahmen an die übergeordnete Steuerung kommuniziert werden.

Fig. 2 veranschaulicht verkleinert einen Ausschnitt aus der Vorrichtung gemäß Fig. 1, jedoch mit einer zusätzlichen Zylinderkammer 29, die mit Vakuum oder Unterdruck beaufschlagt ist. Die Zylinderkammer 29 ist der zweiten Kolbenstange 27 zugeordnet. Die Zylinderkammer 59 dient zum Ausgleich des Betätigungsvolumens des zu betätigenden Stellantriebs. Wenn die Fläche der einfahrenden Kolbenstange z. B. durch die Vakuumbuchse oder Vakuumhülse kompensiert ist, entsteht netto kein Ausgleichsbedarf. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ohne Schraubendruckfeder 31 jedoch mit einem zusätzlichen Zylindergehäuse 61, das zwischen der ersten Zylinderkammer 29 des Hydrozylinders 21 und dem Prozessventilgehäuse 2 angeordnet ist. Ein Druckkolben 62 unterteilt das Innere des abgeschlossenen Zylindergehäuses 61 in eine erste Gehäusekammer 61.1 und in eine zweite Gehäusekammer 61.2. Der Druckkolben 62 ist auf der ersten Kolbenstange 26 gleitend gelagert, die abgedichtet das Zylindergehäuse 61 durchdringt (siehe Fig. 3a). Die erste Kolbenstange 26 durchdringt somit ebenfalls den Druckkolben 62. Eine Druckfeder 63 in der ersten Gehäusekammer 61.1 stützt sich mit ihrem einen Ende an dem Druckkolben 62 und mit ihrem anderen Ende an einer Innenwand der ersten Gehäusekammer 61.1 oder einer Außenwand des Prozessventilgehäuses 2 ab.

An der zweiten Gehäusekammer 61.2 ist ein Arbeitsanschluss 64 für den Zustrom und Ab- fluss von Hydrofluid vorhanden, der bspw. mit einer (nicht dargestellten) Hydropumpe in Verbindung steht. Über einen Zustrom durch den Arbeitsanschluss 64 wird zunächst Druck in der zweiten Gehäusekammer 61.2 aufgebaut. Dadurch wird der Druckkolben 62 - in Fig. 3 nach rechts - verschoben und die Druckfeder 63 gespannt. Die Verschiebung des Druckkolbens 62 erfolgt gleitend auf der ihn durchdringenden ersten Kolbenstange 26; es ist ein„fliegender" Druckkolben 62 vorhanden. Wenn der Druck in der ersten Zylinderkammer 29 des Hydrozylinders 21 für eine Rückwärtsbewegung des Kolbens 25 - in Fig. 3 nach links - nicht ausreichend hoch ist, wird der Druck in der zweiten Gehäusekammer 61.2 durch Abfluss von Druckfluid durch den Arbeitsanschluss 64, z. B. in einen Tank, reduziert. Dadurch wird die Druckfeder 63 entspannt, so dass der Druckkolben 62 - in Fig. 3 nach links - verschoben wird. Innerhalb der zweiten Gehäusekammer 61.2 befindet sich an der ersten Kolbenstange 26 und mit dieser starr verbunden bzw. befestigt ein Mitnahmeelement 65, z. B. Anschlag, Schulter, Ringflansch, mit dem der Druckkolben 62 in Eingriff kommt und auf das er Druck ausübt. Dadurch wird zugleich die erste Kolbenstange 26 - in Fig. 3 nach links - verschoben. Auf diese Weise wird bei reduziertem hydraulischem Druck in der ersten Zylinderkammer 29 mechanisch eine Rückzugsbewegung des Kolbens 25 verwirklicht. In dem Arbeitsanschluss 64 zwischen einer (nicht dargestellten) Hydropumpe und der zweiten Gehäusekammer 61.2 ist ein Sicherheitsventil wie in den Positionen 38, 39 und 40 in Fig. 1 dargestellt eingefügt. Bei Stromausfall des Elektromagneten 40 öffnet das Ventil durch die Feder 40. Die zweite Gehäusekammer 61.2 wird durch die Kraft der Druckfeder 63 gegen den Druckkolben 62 entleert und das Prozessventil 1 wird geschlossen.

Der zusätzlichen Zylinderkammer 59 ist ein Rückschlagventil 60 zugeordnet. Sofern ein Leck in der Abdichtung der Zylinderkammer 59 vorhanden sein sollte und Hydraulikfluid, z. B. Öl, in die Vakuumkammer eindringt, wird das Hydraulikfluid durch die nächste Rückzugsbewegung des Kolbens 25 herausgedrückt und dadurch die Zylinderkammer 59 von dem Öl be- freit. Das Rückschlagventil 60 mit Druckabfall ermöglicht somit, dass in dem Innenraum der Zylinderkammer 59 (Vakuumkammer) angesammeltes Leckageöl bei Bewegung der Kolbens 25 wieder entleert wird, d.h. der Niederdruck bei jedem Antriebszyklus wieder hergestellt wird.

