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Die Erfindung handelt von einer elektrohydraulischen Sicherheitssteuerung, welche bei einem hydraulischen Stellorgan eine Endlage wechselt, mit einem mindestens durch drei Sensoren G1, G2, G3 redundant überwachten Sicherheitskriterium, das in einer 2von3-Auswahl überwacht ist, welche im Falle einer Aktivierung auf ein hydraulisches Stellglied einwirkt.
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Sicherheitssteuerungen sollten allgemein zwei Kriterien erfüllen: Sie sollten unter allen vorkommenden Betriebsbedingungen ihre Sicherheitsfunktion behalten und sie sollten schnell sein, um größeren Schaden zu verhindern. Elektrohydraulische Sicherheitssteuerungen werden bei Ventilen zur Einwirkung auf Massenströme, beispielsweise für Schnellschlussventile am Einlass von Dampfturbinen, für Abblasventile am Auslass von Gasturbinen oder für das Sperren von Massenströmen in der Verfahrens- und Prozesstechnik eingesetzt. Hydraulische Stellorgane bei einer Sicherheitssteuerung können aber ebenso für die Strahlablenkung bei einer Peltonturbine verwendet werden.
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Wenn eine Dampfturbine mit einem Generator gekoppelt ist und mit den normalen Regelorganen nicht sichergestellt ist, dass bei Lastabwurf des Generators unzulässige Überdrehzahlen entstehen, wird die Drehzahl der Dampfturbine auf das Erreichen einer Grenzdrehzahl überwacht, bei deren Eintreten die Sicherheitssteuerung mit dem hydraulischen Stellglied ein Schnellschlussventil am Einlass der Dampfturbine schließt.
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Hydraulische Stellglieder mit einem Ventil, welches große Massenströme beeinflusst, sind zum Erreichen einer kurzen Stellzeit in der Regel intern über einen zusätzlichen Schaltkolben vorgesteuert.
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Die
DE 4330038 A1 offenbart (
1 und
2) eine bekannte hydraulische 2von3-Auswahl, die in Hydraulikblöcken zusammengeschaltet ist. Hydraulische Elektromagnetventile, bei denen eine Magnetspule gegen eine Feder arbeitet, bringen zwangsläufig mit der Magnetspule größere Verstellkräfte als mit der Feder auf. Falls man daher für eine hydraulische 2von3-Auswahl die Ventile mit Strom ansteuert, hat man zwar eine etwas größere Sicherheit gegen „Hängenbleiben”, aber keine Information zu dem Zeitpunkt, an dem ein Drahtbruch eintritt. Falls also bei laufender Anlage ein Drahtbruch eingetreten ist und ein weiterer Drahtbruch auftritt oder eines der beiden anderen Ventile hängen bleibt, erfolgt keine Abschaltung. Bei laufender Anlage bleibt also nur übrig, in nicht zu großen zeitlichen Abständen jeweils nacheinander die drei Ventile durch Ansteuern mit Strom auf Drahtbruch und Hängenbleiben zu testen. Falls Drahtbruch oder eine defekte Spule festgestellt wird, lässt sich dies auch bei laufender Anlage beheben und überprüfen. Bei einem Hängenbleiben im geschlossenen Zustand kann eine Abschaltung durch die beiden anderen Ventile erfolgen. Bei einem Hängenbleiben im offenen Zustand, beispielsweise bei einer Funktionsprüfung des Ventils, führt ein Öffnen an einem weiteren Ventil bereits zu einer Abschaltung. Das Auswechseln eines kompletten Ventils kann hier nur im abgeschalteten Zustand der Anlage erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitssteuerung hat die Aufgabe, bei Ausfall von Komponenten ihre Sicherheitsfunktion aufrecht zu erhalten. Dies wird mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 erreicht. Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit einem Minimum an Ventilen während des Betriebes Drahtbruch an einer hydraulischen 2von3-Auswahl sofort angezeigt ist und mit einer einzigen Umschaltung Komponenten wie ganze Magnetventile austauschbar sind, ohne dass auf eine 2von3-Auswahl verzichtet werden muss. Im Weiteren erlaubt die Erfindung, während des Betriebes zur Kontrolle eine echte 2von3-Auslösung für alle Schaltzustände einer hydraulischen 2von3-Auswahl vorzunehmen. Die Gefahr von Irrtum bei Unterhaltsarbeiten an der Sicherheitssteuerung während des Betriebes ist drastisch reduziert. Zur Kontrolle aller 2von3-Auswahlmöglichkeiten muss lediglich eine Umschaltvorrichtung betätigt werden. Alle Druckverluste, die sich durch die Kontrollschaltungen ergeben, werden zwangsläufig durch Nadelventile V4, V5 ausgeglichen, welche während des Betriebes im jeweiligen Strang nur zum Austausch von Komponenten geschlossen werden müssen. Damit nach dem Auswechseln von Komponenten in einem isolierten ersten oder zweiten Strang keine Druckeinbrüche beim Wiederzuschalten auftreten, müssen die Nadelventile V4, V5 jeweils vorher wieder geöffnet werden, um den Strang vollständig mit Flüssigkeit zu füllen. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 11 zeigen weitere Verbesserungen der vorliegenden Erfindung auf.
