Schaltungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für mindestens einen fluidischen Stellantrieb mit einer in einem Gehäuse längsverfahrbar geführten Kolben-Stangen-Einheit, die das Gehäuse in zwei Arbeitsräume unterteilt, denen jeweils ein Logikventil zugeordnet ist und die fluidführend mit einer Ventileinheit verbunden sind, die je nach ihrer Schaltstellung das Ein- und Ausfahren der Kolben-Stangen-Einheit bewirkt.

In Kraftwerken werden Verbraucher, wie Dampfturbinen, üblicherweise mittels Frischdampf aus dem Heizkessel über einen durch eine Frisch- dampfleitung geführten Massenstrom angetrieben, wobei die Steuerung des Massendampfstromes über zwischengeschaltete Turbinen-Regelventile erfolgt. Die übliche Nenndrehzahl einer dahingehenden Turbine zur Erzeugung einer 50 Hz-Frequenz beträgt 3.000 Umdrehungen pro Minute, wobei die dahingehende Drehzahl in einem engen prozentualen Bereich einzu- halten ist. Den eigentlichen Turbinen-Regelventilen sind sogenannte

Schnellschlussventile als Stellventile vorgeschaltet, die unter bestimmten Voraussetzungen oder Kriterien in den sogenannten„Schnei Ischl uss" übergehen können. Ein vorgebbares Kriterium ist beispielsweise ein Kupplungsbruch an der Turbinenwelle, was üblicherweise zur Folge hat, dass die Tur- bine tendenziell in Richtung Überdrehzahl läuft, was zu Ihrer Zerstörung führen kann. In diesem sich abzeichnenden Fall wird vorher in einer sehr kurzen zur Verfügung stehenden Zeitspanne eine Sicherheitsschaltung aus- gelöst, welche den Massenstrom vor der betroffenen Turbine absperrt und somit die Turbine vor Überdrehzahl und damit einhergehenden Schaden schützt. Durch die DE 10 2004 042 891 B3 ist eine dahingehende Sicherheitsschaltung für medienbetriebene Verbraucher aufgezeigt, wie Dampf- oder Gasturbinen, mit mindestens einem ersten Magnetventil, das auf einen Fluid- kreis, insbesondere Hydraulikkreis, einwirkt, an den eine Betätigungseinrichtung anschließbar ist, die auf das Betriebsverhalten des Verbrauchers mit einwirkt, wobei mindestens ein weiteres Magnetventil vorhanden ist, das zumindest mit einem der anderen Magnetventile derart verschaltet ist, dass erst bei gleichzeitiger Ansteuerung mindestens zweier Magnetventile mindestens ein in den Fluidkreis geschaltetes Steuerventil auf die Betätigungseinrichtung einwirkt. Dergestalt ist bei der bekannten Lösung die Möglichkeit der permanenten Überprüfung jedes einzelnen wesentlichen Bauteiles der Sicherheitsschaltung, insbesondere in Form der angesprochenen Ventile, geschaffen, und zwar unabhängig davon, ob die angesprochene Kraftwerksanlage in Betrieb ist oder stillsteht. Die eingesetzten Magnetventile lassen sich dergestalt auf den jeweiligen Sicherheitsanwendungs- fall optimieren, so dass sich insoweit sehr kurze Rückschaltzeiten ergeben können.

Ausgehend von dieser bekannten Sicherheits-Schaltungsanordnung für mindestens einen fluidischen Stellantrieb liegt unter Beibehalten der Vortei- le der vorbekannten Lösung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Verfügung zu stellen, die eine vereinfachte Konfigurierbarkeit an bereits bestehende Anlagen ermöglicht, um diese sinnfällig ansteuern zu können. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit. Dadurch dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 an die Verbindungsleitungen zwischen Ventileinheit und den Arbeitsräumen des Stellantriebes jeweils mindestens ein Platzhalter angeschlossen ist, der jeweils an ein Logikventil angeschlossen ist und dass der jeweilige Platzhal- ter von einem auswählbaren Verbindungsteil mit Fluidanschlüssen belegbar ist, die je nach Art des gewählten Verbindungsteils unterschiedlich miteinander verschaltet sind, können mit nur einer konzeptionellen Grund- Schaltungs-anordnung je nach Belegen der einzelnen Platzhalter mit dem zugeordneten Verbindungsteil verschiedene Ansteuerungsfunktionen reali- siert werden.