Bezugszeichenliste

1 Prozessventil

2 Prozessventilgehäuse

3 Prozessventilkanal

4 Pfeil

5 Prozessventilschieber

6 Durchflussöffnung

7 elektrohydraulisches System

8 Kabel

9 Behälter

10 Innenraum von 9

11 Dichtung

12 Öffnung in 9

13 Flachrand

14 Flansch

15 Deckel

16 Membran

17 Löcher in 15

18 Feder

19 Membranteller

20 Stange

21 Hydrozylinder

22 Zylindergehäuse

23 Zylinderboden

24 Zylinderkopf

25 Kolben

25.1 erste Wirkfläche von 25

25.2 zweite Wirkfläche von 25

26 erste Kolbenstange

27 zweite Kolbenstange

28 Dichtungen

29 erste Zylinderkammer

30 zweite Zylinderkammer

31 Schraubendruckfeder 32 Hydromaschine

33 Elektromaschine

34 Druckanschluss

35 Sauganschluss

36 elektrische Steuereinheit

37 Drehzahlgeber

38 2/2 Wege-Sitzventil

39 Feder

40 Elektromagneten

41 2/2 Wege-Sitzventil

42 Feder

43 Elektromagneten

44 Hydrospeicher

45 Speichergehäuse

46 Boden

47 Speicherkolben

48 Druckfeder

49 Druckfluidraum

50 Ventil

51 Positionsgeber

52 2/2 Wege-Sitzventil

53 Feder

54 Elektromagneten

55 Leitung

56 Druckbegrenzungsventil

57 Nachsaugventil

58 Positionssensor

59 zusätzliche Zylinderkammer

60 Rückschlagventil

61 zusätzliches Zylindergehäuse

61.1 erste Gehäusekammer

61.2 zweite Gehäusekammer

62 Druckkolben

63 Druckfeder Arbeitsanschluss Mitnahmeelement Seewasserbereich Druckkompensator

Claims

Patentansprüche

1. Elektrohydraulisches System (7) für den Einsatz unter Wasser mit einem elektrohyd- raulischen Stellantrieb und mit einem Behälter (9), der einen Innenraum (10) aufweist, der zur Bildung eines zur Umgebung abgeschlossenen und zur Aufnahme eines hydraulischen Druckfluids vorgesehenen Volumens vorgesehen ist, wobei im Innenraum (10) des Behälters (9) ein Hydrozylinder (21) vorhanden ist, dessen Inneres durch einen Kolben (25), mit dem eine erste Kolbenstange (26) und eine zweite Kolbenstange (27) verbunden sind, in eine erste Zylinderkammer (29) und in eine zweite Zylinder- kammer (30) unterteilt ist, wobei die beiden Wirkflächen (25.1, 25.2) des Kolbens (25) gleich groß sind.

2. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 1, wobei zum Ausgleich des Volumenstroms des zu betätigenden Hydrozylinders (21) eine zusätzliche Zylinderkam- mer (59) vorhanden ist, die mit Vakuum oder Unterdruck beaufschlagt ist.

3. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die zusätzliche Zylinderkammer (59) der zweiten Kolbenstange (27) zugeordnet ist.

4. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei die zusätzliche Zylinderkammer (59) eine Vakuumbuchse oder Vakuumhülse ist.

5. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein zusätzliches Zylindergehäuse (61) vorhandenist, wobei ein Druckkolben (62) das Innere des Zylindergehäuses (61) in eine erste Gehäusekammer (61.1) und in eine zweite Gehäusekammer (61.2) unterteilt.

6. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 5, wobei der Druckkolben (62) auf der ersten Kolbenstange (26) gleitend gelagert ist.

7. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei innerhalb der zweiten Gehäusekammer (61.1) an der ersten Kolbenstange (26) ein Mitnahmeelement (65) befestigt ist.

8. Elektrohydraulisches System nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, wobei sich eine Druckfeder (63) in der ersten Gehäusekammer (61.1) mit einem Ende an dem Druckkolben (62) und mit dem anderen Ende an der ersten Gehäusekammer (61.1) oder dem Prozessventilgehäuse (2) abstützt.

9. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Druckkompensator (67) vorhanden ist, um das hydraulische Druckfluid im Innenraum (10) wenigstens annähernd unter den Druck zu setzen, der in dem umgebenden Seewasserbereich (66) herrscht.

10. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der zusätzlichen Zylinderkammer (59) ein Rückschlagventil (60) zugeordnet ist.

11. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Patentanspruch, wobei in die Verbindung zwischen der Hydromaschine (32) und der zweiten Zylinderkammer (30) ein 2/2 Wege-Sitzventil (38) mit Elektromagnet (40) und Feder (39) eingefügt ist.

12. Vorrichtung zur Anordnung unter Wasser und zur Steuerung eines förderbaren Volumenstroms eines gasförmigen oder flüssigen Mediums mit einem Prozessventil (1) mit einem Prozessventilgehäuse (2), mit einem Prozessventilschieber (5), mit dem der Volumenstrom steuerbar ist, und mit einem Hydrozylinder (21), der dem Prozessventilgehäuse (2) zugeordnet und mit dem Prozessventilschieber (5) bewegbar ist, gekennzeichnet durch ein elektrohydraulisches System (7) mit einem elektrohydrauli- schen Stellantrieb, wobei die erste Kolbenstange (26) mit dem Prozessventilschieber (5) verbunden ist.