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Noch sicherer werden Eingriffe, wenn die Möglichkeiten zur beispielsweise manuellen Isolierung eines der beiden Stränge aus einer Offen-Position in eine isolierte Stellung nur aus einer Offen-Position von beiden Strängen möglich ist, da die zutreffenden Sperr-Stellungen gegeneinander verriegelt sind. Eine zwangsweise mechanische Verriegelung vor Ort bietet zusätzliche Sicherheit. Diese kann durch zwei mechanisch gegeneinander verriegelte 2/2-Wegeventile V4, V5 oder durch ein 3-Stellungsventil V11 erreicht werden, welches in einer neutralen Mittelstellung beide Stränge freigibt, während in einer der beiden Endlagen ein Strang gesperrt ist und der andere Strang nicht geschlossen werden kann. Zur Sicherheit gegen eine Umschaltung aus einer Offen-Position für beide Stränge durch Unbefugte kann diese Position mit einem Schlüsselschalter gesichert sein.
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Im Weiteren erlaubt die Anordnung regelmäßige Funktionskontrolle der Ventile in jedem der beiden Stränge, nachdem dieser – abgesehen von den Nadelventilen V7, V8 – isoliert worden ist:
Eine regelmäßige Funktionskontrolle der Ventile V1, V2, V3 für die hydraulische 2von3-Auswahl im ersten Strang kann durch kurzzeitigen Stromunterbruch zum Ventil und Kontrolle der zugehörigen Endlage geschehen und auch von einer Warte verfolgt werden. Bei einem isolierten ersten Strang lässt aber auch jede hydraulische 2von3-Auswahl bei laufender Anlage durch Unterbrechung des elektrischen Stroms zu den Ventilen simulieren und auch in einer Warte an den Ventilstellungen erkennen.
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Bei zweiseitig stellungsüberwachten Ventilen V1, V2, V3 (1a) ist dies eine einfache Lösung. Geringere Kosten entstehen, wenn die Ventile V1, V2, V3 (1b) einseitig stellungsüberwacht sind und im ersten Strang zusätzliche Druckwächter P1, P2, P3 angebracht sind, welche über die Ventilstellungen für die nicht stellungsüberwachten Endlagen Auskunft geben.
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Noch geringer werden die Kosten, wenn die Magnetventile V1, V2, V3 (1c) ohne Endschalter ausgerüstet sind und zusätzliche Drosselstellen R4, R5, R6 sowie zusätzliche Druckwächter P5 angebracht sind, um die Ventilstellungen in einer Funktionskontrolle zu überprüfen.
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Eine regelmäßige Funktionskontrolle des Ventils V6 der elektronischen 2von3-Auslösung im zweiten Strang kann durch Isolieren des zweiten Strangs und durch kurzzeitiges „unter Strom setzen” des Ventils V6 überprüft und von einer Warte aus mitverfolgt werden, wenn eine Drucküberwachung im zweiten Strang angeschlossen ist. Eine Druckabsenkung zeigt dann die Offen-Position von Ventil V6 an. Nach der Sperrung des zweiten Stranges mit der Umschaltvorrichtung V4, V5, V11 lässt sich auch diese Funktionskontrolle unter Wahrung der Sicherheit vor Ort mit einem einfachen, vorgegebenen Ablauf durchführen.
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Die häufigste Störung in einer solchen Sicherheitssteuerung ist das „Hängenbleiben” von Ventilen, wenn diese über lange Betriebsperioden der Anlage in der gleichen Stellung verharren. Eine regelmäßige Funktionskontrolle während diesen Betriebsperioden verhindert weitgehend ein langsames Festsetzen und ist damit auch Voraussetzung für die Funktion eines Stranges, wenn der andere Strang beispielsweise für die Auswechslung eines defekten Ventils während dem Betrieb der Anlage isoliert werden soll.