So lässt sich mit nur einer Schaltungsanordnung mit den entsprechenden Leerstellen oder Platzhaltern für einen fluidischen Stellantrieb, wie einen hydraulischen Arbeitszylinder, im Rahmen einer Sicherheitsschaltung sich sowohl ein Einfahrvorgang realisieren als auch ein Ausfahrvorgang. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, insbesondere bei einem Ausfahrvorgang, die Arbeitsräume des fluidischen Stelltriebes in Form des Arbeitszylinders miteinander zu verbinden, so dass das verdrängte Fluid beim Ausfahren der Kolben-Stangen-Einheit aus dem einen Arbeitsraum in den sich vergrößern- den weiteren Arbeitsraum unmittelbar nachgeführt werden kann, so dass ein An- und Verfahren der Kolben-Stangen-Einheit mit reduziertem Volumenstrombedarf ermöglicht ist.

Das jeweilige Verbindungsteil für den Platzhalter bildet eine Art von Hand zu setzender Stopfen aus, so dass man mit vereinfachter Anschlusstechnik die Platzhalter mit den zuordenbaren Verbindungsteilen belegt werden können. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schal- tungsanordnung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche. Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung anhand von Ausführungsbeispielen nach der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

Fig. 1 in der Art eines hydraulischen Schaltplanes den Aufbau einer

Schaltungsanordnung als Sicherheitssteuerung nebst Druckversorgung und fluidischer Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers, hier in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders;

Fig. 2 wiederum in der Art eines Schaltplanes die wesentlichen

Komponenten der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 mit den einzelnen, im Rahmen der Schaltungsanordnung vorgesehenen Leerstellen oder Platzhaltern;

Fig. 3 und 4 jeweils ein Verbindungsteil mit Fluidanschlüssen 1 , 2, 3, wie sie auswählbar in die Leerstellen oder Platzhalter nach der Fig. 2 einsetzbar sind; und Fig. 5, 6 und 7 der Fig. 2 entsprechende Schaltplandarstellungen, jedoch mit jeweils eingesetzten Verbindungsteilen, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind.

Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als Sicherheitssteuerung in der Art einer Blockdarstellung 9, in die Ventilkomponenten nach den Fig. 2 bis 7 entsprechend einsetzbar sind, was im Folgenden noch näher erläutert werden wird. Die Schaltungsanordnung 9 ist in fluidführen- der Verbindung mit einem Stellantrieb 1 1 in Form eines üblichen Arbeitszy- linders mit einer Kolben-Stangen-Einheit 14, die zwei Arbeitsräume 16, 18 mit veränderlichem Volumen in einem Gehäuse 8 voneinander separiert, wobei der Arbeitsraum 16 an den Nutzanschluss A und der Arbeitsraum 18 an den Nutzanschluss B der Schaltungsanordnung gemäß Blockdarstellung 9 angeschlossen sind. Auf der Eingangsseite der Blockdarstellung 9 ist eine Ventileinheit 20 angeschlossen, exemplarisch dargestellt in Form eines ansteuerbaren 4/3- Proportional-Wegeventils. Im Rahmen der Ventileinheit 20 können auch Schaltventile eingesetzt werden. Die dahingehende Ventileinheit 20 ist wiederum eingangsseitig an einen üblichen hydraulischen Versorgungskreis 22 angeschlossen mit einer Motorpumpeneinheit 24 als Druckversorgungsquelle P und ferner ist eine Drucksenke T oder ein Tank 26 vorhanden, in den in üblicher weise verschiedene Tankanschlussleitungen 38 ausmünden. Ferner weist der Versorgungskreislauf 22 für solche Kreisläufe übliche sonstige Ventile sowie eine Filtereinheit 28 und einen Hydrospeicher 30 auf. Ein weiterer Hydrospeicher 32 ist an die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung (Blockdarstellung 9) angeschlossen und wird, was nicht näher dargestellt ist, über den Versorgungskreislauf 22 permanent mit Fluid versorgt und entsprechend auf seiner Fluidseite aufgefüllt. Ferner ist ein Druckbegrenzungsventil 34 zwischen die Speicherleitung 36 und eine der Tankanschlussleitungen 38 geschaltet. Die Speicherleitung 36 stellt die fluidführende Verbindung zwischen der Fluidseite des weiteren Hydrospeichers 32 und einem Fluidanschluss A eines ersten Logikventils 40 (vgl. Fig. 2) der Schaltungsanordnung 9 her. Wie sich des Weiteren aus der Fig. 2 ergibt, ist neben einem ersten Logikventil 40 noch ein zweites Logikventil 42 vorhanden. Ebenso wie das erste Logikventil 40 weist auch das zweite Logikventil 42 Fluidanschlüsse A, B auf. Wie sich dabei aus der Schaltplandarstellung nach der Fig. 2 ergibt, ist das eine Logikventil 40 dem Arbeitsraum 16 und das andere Logikventil 42 dem anderen Arbeitsraum 18 des Arbeitszylinders 1 1 zugeordnet. An den Anschlüssen A und B der Ventileinheit 20 ist jeweils ein entsperrbares Rückschlagventil (48, 50) an- geordnet. Im Normalbetrieb werden diese durch Belasten der Steuerdruckleitung X geöffnet gehalten, beim Schnei Ischl uss gesperrt.

