Anzeigeeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinrichtung für eine Stellposition eines hydraulischen Aktuators eines Ventils oder einer sonstigen Stelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Anzeigeeinrichtungen werden beispielsweise in der chemischen Industrie, bei Erdölraffinerien, bei der Papierherstellung, in der Textilindustrie, Off-Shore- Industrie und im Schiffsbau (insbesondere bei Tankern) eingesetzt, um die Stellung eines hydraulischen Aktuators anzuzeigen, über den bspw. eine Klappe, ein Schieber oder ein Schott betätigt wird. Die Ansteuerung des Aktuators erfolgt üblicher Weise über ein Wegeventil, das in zen¬ tralen Ventilschränken angeordnet und häufig über lange Leitungen mit dem Aktuator verbunden ist.

Elektrische Stellungsanzeigen am Aktuator erfordern meist einen hohen Verkabelungsaufwand. Befindet sich der Aktuator im Ex-Schutz-Bereich oder ist er etwa unterge¬ taucht, so ist eine elektrische Stellungsanzeige nur schwer realisierbar. Aus diesen Gründen wird häufig eine indirekte Anzeigeeinrichtung, bei denen die zur Betäti¬ gung der Aktuatoren erforderliche Druckmittelmenge er- fasst und daraus die Stellposition des Aktuators ermit¬ telt wird, eingesetzt.

Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der DE- PS 1 299 477 beschrieben, wobei der Druckmittelvolumen¬ strom über einen Volumenstromzähler erfasst wird, der stromabwärts des Wegeventils angeordnet ist. Je nach Schaltposition des Wegeventils liegt dieser Volumenstrom¬ zähler im Druckmittelvorlauf oder -ablauf mit Bezug zum Aktuator. Eine ähnliche Lösung ist in der DE-PS 25 46 154 offenbart.

In der DE 27 59 263 Al ist eine Anzeigeeinrichtung offenbart, bei der zwei Volumenstromzähler parallel geschaltet sind, so dass immer einer der Volumenstromzäh¬ ler je nach Schaltstellung des Wegeventils in der mit Druck beaufschlagten Vorlaufleitung liegt.

Die DE-OS 1 601 755 offenbart eine Anzeigeeinrich¬ tung, bei der ein Volumenstromzähler stets in einer mit Druck beaufschlagten Arbeitsleitung angeordnet ist, um Fehler durch Kompressionsverluste zu minimieren.

Bei sämtlichen vorbeschriebenen Lösungen werden die Anzeigeeinrichtungen auch mit dem Druck in der Vorlauf¬ leitung beaufschlagt, so dass sie auf den maximalen Systemdruck ausgelegt werden müssen und somit ein erheb¬ licher vorrichtungstechnischer Aufwand erforderlich ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun¬ de, eine einfach aufgebaute Anzeigeeinrichtung für die Stellposition eines hydraulischen Aktuators zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine hydraulisch betätigte Stel¬ lungsanzeige der Anzeigeeinrichtung über eine Ventilein¬ richtung stets so angesteuert, dass sie im Ablauf, d.h., in dem - je nach Schaltstellung des Wegeventils - mit der Niederdruckseite der Schaltung verbundenen Zweig angeordnet ist. Dies ermöglicht es, die Anzeigeeinrich¬ tung sehr einfach aufzubauen, da sie nur auf den wirksa¬ men Niederdruck, in der Regel den Tankdruck ausgelegt werden muss. Mit diesem einfacheren Aufbau geht auch ein geringerer Bauraum einher, so dass die gesamte Anzeige- einrichtung wesentlich kompakter als beim eingangs be¬ schriebenen Stand der Technik hergestellt werden kann.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Stellungsanzeige der Anzeigeeinrichtung durch einen Zylinder gebildet, dessen Kolben durch das rück¬ strömende Druckmittel verschoben und aus der Verschiebung entsprechend die Aktuatorstellung anzeigbar ist. Bei geringeren Anforderungen an die Genauigkeit kann anstelle eines derartigen Zylinders ein herkömmlicher Volumen- Stromzähler verwendet werden, bei dem miteinander kämmen¬ de Zahnräder vom ablaufenden Druckmittel angetrieben werden.

Bei einem einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel ist die Ventileinrichtung, die dafür sorgt, dass die Stel¬ lungsanzeige stets im Ablauf angeordnet ist, so ausgebil¬ det, dass der jeweils wirksame Ausgangsanschluss der Stellungsanzeige mit dem Tank- oder Rücklaufanschluss des Wegeventils verbundenen ist, während der Eingangsan- schluss der Stellungsanzeige mit einem jeweils wirksamen Ablaufkanal des Aktuators verbunden ist.