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Ganz allgemein kann aber auch ein zu schaltendes Stellglied selbst „hängenbleiben”, wenn ein Kolben oder eine Kolbenstange klemmt. Bei einem beispielsweise intern vorgesteuerten Stellglied lässt sich mit einer zusätzlichen Nadeldrossel und einem Magnetventil der Druck im Zylinder soweit absenken, dass die Feder einen Teilhub erzeugt, der über Endschalter, über eine Wegmessung oder auch nur von Auge kontrollierbar ist. Die Auslösung eines Teilhubs kann vor Ort oder von einer Warte ausgelöst werden. Eine Verringerung des vorgesehenen Teilhubs kann hier als eine sich anbahnende Störung angesehen werden und zu einer Überprüfung bei einem nächstmöglichen Stillstand der Anlage eingeplant werden.
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Die vorliegende elektrohydraulische Sicherheitssteuerung kann auch mit zusätzlichen Sicherheitskriterien kombiniert werden. Für die 2von3-Abschaltung werden Kontakte der zusätzlichen Abschaltkriterien in Reihe zu den Kontakten der Drehzahlüberwachung, für die Abschaltung des Einzelventils V6 parallel geschaltet.
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Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung für Hochdruck- und für Niederdruckhydraulik anwendbar ist.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
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1a: schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Sicherheitssteuerung für ein hydraulisches Stellglied mit der Möglichkeit für eine Funktionskontrolle beider Stränge während des Betriebes und der Möglichkeit für das Auswechseln der den Hub einleitenden elektromagnetischen Ventile V1, V2, V3 und V6 während des Betriebs der Anlage;
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1b: schematisch ein Blockschaltbild analog zu Figur 1a, bei welchem die Umschaltvorrichtung durch ein Dreistellungsventil V11 realisiert ist und die Magnetventile V1, V2, V3 nur einseitig endlagenüberwacht sind, dafür aber zusätzlich Druckwächter P1, P2, P3 zur Kontrolle der nicht stellungsüberwachten Endstellungen installiert sind;
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1c: schematisch einen hydraulischen Block wie in 1b mit einem Dreistellungsventil V11, wobei die Endlagen der Magnetventile V1, V2, V3 indirekt durch zusätzliche Druckwächter P5 und weitere Entlastungsdrosselstellen R4, R5, R6 überwacht sind; und
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2: schematisch, wie an der erfindungsgemäßen Sicherheitssteuerung in 1a, 1b oder 1c Kontrollschaltungen möglich sind.
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In den Figuren sind gleiche Hinweiszeichen für gleiche Elemente verwendet.
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In 1a ist die Ansteuerung von einem Schnellschlussventil 2 über ein hydraulisches Stellglied 1 gezeigt. Stellglieder 1 sind oft intern vorgesteuert um eine kurze Stellzeit zu erreichen. Im vorliegenden Beispiel 1a ist ein derartiges Stellglied 1 mit interner Vorsteuerung nur schematisch gezeigt, da die interne Vorsteuerung im Lieferumfang der Ventilhersteller liegt.
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Steueröl wird von einer Pumpe 39 einem Hydraulikblock 7a an einer Einspeisung 15 bei Systemdruck zugeführt und über Ablaufleitungen 23, 24 in einen Tank 5 zurückgeführt. Der gleiche Systemdruck wirkt über eine Drossel R2 auf einen Kolben 21 bei dem hydraulischen Stellglied 1, um eine Feder 19 vorgespannt in einer unteren Endlage zu halten. Eine Öffnung 28 an dem Kolben 21 ist von einem Differentialkolben 20, welcher dem Kolben 21 folgen kann, verschlossen. Auf die Oberseite des Differentialkolbens 20 wirkt über eine Verbindungsleitung 26 ein im Hydraulikblock 7a an einer Abzweigung 22 abgegriffener Druck. Blende R1 ist so dimensioniert, dass einerseits der Druck bei Betrieb gleich dem Systemdruck ist, bei Aktivierung der Steuerung aber sofort abfällt ohne dabei den Druck im System zu beeinflussen. Sobald dieser Druck auf einen Schnellschlussauslösedruck und tiefer abfällt, trennt sich der Differentialkolben 20 vom Kolben 21 und gibt die Öffnung 28 frei. Die Feder 19 kann nun schlagartig das Öl im Zylinder 18 über die Öffnung 28 auspressen, ohne dass zuviel Öl über die Drossel R2 nachfließt. Das in den Raum der Feder 19 ausgepresste Öl fließt über eine Ablaufleitung 25 in den Tank 5 zurück. Der von der Feder 19 ausgelöste Hub wirkt über eine Kolbenstange auf das Schnellschlussventil 2 am Einlass 27 zu einer Dampfturbine 3, welche beispielsweise über ihre Welle 4a einen Generator (nicht gezeigt) antreibt. Schnellschluss ist zum Beispiel dann notwendig, wenn ein Lastabwurf am Generator nicht genügend abgeregelt wird und Überdrehzahl, welche zur Zerstörung von Bauteilen führen kann, mittels Drehzahlüberwachung verhindert werden muss.