In der Fig. 2 ist die Ventileinheit 20 in ihrer gesperrten Neutral- oder Mittel- Stellung dargestellt. Wird die Ventileinheit 20 auf der Seite b bestromt, wird die rechte Fluidführung im Ventilbild realisiert und die Kolben-Stangen- Einheit 14 des Arbeitszylinders 1 1 fährt aus; wird hingegen die linke Steuerseite a bestromt, kommt das linke Ventilbild zum Zug und der Arbeitszylinder 1 1 fährt ein. In die Verbindungsleitungen 44, 46 zwischen Ventileinheit 20 und dem hydraulischen Verbraucher 1 1 ist jeweils ein entsperrbares Rückschlagventil 48, 50 geschaltet, die an der Anschlussstelle 3 jeweils eine Steuerleitung X aufweisen, die auf die Rückseite des jeweils federbelasteten Steuerkolbens 52 der Logikventile 40, 42 geführt ist und über eine Sicherheitslogik 53 be- oder entlastet wird. Der Einfachheit halber ist die Si- cherheitslogik 53, die an die Verbindungsstelle 55 zwischen den beiden Steuerleitungen X geschaltet ist, in den Fig. 5 bis 7 nicht dargestellt. Der dahingehende Steuerkolben 52 ist als Stufenkolben in üblicher Bauweise für ein Logikventil ausgeführt und verschließt mit seiner freien unteren Stufe jeweils den Fluidanschluss A. An der Stelle der Stufung ist der Fluidan- schluss B in das jeweilige Logikventil 40, 42 geführt. Des Weiteren ist in die Verbindungsleitung zwischen dem Logikventil 42 und dem Platzhalter 13 eine Drossel oder Blende 54 geschaltet, die in den Fig. 5 bis 7 der einfacheren Darstellung wegen nicht dargestellt ist. Gemäß der Darstellung nach der Fig. 2 kann sich auf der Zuführseite zu den Logikventilen 40, 42 in der Steuerleitung X eine Blende oder Drossel 56 befinden.

Des Weiteren sind gemäß der Schaltungsanordnung nach der Fig. 2 drei Leerstellen oder Platzhalter 10, 12, 13 vorhanden. Die Anschlussseite 2 des ersten Platzhalters 10 ist an den Fluidanschluss B des ersten Logikventils 40 geschaltet. Die Anschlussseite 1 des ersten Platzhalters 10 mündet in die Verbindungsleitung 46 nach dem entsperrbaren Rückschlagventil 50 ein. Die Anschlussseite 3 des ersten Platzhalters 10 ist an die Verbindungsleitung 44 angeschlossen, und zwar in Blickrichtung auf die Fig. 2 gesehen an einer Anschlussstelle oberhalb des ersten entsperrbaren Rückschlagventils 48.