Vorzugsweise wird diese Ventileinrichtung im Wesent¬ lichen durch zwei gegensinnig öffnende Rückschlagventile gebildet, über die der jeweils wirksame Ausgangsanschluss der Stellungsanzeige mit dem Ablaufkanal verbunden ist, wobei das jeweils andere Rückschlagventil eine Druckmit¬ telströmung vom anderen Zweig her absperrt.

Bei einem konkreten, sehr einfach ausgeführten Aus¬ führungsbeispiel sind die beiden Anschlüsse des Aktuators über zwei parallele Arbeitsleitungen mit den Arbeitsan¬ schlüssen des Wegeventils verbunden, wobei optional in jeder der Arbeitsleitungen eine einstellbare Drossel ausgebildet ist. Je nach Schaltstellung des Wegeventils dient dann eine der Arbeitsleitungen als Vorlauf, während die andere Arbeitsleitung als Ablauf wirkt. In Zulauf- richtung gesehen stromabwärts (in Ablaufrichtung) der einstellbaren Drossel zweigt von der Arbeitsleitung jeweils ein Ablaufkanal ab, in dem ein entsperrbares Rückschlagventil angeordnet ist, das eine Rückströmung des Druckmittels vom Aktuator ermöglicht. Die beiden Anschlüsse der Stellungsanzeige sind mit den beiden Ablaufkanälen verbunden und stromabwärts der entsperrba- ren Rückschlagventile zweigt jeweils eine in der paralle¬ len Arbeitsleitung mündenden Verbindungsleitung ab, in der jeweils eines der genannten Rückschlagventile ange¬ ordnet ist.

Um ein Justieren und Einstellen der Stellungsanzeige zu ermöglichen, sind die beiden Ablaufkanäle über zwei parallele Leitungen mit jeweils einem Rückschlagventil miteinander verbindbar.

Zum leckölfreien Einspannen des Aktuators ist in je¬ dem der Ablaufkanäle ein Einspannventil vorgesehen, das als Rückschlagventil ausgeführt ist.

Die erfindungsgemäße Anzeigeeinrichtung wird vorzugs¬ weise bei einem Klappenventil eines Schiffs eingesetzt. Selbstverständlich sind auch andere Anwendungen möglich, so kann über den Aktuator beispielsweise ein Schott, ein Tor, ein Schieber, eine Klappe, ein Deckel oder sonstiges betätigt werden, d.h. die erfindungsgemäße Anzeigeein¬ richtung kann überall dort eingesetzt werden, wo eine einfach aufgebaute mechanische Anzeige von Stellwerten gewünscht wird.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Zeichnung zeigt einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung, über die die Posi¬ tion eines Klappenventils (Butterfly-Valve) angezeigt wird.

Die Ansteuerung dieses Klappenventils 1 erfolgt über eine Steueranordnung, die beim dargestellten Ausführungs- beispiel im Wesentlichen aus einem Wegeventil 2, einem Ventilblock 4, einer hydraulischen Stellungsanzeige 6 und einem an Arbeitsanschlüsse A, B einer Anschlussplatte 8 angeschlossenen Aktuator 10 besteht, über den das Klap¬ penventil 1 betätigbar ist.

Die Anschlussplatte 8 hat einen Druckanschluss P und einen Tank- oder Rücklaufanschluss T, die über einen Pumpenkanal 12 bzw. einen Tankkanal 14 mit einem Pumpen- anschluss P bzw. einem Tankanschluss T des Wegeventils 2 verbunden sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wegeventil 2 als 4/3-Wegeventil ausgeführt, wobei zwei Arbeitsanschlüsse A, B in der dargestellten feder¬ vorgespannten Grundposition mit dem Tankkanal 14 verbun¬ den und der Pumpenanschluss P abgesperrt ist. Die Betäti¬ gung des Wegeventils 2 erfolgt über zwei Schaltmagnete, wobei in der mit (a) gekennzeichneten Schaltposition der Pumpenanschluss P mit dem Arbeitsanschluss B und der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss T und in der anderen Schaltposition (b) der Pumpenanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A und der Tankanschluss T mit dem .Ar¬ beitsanschluss B verbunden sind. An die beiden Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 2 sind Arbeitsleitungen 16, 18 angeschlossen, die zu den beiden Anschlüssen A, B der Anschlussplatte 8 führen. In den Arbeitsleitungen 16, 18 sind jeweils ein Einspannven¬ til 20, 22 sowie zwischen diesem und dem Anschluss A bzw. B der Anschlussplatte 8 eine einstellbare Drossel 24, 26 angeordnet. Die beiden einstellbaren Drosseln 24, 26 sind jeweils mit einer Rückschlagfunktion ausgeführt, die eine Druckmittelströmung von den Anschlüssen A, B der An¬ schlussplatte 8 hin zum Wegeventil 2 unter Umgehung des Drosselquerschnitts ermöglichen.