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Von einem Impulsgeberrad 4b auf der Welle der Dampfturbine wird mittels 3 Sensoren G1, G2, G3 die Drehzahl erfasst und in einem Steuerteil 6 von Auswerteeinheiten S1, S2, S3 auf Überschreiten einer Grenzdrehzahl überwacht. Die von den Auswerteeinheiten S1, S2, S3 generierten Grenzkontakte stehen sowohl als Schließ- wie auch als Öffnungskontakte zur Verfügung.
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Über die Kontakte der Auswerteeinheiten S1, S2, S3 wird jeweils ein hydraulisches 4/2 Wege-Magnetventil V1, V2, V3 betätigt, wobei die Endlagen der Ventile mit Endlagenschaltern 9, 10 überwacht sind und die Ventile permanent unter Strom stehen, um bei Überdrehzahl oder Drahtbruch zu öffnen.
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Die Ventile V1, V2, V3 sind in einem Hydraulikblock 7a untergebracht und zu einer 2von3-Auswahl hydraulisch in einem ersten Strang 16b zusammengeschaltet, um im Falle einer 2von3-Auslösung mittels Druckabsenkung im ersten Strang 16a und in der Verbindungsleitung 26 das Stellglied 1 federbetätigt zu verstellen. Eine Drucksenkung ist deswegen möglich, weil vor der Abzweigung 22 in dem ersten Strang 16a und einem zweiten Strang 17a eine Drossel R1 angebracht ist, die einerseits mit Sicherheit so viel Flüssigkeit durchlässt, dass alle Leckagen in beiden Strängen abgedeckt sind, die aber andererseits mit ihrem Widerstand dafür sorgt, dass der Druck im ersten Strang 16a, 16b wirklich abfällt, wenn zwei der Magnetventile V1, V2, V3 offen sind, oder der Druck im zweiten Strang 17a, 17b wirklich abfällt, wenn Magnetventil V6 offen ist.
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Von den Kontakten der Auswertungen S1, S2, S3 findet elektronisch eine 2von3-Auswertung 8 statt, welche bei Überdrehzahl ein 2/2-Wege-Magnetventil V6 mit Strom ansteuert und öffnet, wobei letzteres in dem zweiten Strang 17b angeordnet ist, der ebenfalls hinter der Drossel R1 abzweigt, um analog mittels Druckabsenkung das Stellglied 1 federbetätigt zu verstellen. Auf diese Weise sind sowohl eine elektrische als auch eine hydraulische 2von3-Auswahl vorhanden, die unabhängig voneinander auf das Stellglied 1 einwirken. Die sicherheitstechnischen Aspekte für eine elektronische 2von3-Auswahl sind in der Norm DIN EN 6261, VDE 0113-50 aufgeführt.
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Im ersten Strang 16a, 16b und im zweiten Strang 17a, 17b sind Sperrventile V4, V5 in Form von zueinander verriegelbaren, manuell zu betätigenden Kugelhähnen eingebaut. Eine mechanische Verriegelung 11, 12 lässt jedoch nur zu, dass einer der beiden Kugelhähne aus einer gemeinsamen Offen-Position geschlossen werden kann. Im vorliegenden Fall wird die Verriegelung durch sich gegenseitig durchdringenden Kreisscheiben 11, 12 erreicht, die jeweils eine Aussparung 37 in der Größe der gegenseitigen Durchdringung aufweisen. Die Endlagen der Kugelhähne V4, V5 sind mit Schaltern 13, 14 zur Fernüberwachung angezeigt. Für die Wartung der gezeigten Anlage ergeben sich verschiedene Vorteile. Zunächst kann während des Betriebes ein Defekt wie Drahtbruch oder defekte Spule an einzelnen Magnetventilen V1, V2, V3 sofort festgestellt und angezeigt werden, wenn die Endlage nicht mit dem Sollzustand übereinstimmt. Im Weiteren kann während des Betriebes jederzeit eine vollständig simulierte Funktionskontrolle aller 2von3-Auswahlmöglichkeiten für die Magnetventile durchgeführt werden, was einerseits das Feststellen von „Hängenbleiben” eines Ventils einschließt und andererseits durch regelmäßig simulierte Betätigung Ablagerungen in den Dichtspalten verhindert.
