VORRICHTUNG ZUM REGELN EINER HYDRAULISCHEN MASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln einer hydraulischen Maschine, insbesondere eine Vorrichtung zum Regel einer Turbine, einer Pumpe oder einer Pumpturbine.

[0002] Konventionelle Vorrichtungen zum Regeln einer hydraulischen Maschine sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise die DE 27 13 867 A1 eine solche Vorrichtung (siehe Figur 3), die eine Druckölquelle, einen hydraulischen Stellmotor (Hydrozylinder) und Regelventile zur Dosierung der Energie zur Verstellung des Hydrozylinders umfasst. In der Regel handelt es sich bei der Druckölquelle um einen Speicher für das unter Überdruck stehende Hydraulikmedium. Der Speicher muss dabei mit Hilfe von Pumpen gefüllt und auf den notwendigen Arbeitsdruck gebracht und gehalten werden.

[0003] Aus der DE 10 2013 212 937 A1 ist ferner eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Leitschaufeln einer hydraulischen Maschine bekannt, bei welcher drehzahlvariabel angetriebenen hydraulische Konstantpumpen verwendet werden. In dieser Schrift wird lediglich die prinzipielle Wirkweise einer solchen Vorrichtung offenbart.

[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Vorrichtung zum Regeln einer hydraulischen Maschine anzugeben, bei welcher drehzahlvariabel angetriebene hydraulische Konstantpumpen verwendet werden, und welche die Anforderungen bei einer hydraulischen Maschine, z.B. hinsichtlich Stellzeiten, Notschließeigenschaften - auch bei Versagen der Pumpen, Eignung für große Hydraulikzylinder-Volumina etc., gewährleistet. Im Vergleich mit konventionellen Vorrichtungen zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch eine hohe Energieeffizienz, gute Umweltverträglichkeit, Wartungsfreundlichkeit und geringen Anschaffungs- und Betriebskosten aus.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Regeln einer hydraulischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.

[0006] Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1

Schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

[0007] In der Darstellung der Figur 1 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Regeln einer hydraulischen Maschine in schematisierter Weise gezeigt. Die Vorrichtung umfasst einen Sammel- und Ausgleichsbehälter, welcher mit 1 bezeichnet ist, eine Pumpenanordnung, welche mit 2 bezeichnet ist, einen drehzahlvariablen Pumpenantrieb, welcher mit 3 bezeichnet ist, einen Speicher, welcher mit 5 bezeichnet ist, einen Hydraulikzylinder, welcher mit 6 bezeichnet ist, einen Notschlussumstellschieber, welcher mit 71 bezeichnet ist, ein Notschlussmagnetventil, welches mit 72 bezeichnet ist, zwei entsperrbare Rückschlagventile, welche mit 81 und 82 bezeichnet sind, zwei Vorsteuerventile, welche mit 91 und 92 bezeichnet sind, drei Drosseln, welche mit 10, 11 und 12 bezeichnet sind, ein Rückschlagventil, welches mit 14 bezeichnet ist, ein optionales Magnetventil, welches mit 20 bezeichnet ist, zwei optionale Druckbegrenzungsventile, welche mit 30 und 31 bezeichnet sind und zwei optionale Anschlüsse, welche mit 40 und 50 bezeichnet sind. Der Pfeil unterhalb des Hydraulikzylinders 6 deutet die Schließrichtung desselben an.

[0008] Bei dem Hydraulikzylinder 6 kann es sich z.B. um den Leitrad- Hydraulikzylinder oder um den Hydraulikzylinder zur Verstellung der Laufradschaufeln einer hydraulischen Maschine handeln. Solche Hydraulikzylinder erfordern zum Betrieb oft große Volumina an Hydraulikflüssigkeit. Der Hydraulikzylinder 6 kann als Gleichgangzylinder ausgefertigt sein, wie in Figur 1 durch die gestrichelte zweite Stange angedeutet ist. Der Hydraulikzylinder 6 kann jedoch auch als Differentialzylinder mit unterschiedlichen Volumen für Schließen- und Öffnen-Seite ausgefertigt sein.

