[0001] Die Erfindung betrifft eine Schalt- und Steuereinrichtung für durch strömende Arbeitsmittel
betätigbare Arbeitsgeräte, insbesondere für den Betrieb von Verschraubzangen zum Verschrauben
von Pumpgestängen, Futter- und Förderrohren der Bohrindustrie, bei welcher ein mit
zwei abströmseitigen Anschlüssen ausgerüstetes Leistungsteil mit dem Vorlauf des Arbeitsmittels
verbunden ist, wobei ein Anschluß des Leistungsteils mit einer Tankrückführleitung,der
andere mit einem Steuerteil zur Steuerung des Öffnungsquerschnittes des tankseitigen
Anschlusses verbunden ist, nach Patent ...(Patentanmeldung P 33 00 034.4).
[0002] Es ist bekannt, die Verschraubung von Rohrverbindungen elektronisch zu überwachen.
Hierbei wird die Umdrehungszahl des einzuschraubenden Rohres abgefragt und mit den
Daten des Drehmomentanstiegs verknüpft. Ein solches System ist in der Praxis als JAM-System
geläufig. Die Bezeichnung ist lediglich eine Abkürzung der englischen Bezeichnung
"Joint Analyzed Make-up".
[0003] Nach dem erreichen einer vorgegebenen Umdrehungsanzahl der Verbindung muß auch ein
zugehöriges Drehmoment angezeigt werden. Beide Werte liegen innerhalb entsprechender
Toleranzfelder, die durch einen Rechner miteinander verknüpft sind. Sobald die Meßfelder
zu einer Überdeckung kommen, wird die Verschraubung von der Steuerung als "gut" registriert
und das Verschraubgerät schlagartig stillgesetzt. Hierzu steuert das JAM-Gerät ein
Elektromagnetventil an, welches als Vorsteuerung für das Schaltventil dient. Beide
Ventile wurden bisher extern zwischen die Versorgungsleitungen gebaut und schalteten
die Zulaufseite (P) vor dem Verschraubgerät auf den Rücklauf (T). Die Ventilgröße
entspricht dem Durchlauf und ist deshalb groß und entsprechend schwer. Auch die zugehörigen
Anschlußteile für das Einfügen der Ventile in den Kreislauf haben ein erhebliches
Bauvolumen.
[0004] Damit das elektrische Signal des JAM-Gerätes das Verschraubgerät mit hinreichender
Toleranz zum Stillstand bringen konnte, war es notwendig, bei einem Drehmomentanstieg
das Verschraubgerät sehr langsam weiterdrehen zu lassen. Dazu reduzierte die Bedienungsperson
den Zufluß zum Motor an einem Handhebelventil. Eine zu späte Reaktion der Bedienungsperson
bewirkte jedoch durch die damit verbundene Drehmomentüberschreitung eine Fehlverbindung.
Die handelsüblichen Ventilkombinationen sind für diese Einsatzfälle zu träge und setzen
das Elektrosignal zu langsam in hydraulische Reaktion um. Auch der Einsatz des im
Hauptpatent beschriebenen Leistungsteils führt noch nicht zu der gewünschten raschen,
von der Reaktion der Bedienungsperson unabhängigen Kurzschlußschaltung, mit der das
Arbeitsgerät mit geringster Zeitverzögerung, d. h. fast schlagartig nach erreichen
des entsprechenden Drehmomentwertes stillgesetzt wird.
[0005] Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalt- und Steuereinrichtung nach dem Hauptpatent
so auszubauen, daß Fehlverbindungen wegen einer Drehmomentüberschreitung vermieden
werden und damit gleichzeitig eine entsprechende Sicherheitseinrichtung geschaffen
wird. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß der zum Steuerteil
für die Steuerung des Öffnungsquerschnittes des tankseitigen Anschlusses führende
Anschluß des Leistungsteils zusätzlich mit einem Steuerblock, bestehend aus einem
Elektromagnetventil und einer durch ein hydraulisches Abschaltventil absperrbaren
Bypaß-Leitung für das Elektromagnetventil verbunden ist. Das hydraulische Abschaltventil
ist also parallel zum Elektromagnetventil eingebaut. Der Druckwert, der dem Motor
des Verschraubgerätes zugeführt wird, wirkt als externe Ansteuerung an diesem Abschaltventil,
dessen Einstellung dem jeweils zulässigen Maximaldrehmoment entspricht.
[0006] Beim Anstieg des Drehmomentes steigt gleichzeitig der Druck in der Versorgungsleitung
des Motors. Dieser Druck wirkt auf das hydraulische Abschaltventil. Nähert sich das
Drehmoment dem vorgegebenen Wert, so wird - bedingt durch die Pulsation im Versorgungsölstrom
- die Sperrung stoßweise aufgehoben,und der Druck in der Steuerleitung zum Hauptabschaltventil
im Steuerblock beginnt zu pulsieren. Hieraus folgt ein Schwebezustand des Hauptkolbens.