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Während des Betriebes können die Nadelventile V7, V8 offen bleiben, da sie nur geringe Mengen durchlassen und den Druck an der Abzweigung 22 nur marginal beeinflussen.
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Bei geöffnetem Ventil V7 kann im ersten Strang 16b, unter der Voraussetzung dass dieser durch das Ventil V4 (1a) oder V11 (1b und 1c) abgeriegelt ist, bei laufender Anlage eine beliebige hydraulische 2von3-Auswahl unter Systemdruck simuliert und sichtbar gemacht werden.
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Bei geöffnetem Ventil V8 kann im zweiten Strang
17b, unter der Voraussetzung dass dieser durch das Ventil V5 (
1a) oder V11 (
1b und
1c) abgeriegelt ist, bei laufender Anlage eine Funktionskontrolle des Ventils V6 bei Systemdruck simuliert und über eine Drucküberwachung P4 sichtbar gemacht werden, indem man das Ventil V6 unter Strom setzt. Die Nadelventile V7, V8 müssen geschlossen sein, wenn bei laufender Anlage am entsprechenden Strang Komponenten wie Ventile oder Druckwächter ausgewechselt werden. Eine Funktionskontrolle des ersten Stranges
16a,
16b gemäß
1a kann in Einzelschritten vorgenommen werden, wobei immer nur eines der Ventile V1, V2, V3 geschaltet wird.
| Sollstellung | Endlage | Auswahl |
| V1 | V2 | V3 | V1 | V2 | V3 | |
| geschl. | geschl. | geschl. | zu | zu | zu | 0 von 3 |
| offen | geschl. | geschl. | auf | zu | zu | 1 von 3 |
| offen | offen | geschl. | auf | auf | zu | 2 von 3 |
| geschl. | offen | geschl. | zu | auf | zu | 1 von 3 |
| geschl. | offen | offen | zu | auf | auf | 2 von 3 |
| geschl. | geschl. | offen | zu | zu | auf | 1 von 3 |
| offen | geschl. | offen | auf | zu | auf | 2 von 3 |
| offen | offen | offen | auf | auf | auf | 3 von 3 |
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Im Beispiel der 1b ist lediglich der Hydraulikblock 7b gegenüber dem Hydraulikblock 7a in 1a abgeändert. Im Hydraulikblock 7b ist die Drossel R1 ebenfalls so ausgelegt, dass schon die Abströmmenge von nur 2 der Ventile V1, V2, V3 und durch das 3-Stellungsventil V11 eine ausreichende Drucksenkung im ersten Strang 16a und in der Verbindungsleitung 26 bewirkt. Das Gleiche gilt für eine ausreichende Drucksenkung im zweiten Strang 17a, 17b für die Durchflussmenge der Ventile V6 und V11 im geöffneten Zustand. Das 3-Stellungsventil V11 ersetzt die beiden mechanisch gegeneinander verriegelten Kugelhähne V4 und V5 in 1a. Das Ventil V11 ist so aufgebaut, dass in einer neutralen Mittelstellung der Zugang zu beiden Strängen 16b, 17b offen ist, während jeweils in einer Endlage ein Strang offen bleibt und der andere Strang gesperrt ist. Die Endlagen für eine Sperrung sind mit Endschaltern 13, 14 überwacht. Außerdem sind Druckwächter P1 vor dem Magnetventilventil V1 und Druckwächter P2, P3 an den beiden Austrittsleitungen von Magnetventil V1 angebracht.
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Eine Funktionskontrolle des ersten Stranges
16a,
16b gemäß
1b kann in Einzelschritten vorgenommen werden, wobei die nicht mit Endschaltern überwachten „Geschlossen-Positionen” durch die Kombination der an den Druckwächtern angezeigten Werte ersichtlich sind und ausgewertet werden können.