Anstelle der beiden Einspannventile 20, 22 können auch Senkbremsventile vorgesehen werden, die bei externen oder ziehenden Lasten am Aktuator 10 ein ungesteuertes Absenken verhindern und eine Druckabsicherung ermögli¬ chen. Derartige SenkbremsventiIe sind bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.

Im Bereich zwischen den beiden Einspannventilen 20, 22 und den Drosseln 24, 26 zweigt jeweils ein Ablaufkanal 28, 30 ab, in dem jeweils ein entsperrbares Rückschlag¬ ventil 32, 34 angeordnet ist, das durch den Druck in der jeweils parallelen Arbeitsleitung 18 bzw. 16 entsperrbar ist, der über Steuerleitungen 36, 38 abgegriffen wird.

Die beiden Ablaufkanäle 28, 30 münden in zwei An¬ schlüssen Sl (Ablaufkanal 28) bzw. S2 (Ablaufkanal 30) , an die die Stellungsanzeige 6 angeschlossen ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Stellungsan¬ zeige 6 durch einen Zylinder gebildet, dessen beide, mit gleichen Wirkflächen ausgeführte Druckräume 40, 42 mit den Anschlüssen Sl, S2 verbunden und über einen Kolben 44 voneinander getrennt sind. Die beiden Arbeitskanäle 28, 30 sind über zwei Leitungen 46, 48 miteinander verbunden, in denen jeweils ein als Rückschlagventil ausgebildetes Ausgleichsventil 50 bzw. 52 angeordnet ist. Diese beiden Ausgleichsventile 50, 52 ermöglichen es beispielsweise, den Zylinder zu justieren, indem der Aktuator 10 in eine Endposition verfahren wird und dann entsprechend der Kolben 44 nachgestellt wird, wobei dann Druckmittel über eines der sich öffnenden Ausgleichsventile 50, 52 in den jeweils parallelen Zweig abströmt.

Wie des Weiteren der einzigen Figur entnehmbar ist, sind der Ablaufkanal 28 und der Arbeitskanal 18 sowie der Ablaufkanal 30 und der Arbeitskanal 16 jeweils über eine Verbindungsleitung 54 bzw. 56 miteinander verbunden, in der jeweils ein Rückschlagventil 58, 60 angeordnet ist. Über diese Rückschlagventile 58, 60 kann somit jeweils eine Verbindung des stromabwärts des entsperrbaren Rück¬ schlagventils 32, 34 angeordneten Teils des Ablaufkanals 28, 30 mit der als Ablaufleitung wirkenden Arbeitsleitung 16 oder 18 aufgesteuert werden.

Zum besseren Verständnis wird nun die Funktion der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung erläutert.

In der dargestellten Grundposition des Wegeventils 2 sind die beiden Arbeitsanschlüsse A7 B der Anschlussplat¬ te 8 mit dem Tank verbunden - der Aktuator 10 ist durch die Rückschlagventile 20,22; 32,34 in seine jeweilige Position leckölfrei eingespannt.

Zum Verschieben des Aktuators 10 wird das Wegeventil 2 beispielsweise in die mit (a) gekennzeichnete Schaltpo¬ sition verschoben. Das Druckmittel strömt über den Druck- anschluss P und den Arbeitsanschluss B des Wegeventils 2 in die Arbeitsleitung 16, die somit als Vorlaufleitung wirkt. Von dort strömt das Druckmittel über das sich öffnende Rückschlagventil 20 zur einstellbaren Drossel 24, deren Öffnungsquerschnitt den Volumenstrom begrenzt. Das Druckmittel wird dann über den Arbeitsanschluss B zu dem in der Figur rechten Druckraum 62 des Aktuators gefördert, so dass dessen Kolben 66 nach links verschoben und entsprechend das Klappenventil 1 verstellt wird, bis es seine voreingestellte Steuerstellung einnimmt.

Das aus dem Druckraum 64 des Aktuators 10 verdrängte Druckmittel strömt über den Arbeitsanschluss A der An¬ schlussplatte 8, das Rückschlagventil der verstellbaren Drossel 26, den Ablaufkanal 30 und das durch den Druck in der Arbeitsleitung 16 entsperrte Rückschlagventil 34 zum Anschluss S2. Das Rückschlagventil 60 verbleibt dabei in seiner Sperrstellung, da der wesentlich höhere Pumpen¬ druck in Schließrichtung wirkt. Entsprechend der Menge des dem Druckraum 40 zufließenden Druckmittels wird der Kolben 44 des Zylinders 6 verschoben. Eine der zufließen¬ den Druckmittelmenge entsprechende Druckmittelmenge wird aus dem sich verkleinernden Druckraum 42 verdrängt. Der Hub des Kolbens 44 ist ein Maß für die Stellposition des Aktuators 10 oder des Klappenventils 1. Die verdrängte Druckmittelmenge strömt dann über den Anschluss Sl in den unterhalb des entsperrbaren Rückschlagventils 32 gelege¬ nen Leitungsabschnitt des Ablaufkanals 28 und von dort in den Verbindungskanal 54 und über das öffnende Rückschlag¬ ventil 58 in die als Ablaufleitung wirkende Arbeitslei¬ tung 18 und von dort über die Anschlüsse A, T des Wege¬ ventils 2 und den Tankkanal 14 zurück zum Tankanschluss T.