Die Anschlussseite 2 des zweiten Platzhalters 12 ist an den Fluidanschluss B des zweiten Logikventils 42 angeschlossen. Die Anschlussseite 1 des zweiten Platzhalters 12 mündet in die Verbindungsleitung 46 vor dem Arbeitsraum 18 des hydraulischen Verbrauchers 1 1 ein. Die Anschlussseite 3 des zweiten Platzhalters 12 ist wiederum an die Verbindungsleitung 44 angeschlossen, und zwar zwischen der entsprechenden Verbindungsstelle des ersten Platzhalters 10 mit seiner Anschlussseite 3 und dem Arbeitsraum 16 des Verbrauchers 1 1. Ein dritter Platzhalter 13 ist vorgesehen, der mit seiner Anschlussseite 2 an den Fluidanschluss A des zweiten Logikventils 42 angeschlossen ist. Die Anschlussseite 1 des dritten Platzhalters 13 ist über die Verbindungsleitung 46 an die Anschlussseite 1 des ersten Platzhalters 10 angeschlossen und die Anschlussseite 3 des dritten Platzhalters 1 3 mündet über eine weitere Tank- anschlussleitung 38 in Richtung des Tanks 26 aus.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Arten von Verbindungsteilen 58, 60 mit jeweils drei Fluidanschlüssen 1 , 2, 3, wobei die Verbindungsteile 58, 60, wie noch dargestellt werden wird, in die Platzhalter 10, 12, 13 derart einzusetzen sind, dass die Fluidanschlüsse 1 , 2, 3 deckungsgleich mit den zugehörigen Anschlussseiten 1 , 2, 3 des jeweiligen Platzhalters 10, 12, 1 3 zu liegen kommen. Bei dem Verbindungsteil 58 ist die Fluidverbindung zwischen den Anschlüssen 2, 3 hergestellt und der Anschluss 1 gesperrt, wohingegen bei dem Verbindungsteil 60 eine Verbindung zwischen den Fluidanschlüssen 1 , 2 gegeben ist und der Anschluss 3 ist gesperrt. Wie die Darstellung nach der Fig. 5 zeigt, ist nunmehr in den ersten Platzhalter 10 bei entsprechender Anschlussgeometrie das Verbindungsteil 60 eingesetzt worden und in die Platzhalterstellen 12, 13 bei entsprechender Anschlussgeometrie das Verbindungsteil 58. Die Verbindungsteile 58, 60 werden also wie Stopfen als Austauschteile in die zugehörigen Platzhalterstellen 10, 12, 13 eingesetzt. Bei der Ausgestaltung nach der Fig. 5 mit den mit den Verbindungsteilen 58, 60 entsprechend gefüllten Platzhaltern 10, 12, 1 3 ist dann in jedem Fall ein Einfahrvorgang für den hydraulischen Verbraucher 1 1 realisiert, bei dem in Blickrichtung auf die Fig. 5 gesehen die Kolben-Stangen-Einheit 14 von rechts nach links gesehen einfährt bei abnehmendem Fluidvolumen im Arbeitsraum 16 und zunehmendem Fluidvo- lumen auf der Arbeitsraumseite 18. Ein solches Einfahren des Verbrauchers 1 1 ist beispielsweise gewünscht, um zwecks Abschalten ein Turbinenventil od. dgl. in der richtigen Richtung anzusteuern.

Im normalen Betriebszustand ist die Steuerleitung X belastet und die Ventileinheit 20 über die Ventile 48, 50 freigeschaltet. Mit der Ventileinheit 20 wird die Kolben-Stangen-Einheit ein- oder ausgefahren. Wird nun die Sicherheitsfunktion vom übergeordneten Leitsystem angefordert, öffnet in- folge einer Entlastung der Steuerleitung X das erste Logikventil 40 und Fluid strömt aus dem Speicher 32 über die Fluidanschlüsse A, B des ersten Logikventils 40 zum ersten Platzhalter 10. Aufgrund des eingesetzten Verbindungsteils 60 in die Platzhalterstelle 10 wird Fluid von den Fluidanschlüs- sen 2, 1 des Verbindungsteils 60 über die Verbindungsleitung 46 dem Ar- beitsraum 18 zugeführt, so dass die Kolben-Stangen-Einheit 14 einfährt.