| Sollstellung/Endlage (Endl.) | Druckanzeige | Auswahl |
| V1/Endl. | V2/Endl. | V3/Endl. | P1 | P2 | P3 | |
| aktiv | aktiv | aktiv | hoch* | unbestimmt | unbestimmt | 0 von 3 |
| inaktiv/auf* | aktiv | aktiv | hoch | hoch* | hoch* | 1 von 3 |
| inaktiv/auf* | inaktiv/auf* | aktiv | tief | tief | tief | 2 von 3 |
| aktiv | inaktiv/auf* | aktiv | hoch* | tief* | unbestimmt | 1 von 3 |
| aktiv | inaktiv/auf* | inaktiv/auf* | tief | tief | tief | 2 von 3 |
| aktiv | aktiv | inaktiv/auf* | hoch* | unbestimmt | hoch* | 1 von 3 |
| inaktiv/auf* | aktiv | inaktiv/auf* | tief | tief | tief | 2 von 3 |
| inaktiv/auf* | inaktiv/auf* | inaktiv/auf* | tief | tief | tief | 3 von 3 |
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Für eine Anordnung mit einseitig überwachten Endlagen der Magnetventile V1, V2, V3 gemäß 1b ist die Schaltfolge so gewählt, dass pro Schritt immer nur ein Ventil geschaltet wird, um Funktionsstörungen genauer einzugrenzen, da erst die Druckwächter P1, P2, P3 eine Aussage über die nicht überwachten Stellungen der anderen beiden Ventile erlauben. Dabei sind pro Folgeschritt die mit Stern (*) gekennzeichneten Druckwerte und Endlagenanzeigen für eine Auswertung zu berücksichtigen:
- • Gestartet wird aus einer Null-Lage, in der die Magnetventile geschlossen sind.
- • Wenn im ersten Schritt P2 und P3 „hoch” anzeigen, dann müssen die nicht mit Endschaltern überwachten Positionen der Magnetventile V2 und V3 die Funktion „geschlossen” erfüllen.
- • Wenn im dritten Schritt P1 „hoch” und P2 „tief” anzeigen, dann müssen die nicht mit Endschaltern überwachten Positionen der Magnetventile V1 und V3 die Funktion „geschlossen” erfüllen.
- • Wenn im fünften Schritt P1 „hoch” und P3 „tief” anzeigen, dann müssen die nicht mit Endschaltern überwachten Positionen der Magnetventile V1 und V2 die Funktion „geschlossen” erfüllen.
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Das heißt, auch eine kostengünstigere Variante für die Magnetventile gemäß 1b erfüllt die Bedingung einer vollständigen Funktionskontrolle, wenn man drei zusätzliche Druckwächter P1, P2, P3 installiert und die Simulation, wie gezeigt, in Einzelschritte aufteilt. Die Funktion der 2von3-Auswahl wird immer noch mit Endschaltern 9 aufgezeigt.
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Das Ventil V11 ist in einer ersten Ausführungsform handbetätigt 30 vor Ort und mit einem Schlüsselschalter 33 in der neutralen Mittelstellung gesichert, damit nur autorisiertes Personal die Sperrung eines Stranges 16a, 17a durch eine Umstellung von Hand am Ventil V11 vornehmen kann. Das Ventil V11 ist so aufgebaut, dass bei einer Umschaltung zur Sperrung eines Stranges der andere Strang zwangsläufig offen ist. Eine Magnetbetätigung 31 für Funktionskontrollen ist denkbar. Diese hängt jedoch vom Konzept und der Sicherheit der Gesamtsteuerung ab.
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Es ist aber auch möglich die Überwachung der Ventilfunktionen der Magnetventile V1, V2, V3 im ersten Strang
16b ohne Endlagenschalter durchzuführen. In
1c sind die Magnetventile V1, V2, V3 ohne Endlagenüberwachung ausgeführt. Die Endlagen werden hier indirekt in einer Schaltfolge überwacht. Dafür sind gegenüber
1b zusätzliche Drosselstellen R4, R5, R6 mit kleinem Durchsatz und ein Druckwächter P5 angebracht. Die Drosselstelle R5 überbrückt einen Eingang des Magnetventils V2 zur Ablaufleitung
23 und die Drosselstelle R6 überbrückt einen Eingang des Magnetventils V3 zur Ablaufleitung
23. Außerdem ist der Ausgang des Ventils V1, welcher auf einen Eingang des Ventils V3 geschaltet ist, mit einer Drosselstelle R6 zum Eingang des Ventils V1 verbunden. Wenn Magnetventil V1 und V2 geschlossen sind, fällt der Druck bei P2 auf Null ab. Wenn Ventil V2 und V3 geschlossen sind, fällt der Druck bei P6 auf Null ab. Die Druckanzeige bei P3 wird immer „hoch” anzeigen, solange die Ventile V1 und V3 geschlossen sind.