Nach Erreichen der vorbestimmten Steuerposition des Klappenventils 1 wird das Wegeventil 2 in seine Neutral- Stellung zurück gestellt - das Druckmittel ist dann durch die Wirkung der beiden Einspannventile 20, 22 und der entsperrbaren Rückschlagventile 32, 34 leckölfrei einge¬ spannt. Die Verstellung des Klappenventils 1 in entgegenge¬ setzter Richtung erfolgt durch Verschieben des Wegeven¬ tils 2 in seine mit (b) gekennzeichnete Schaltposition, wobei dann der Druckmittelvolumenstrom über die Arbeits- leitung 18, das Einspannventil 22, die einstellbare Drossel 26 zum Arbeitsanschluss A und von dort in den Druckraum 64 des Aktuators gefördert wird. Das aus dem Druckraum 62 verdrängte Druckmittel strömt über den Arbeitsanschluss B, die Drossel 24, den Ablaufkanal 28 und das entsperrte Rückschlagventil 32 zum Anschluss Sl, der dann als Eingangsanschluss wirkt. Der Kolben 44 wird entsprechend verschoben und die aus dem Druckraum 40 des Zylinders 6 verdrängte Druckmittelmenge über den An¬ schluss S2, den daran angeschlossenen Teil des Ablaufka- nals 30, die Verbindungsleitung 56 und das sich öffnende Rückschlagventil 60 zur Arbeitsleitung 16 geführt, die dann als Ablaufleitung wirkt.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung mit den beiden Rückschlagventilen 58, 60 ist somit die Stellungsanzeige 6 unabhängig von der Schaltposition des Wegeventils im Ablauf angeordnet und somit mit Niederdruck beaufschlagt.

Selbstverständlich kann anstelle des in der Figur dargestellten Zylinders auch ein anderes mechanisches Gerät zur Erfassung der Hubposition des Aktuators 10 verwendet werden - so kann beispielsweise ein Volumen¬ stromzähler eingesetzt werden.

Anstelle der beiden Rückschlagventile 58, 60 kann - wie bereits eingangs erwähnt - auch ein Schaltventils verwendet werden, da es jedoch bei hohen Sicherheitsan¬ forderungen erforderlich ist, die Anzeigeeinrichtung möglichst einfach auszuführen, wird häufig die darge¬ stellte Lösung mit einfachen Rückschlagventilen bevor- ztigt. Das Wegeventil kann auch als Proportionalventil ausgeführt sein.

Offenbart ist eine Anzeigeeinrichtung für die Stell¬ position eines hydraulischen Aktuators eines Ventils oder einer Stelleinrichtung, bei der die Stellposition des Aktuators indirekt aus dem Druckmittelvolumenstrom ermit¬ telt wird, der zur Betätigung des Aktuators erforderlich ist. Erfindungsgemäß ist die hydraulische Stellungsanzei¬ ge im Ablauf angeordnet, so dass diese mit einem ver¬ gleichsweise geringen Druck beaufschlagt ist und entspre¬ chend einfach ausgeführt werden kann. Die Stellungsanzei¬ ge kann im Ablauf durch eine einfache hydraulische Schal¬ tung nur mit Einsatz von Rückschlagventilen preiswert und zuverlässig, ohne Leckage realisiert werden. Bezugszeichenliste:

1 Klappenventi1 2 Wegeventil 4 Ventilblock 6 Stellungsanzeige 8 Anschlussplatte 10 Aktuator 12 Pumpenkanal 14 Tankkanal 16 Arbeitsleitung 18 Arbeitsleitung 20 Einspannventil 22 Einspannventil 24 einstellbare Drossel 26 einstellbare Drossel 28 Ablaufkanal 30 Ablaufkanal 32 entsperrbares Rückschlagventil 34 entsperrbares Rückschlagventil 36 Steuerleitung 38 Steuerleitung 40 Druckraum 42 Druckraum 44 Kolben 46 Leitung 48 Leitung 50 Ausgleichsventil 52 Ausgleichsventil 54 Verbindungsleitung 56 Verbindungsleitung 58 Rückschlagventil 60 Rückschlagventil 62 Druckraum 64 Druckraum 66 Kolben