Außerdem werden die entsperrbaren Rückschlagventile 48, 50 beim Entlasten der Steuerleitung X geschlossen und sperren so die Kolben-Stangen- Einheit leckfrei ab, um die Betätigungskraft auch bei Energieausfall zu sichern. Die Logikventile stellen somit keine Redundanz zu dem Wegeventil 20 dar, sondern nur für die Sicherheitsfahrt mit deutlich größerem Volumenstrom, unabhängig von der Funktionsfähigkeit der Ventileinheit 20. Das im Arbeitsraum 16 verdrängte Fluid gelangt über die erste Verbindungsleitung 44 und die Fluidanschlüsse 3, 2 des Verbindungsteils 58 auf der zweiten Platzhalterstelle 12 zum Fluidanschluss B des zweiten Logik- ventils 42, wobei der zugehörige Steuerkolben 52 wiederum entsprechend aufsteuert und die Fluidverbindung von Fluidanschluss B zu Fluidanschluss A freigibt. Anschließend wird über das Verbindungsteil 58 auf der dritten Platzhalterstelle 13 über die Fluidanschlüsse 2, 3 überschüssiges Fluid aus dem Arbeitsraum 16 an die Tankanschlussleitung 38 abgegeben und mithin in den Tank 26 zurückgeführt. Die Fluidanschlüsse 1 an der Stelle des zweiten Platzhalters 12 und an der Stelle des dritten Platzhalters 13 bleiben demgegenüber verschlossen. Durch Entlastung der Steuerleitung X kann also über den weiteren Hydrospeicher 32 ein sicheres Betätigen am hydraulischen Verbraucher 1 1 ausgelöst werden, wobei die einzelnen Platzhalter 10, 12, 13, wie dargestellt, mit den Verbindungsteilen 58, 60 zu belegen sind.

Soll nun bei Entlastung der Steuerleitung X aus Sicherheitsgründen in jedem Fall ein Ausfahren der Kolben-Stangen-Einheit 14 erzwungen werden, um beispielsweise wiederum ein Sicherheits- oder Turbinenventil zu betätigen, ist eine Belegung der Platzhalter 10, 12, 13 mit Verbindungsteilen 58, 60 gemäß der Darstellung nach der Fig. 6 zu wählen. Diesmal sind die Verbindungsteile 58 in die Platzhalter 10, 13 eingesetzt und das Verbindungsteil 60 kommt an die Platzhalterstelle 12. Vergleichbar wie vorstehend be- reits für die Fig. 5 beschrieben, wird über den Speicher 32 und das erste Logikventil 40 sowie das Verbindungsteil 58 auf der Platzhalterstelle 10 Fluid nunmehr in den Arbeitsraum 16 über die Verbindungsleitung 44 gebracht und die Kolben-Stangen-Einheit 14 fährt demgemäß aus. Das aus dem Arbeitsraum 18 verdrängte Fluid gelangt dann über das Verbindungs- teil 60 auf der zweiten Platzhalterstelle 12 und über das zweite Logikventil 42 sowie das Verbindungsteil 58 auf der dritten Platzhalterstelle 13 über die Tankanschlussleitung 38 wiederum in den Tank 26. Die sonstigen fluidfüh- renden Verbindungen sind dann wiederum über die Sperranschlüsse 3 und 1 von zweitem Platzhalter 12 bzw. dritten Platzhalter 13 nebst den zuord- enbaren Verbindungsteilen 60 bzw. 58 voneinander abgesperrt.

Bei der weiteren Ausführungsform nach der Fig. 7 sind die beiden Verbindungteile 58 nunmehr auf die Platzhalter 10, 12 gesetzt und das Verbindungsteil 60 auf den Platzhalter 13. Die dahingehende Lösung entspricht der Ausführungsform nach der Fig. 6; allein nunmehr mit der Maßgabe, dass beim Ausfahren der Kolben-Stangen-Einheit 14 das aus dem Arbeitsraum 18 verdrängte Fluid in den Arbeitsraum 16 rückgeführt wird. Hierfür gelangt das Fluid aus dem Arbeitsraum 18 und das Verbindungsteil 60 des dritten Platzhalters 13 an den Fluidanschluss A des zweiten Logikventils 42, das daraufhin öffnet. Im geöffneten Zustand gelangt dann das Fluid über den Fluidanschluss B des zweiten Logikventils 42 und über das Verbindungsteil 58 auf die Seite mit der Verbindungsleitung 44, die den Arbeitsraum 16 des Verbrauchers 1 1 versorgt. Eventuell noch zusätzlich benötigtes Fluid kann dann wiederum über den Hydrospeicher 32 sowie das erste Logikventil 40 und das Verbindungsteil 58 auf der ersten Platzhalterstelle 10 nachgefördert werden.