| Sollstellung | Druckanzeige | Auswahl |
| V1 | V2 | V3 | P1 | P2 | P3 | P5 | |
| geschl. | geschl. | geschl. | hoch | tief | hoch | tief | 0 von 3 |
| offen | geschl. | geschl. | hoch | hoch | hoch | tief | 1 von 3 |
| offen | offen | geschl. | tief | tief | hoch | hoch | 2 von 3 |
| geschl. | offen | geschl. | hoch | tief | hoch | hoch | 1 von 3 |
| geschl. | offen | offen | tief | tief | tief | tief | 2 von 3 |
| geschl. | geschl. | offen | hoch | tief | tief | tief | 1 von 3 |
| offen | geschl. | offen | tief | tief | tief | tief | 2 von 3 |
| offen | offen | offen | tief | tief | tief | tief | 3 von 3 |
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Es versteht sich, dass beispielsweise die Drosselstelle R4 einen so kleinen Durchsatz hat, dass der Druck P1 nicht merkbar abfällt, wenn bei einer 1 von 3 Auswahl das Magnetventil V3 offen und die Magnetventile V1 und V2 geschlossen sind. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn die Drosselstellen R4, R5, R6 aus Blenden mit einem Durchmesser von 0,5 mm bestehen und die Drossel R1 als Blende einen Durchmesser von 6 bis 7 mm aufweist. Es ergibt sich hier ebenso eine Abfolge von Prüfschritten, bei denen immer nur ein Ventil geschaltet wird, während die zu erreichende Sollstellung an der Kombination der Druckanzeigen P1, P2, P3, P5 kontrollierbar ist.
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In den 1a, 1b, 1c sind die Druckwächter P1, P2, P3, P4, P5 als Druckwandler dargestellt, die ein Drucksignal als analoges Stromsignal, beispielsweise im Bereich zwischen 4 und 20 mA weitergeben und eine Auswertung in einer lokalen Steuerung oder einer Warte ermöglichen. Ebenso sind natürlich die Endschalter 9, 10, 13, 14 mit einer Steuerung (hier nicht gezeigt) zur Auswertung verbunden.
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Eine Funktionskontrolle des zweiten Stranges 17a, 17b ist für die Beispiele von Figuren 1a, 1b und 1c gleich durchführbar.
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In einem ersten Schritt wird der Strang 17b mit dem Ventil V5 respektive mit dem Ventil V11 isoliert, wobei die Ventilstellung mit dem Endschalter 14 überprüfbar ist. Das Nadelventil V8 bleibt geöffnet, damit keine Druckabsenkung wegen Leckage entsteht. In einem zweiten Schritt wird das Elektromagnetventil V6 mit Strom angesteuert (Taste T4 in 2) und geöffnet, wobei zur Kontrolle für die Öffnung der Druck in der Drucküberwachung P4 abfallen muss. In einem dritten Schritt wird das Ventil V6 durch Wegnehmen des Teststroms wieder geschlossen, wobei zur Kontrolle der Druck an der Drucküberwachung P4 wieder dem Systemdruck entsprechen muss. Falls am Ventil V6 ein Defekt festgestellt wird der eine Auswechslung erfordert, wird das Nadelventil V8 geschlossen, die Auswechslung wird vorgenommen und das Nadelventil V8 wird geöffnet, damit der Strang wieder befüllt ist.
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In 2 ist gezeigt, wie die Steuerung 6 durch eine Funktionskontrolle 6a ergänzt werden kann. Über eine Stromversorgung mit +24 Volt können die Ventile V1, V2, V3, V6 betätigt werden. Mit der Drehzahlüberwachung 6 werden die Öffnerkontakte K1, K2, K3 für den ersten Strang und der Schließkontakt K4 für den zweiten Strang angesteuert. In der Mittelstellung der Umschaltvorrichtung V11 sind die Tasten T1, T2, T3, T4 unwirksam. Die Tasten T1, T2, T3 könnten ebenfalls einen Stromunterbruch über Öffnerkontakte L1, L2, L3 für die Elektromagnetventile V1, V2, V3 bewirken und würden eine echte Abschaltung auslösen. Sie dürfen daher nur wirksam werden, solange der erste Strang 16b über die Umschaltvorrichtung V4 oder V11 in deren Endlage 13 verriegelt und gesperrt ist. Analog ist die Taste T4 mit Schließkontakt L4 durch die Umschaltvorrichtung V5 oder V11 in ihrer Funktion für den zweiten Strang 17b und das Elektromagnetventil V6 nur wirksam, solange der zweite Strang 17b, in der Endlage 14 des Ventils V5 oder V11 gesperrt und verriegelt ist.