Zum Durchschalten ist dann nur noch ein sehr geringer Druckabfall nötig, um das Hauptventil
(Leistungsteil) zu öffnen. Dieser geringe Anteil wird vom elektrisch angesteuerten
Magnetventil beigetragen, sobald es vom JAM-Steuersystem angesteuert wird. Hierdurch
wird der Einfluß der Bedienungsperson zum Gelingen der Operation vollständig ausgeschlossen.
Der Kraftfluß wird also durch das Schalten des Leistungsteils unterbrochen. Das Leistungsteil
wird praktisch durch das hydraulische Abschaltventil sensibilisiert, da bereits vor
seinem Schalten kleinste Ölmengen das Elektromagnetventil umgeben. Sobald dann das
Magnetventil durch das elektronische Steuergerät (JAM) geschaltet wird, kann das Leistungsteil
unter geringster Schaltzeit den Druckabfall am Zangenmotor herstellen. Sollte eine
elektronische Ansteuerung nicht vorhanden sein oder ausfallen, wird bereits auf rein
hydraulischem Wege über das hydraulische Abschaltventil eine hohe Wiederholungsgenauigkeit
des Verschraubvorganges erreicht, d. h. die Toleranzen der Verschraubmomente werden
bei jedem Verschraubvorgang sehr klein gehalten.
[0007] In der Zeichnung ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt
und erläutert. Hierbei handelt es sich um eine Schaltung für den Motor einer Verschraubungszange
mit zugehöriger Kontervorrichtung und Hubzylinder.
[0008] Die wichtigsten Teile der Steuereinrichtung sind das Leistungsteil 10, welches an
die hydraulische Vorlaufleitung 11 über die Anschlußleitung 11a angeschlossen ist,
der Motor 12 für die Verschraubzange, die Handsteuereinrichtungen 25 für den Zangenmotor,
die Handsteuereinrichtung 26 für die Steuerung der Kontervorrichtung 27, die Steuereinrichtung
für den Hubzylinder 28 sowie die Schalteinheiten 29 für die Klappensicherung und der
Sicherheitsschaltblock 30, bestehend aus einem Elektromagnetventil 31 und ein hydraulisches
Abschaltventil 32.
[0009] Das Leistungsteil 10 ist mit einem abströmseitigen Anschluß 13 an den Arbeitsmitteltank
T und die zweite abströmseitige Leitung 14 mit den beiden Steuerblöcken 29 und 30
verbunden.
[0010] Mit einem Drehmomentanstieg beim Erreichen der Verschraubendwerte geht ein Druckanstieg
für den Zangenmotor 12 einher. Dieser Druckanstieg wird über die Leitung 33 dem hydraulischen
Abschaltventil 32 mitgeteilt und zwar bereits vor dem Durchschalten des Elektromagnetventils
31, das durch das nicht dargestellte elektronische Steuergerät (JAM) angesteuert wird.
Die Sperrung des hydraulischen Abschaltventils wird teilweise durch die Pulsation
im Versorgungsölstrom aufgehoben, so daß über die Anschlußleitung 14 das Leistungsteil
10 sensibilisiert wird. Sobald da3 elektrische Magnetventil durch das elektronische
Steuergerät geschaltet wird, kann das Leistungsteil 10 unter geringster Schaltzeit,
d. h. fast schlagartig den Druckabfall am Zangenmotor herstellen. Dabei wird die Versorgungsleitung
11 über den Anschluß 11a und die abströmseitige Anschlußleitung 13 unmittelbar mit
der Rückführleitung 34 zum Tank T verbunden. Eine von einer Bedienungsperson abhängige
Schaltzeit bei Betätigung der Handsteuereinrichtung 25 wird dadurch vollständig ausgeschlossen.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit eine hochwirksame Sicherheitseinrichtung
dar.
1. Schalt- und Steuereinrichtung für durch strömende Arbeitsmittel betätigbare Arbeitsgeräte,
insbesondere für den Betrieb von Verschraubzangen zum Verschrauben von Pumpgestängen,
Futter- und Förderrohren der Bohrindustrie, bei welcher ein Leistungsteil mit zwei
abströmseitigen Anschlüssen mit dem Vorlauf des Arbeitsmittels verbunden ist, wobei
ein abströmseitiger Anschluß des Leistungsteils mit einer Tankrückführleitung, der
andere mit einem Steuerteil zur Steuerung des Öffnungsquerschnittes des tankseitigen
Anschlusses verbunden ist, nach Patent ...(Patentanmeldung P 33 00 034.4), dadurch
gekennzeichnet, daß der zum Steuerteil für die Steuerung des Öffnungsquerschnittes
des tankseitigen Anschlusses (34) führende Anschluß (14) des Leistungsteils (10) zusätzlich
mit einem Steuerblock, bestehend aus einem Elektromagnetventil (31) und einer durch
ein hydraulisches Abschaltventil (32) absperrbaren Bypaß- Leitung für das Elektromagnetventil
verbunden ist.
2. Schalt- und Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Elektromagnetventil (3-1) von einem elektronischen Steuergerät (JAM-System), das hydraulische
Abschaltventil (32) dagegen extern vom Arbeitsgerät ansteuerbar ist.
3. Schalt- und Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der dem Arbeitsmotor (12) während des Betriebes zugeführte Druckwert auf das hydraulische
Abschaltventil (32) übertragbar ist.