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Der Ablauf der Funktionskontrollen kann von Hand mit den Tasten T1, T2, T3 für den ersten Strang 16b und mit der Taste T4 für den zweiten Strang 17b erfolgen. Wesentlich ist, dass die überwachten Endlagen der Ventile V1, V2, V3 und die Druckanzeigen P1, P2, P3 und P4 sowie die Sperrstellungen 13 und 14 gleichzeitig kontrolliert werden können. Das heißt, mit etwas Mehraufwand in der Steuerung lassen sich die Folgeschritte einer Funktionskontrolle auch in einer Warte protokollieren und/oder in der jeweiligen Sperrstellung automatisieren.
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An einem Stellglied 1 gemäß 1a und 1b ist ganz generell, also auch ohne eine 2von3-Auswahl, eine sicherheitstechnische Verbesserung möglich, die eine Funktionskontrolle mittels Teilhub ermöglicht. Dazu besitzt der Zylinder 18 eine Abgangsleitung 29, die auf einen Hydraulikblock 32 mit einer einstellbaren Nadeldrossel R3 und mit einem nachgeschalteten Sperrventil V9 führt. Die Nadeldrossel R3 wird beispielsweise bei der Inbetriebsetzung so eingestellt, dass der Druck auf den Kolben 21 um etwa 5% bis 10% unter Schließdruck abfällt und die Feder 19 den Kolben um einen entsprechenden Betrag verschiebt. Dies erlaubt eine sporadische Funktionskontrolle von Stellglied 1 während des Betriebes. Falls das Stellglied 1 über eine analoge Positionskontrolle verfügt, lassen sich Veränderungen wie beispielsweise erhöhte Reibung im Dichtspalt des Kolbens 21 wegen ausgefällten Ölprodukten oder eine klemmende Kolbenstange während des Betriebes an der mangelnden Verschiebung des Kolbens 21 feststellen. Ermöglicht wird ein solcher Test beispielsweise bei einem Schnellschlussventil 2 dadurch, dass dieses Bestandteil einer Sicherheitskette ist und dass die eigentliche Festlegung der Durchflussmenge durch eine Regelung passiert, welche die Veränderung der Durchflussmenge kompensiert, die durch einen Teilhub des Schnellschlussventils 1 entstehen würde. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Teilhub am Stellorgan 2 auf eine für die Schließung unwirksame Vorlaufstrecke zu beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulisches Stellglied
- 2
- Stellorgan
- 3
- Dampfturbine
- 4a
- Welle
- 4b
- Impulsgeberrad
- 5
- Tank
- 6
- Steuerteil
- 6a
- Funktionskontrolle
- 7a, 7b
- Hydraulikblock
- 8
- Elektronische 2von3-Auswahl
- 9
- Endlagenüberwachung
- 10
- Endlagenüberwachung
- 11
- mechanische Verriegelung
- 12
- mechanische Verriegelung
- 13
- Endlagenüberwachung
- 14
- Endlagenüberwachung
- 15
- Einspeisung
- 16a, 16b
- erster Strang
- 17a, 17b
- zweiter Strang
- 18
- Zylinder
- 19
- Feder
- 20
- Differentialkolben
- 21
- Kolben
- 22
- Abzweigung
- 23
- Ablaufleitung
- 24
- Ablaufleitung
- 26
- Verbindungsleitung
- 27
- Einlass
- 28
- Öffnung
- 29
- Ablaufleitung
- 30
- Handbetätigung
- 31
- Magnetbetätigung
- 32
- Teilhubeinrichtung
- 33
- Schlüsselschalter
- 36
- Durchflussrichtung
- 37
- Aussparung
- 39
- Pumpe
- 41
- Belüftungsventile
- G1; G2; G3
- Sensoren
- K1; K2; K3
- Öffner-Kontakte
- K4
- Schließ-Kontakt
- L1; L2; L3
- Öffner-Kontakte
- L4
- Schließkontakt
- P1; ...; P5
- Drucküberwachung
- R1; ...; R6
- Drossel
- S1; S2; S3
- Auswerteeinheiten
- T1; ...; T4
- Tasten
- V1
- 4/2-Wege-Magnetventil
- V2
- 4/2-Wege-Magnetventil
- V3
- 4/2-Wege-Magnetventil
- V4
- Sperrventil, Kugelhahn zu Umschaltvorrichtung
- V5
- Sperrventil, Kugelhahn zu Umschaltvorrichtung
- V6
- 2/2-Wege-Magnetventil
- V7
- Nadelventil
- V8
- Nadelventil
- V9
- 2/2-Wege-Magnetventil
- V11
- 3-Stellungsventil zu Umschaltvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm DIN EN 6261 [0027]
- VDE 0113-50 [0027]