[0009] Die Pumpenanordnung 2 umfasst zwei Pumpen mit umkehrbarer Förderrichtung. In Figur 1 sind die zwei Pumpen auf einer Welle angeordnet, welche durch den Pumpenantrieb 3 angetrieben wird. Es sind jedoch auch andere konstruktive Ausgestaltungen möglich, z.B. dass die Pumpen mittels eines Getriebes durch den Pumpenantrieb 3 angetrieben werden. Es ist sogar denkbar, dass der Pumpenantrieb 3 jeweils einen Motor und einen Frequenzumrichter für jede der beiden Pumpen umfasst. Die weitere Beschreibung bezieht sich auf die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform. In der in Figur 1 gezeigten Stellung des Notschlussumstellschiebers 71 ist jeweils ein Anschluss einer Pumpe mit einer Steuerleitung des Hydraulikzylinders verbunden, so dass in einer Drehrichtung der Welle die eine Pumpe Hydraulikflüssigkeit in Richtung des Hydraulikzylinders 6 fördert und die andere Pumpe Hydraulikflüssigkeit vom Hydraulikzylinder 6 aufnimmt. In der anderen Drehrichtung der Welle ist es gerade umgekehrt. So sind in Figur 1 der rechte Anschluss der unteren Pumpe (über das entsperrbare Rückschlagventil 82) mit der Öffnen-Seite des Hydraulikzylinders 6 und der linke Anschluss der oberen Pumpe (über das entsperrbare Rückschlagventil 81) mit der Schließen-Seite des Hydraulikzylinders 6 verbunden. Die übrigen Anschlüsse der Pumpen sind jeweils direkt mit dem Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 verbunden. D.h. in der einen Drehrichtung der Welle pumpt die untere Pumpe Hydraulikflüssigkeit aus dem Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 in die Öffnen-Seite des Hydraulikzylinders 6 und gleichzeitig pumpt die obere Pumpe Hydraulikflüssigkeit von der Schließen-Seite des Hydraulikzylinders 6 in den Sammel-und Ausgleichsbehälter 1. In der anderen Drehrichtung der Welle verlaufen die Volumenströme umgekehrt. Im Falle, dass die Fördervolumina der beiden Pumpen gleich groß sind, bedeutet das, dass letztendlich keine Hydraulikflüssigkeit in den Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 fließt bzw. aus ihm entnommen wird (vgl. unten zu Gleichgangzylinder). Im anderen Fall wird nur die Differenzfördermenge der Pumpen in den Sammel- und Ausgleichbehälter 1 abgegeben bzw. ihm entnommen (vgl. unten zu Differentialzylinder). Dabei ist jeweils vorausgesetzt, dass die Rückschlagventile 81 und 82 entsperrt sind (siehe unten in der Beschreibung der Betriebszustände).

[0010] Falls die verwendeten Pumpen ausgewiesene Druck- und Sauganschlüsse aufweisen, so werden vorzugsweise immer die Druckanschlüsse mit dem Hydraulikzylinder 6 und die Sauganschlüsse mit dem Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 verbunden.

[0011] Die Welle der Pumpenanordnung 2 wird von dem drehzahlvariablen Pumpenantrieb 3, welcher in beiden Drehrichtungen betreibbar ist, angetrieben. Der Pumpenantrieb 3 umfasst in der Regel einen elektrischen Servomotor, der von einem Frequenzumrichter elektrisch gespeist wird.

[0012] Die entsperrbaren Rückschlagventile 81 und 82, welche in den Verbindungsleitungen des Hydraulikzylinders 6 mit der Pumpenanordnung 2 so angeordnet sind, dass sie im nicht entsperrten Zustand eine Bewegung des Kolbens des Hydraulikzylinders verhindern, sind jeweils mit einem der Vorsteuerventile 91, 92 verbunden. Diese sind jeweils (über die Ventile 20 und 72) mit dem Speicher 5 verbunden. Ein Öffnen eines Vorsteuerventils 91, 92 bewirkt so die Entsperrung des zugehörigen Rückschlagventils 81, 82. Das Öffnen der Vorsteuerventile 91, 92 wird durch den (elektrischen) Regler der hydraulischen Maschine dadurch bewirkt, dass diese erregt werden. Jedes der Vorsteuerventile 91, 92 kann separat erregt werden.

[0013] Im Betriebszustand "Notschluss" oder "Schnellschluss", d.h. wenn sich der Notschlussumstellschieber 71 in der anderen Stellung als der in Figur 1 gezeigten befindet, ist der Speicher 5 mit der Schließen-Seite des Hydraulikzylinders 6 verbunden. In diesen Beiden Betriebszuständen ist ferner der Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 der Öffnen-Seite des Hydraulikzylinders 6 verbunden. Die Steuerung des Zustands des Notschlussumstellschiebers 71 erfolgt über das Notschlussmagnetventil 72, welches sich in einer hydraulischen Leitung zwischen dem Notschlussumstellschieber 71 und dem Speicher 5 befindet. Das Notschlussmagnetventil 72 befindet sich auch in den Leitungen zwischen den Vorsteuerventilen 91, 92 und dem Speicher 5. Das (federbelastete) Notschlussmagnetventil 72 wird im Betrieb immer dauererregt, wodurch sich der Notschlussumstellschieber 71 in der in Figur 1 gezeigten Stellung befindet und die Vorsteuerventile 91, 92 durch den Speicher 5 mit Öldruck versorgt werden (d.h. die Rückschlagventile 81, 82 können in diesem Zustand durch die Vorsteuerventile 91, 92 entsperrt werden).

[0014] Der Notschlussumstellschieber 71 ist so ausgebildet, dass er in der in Figur 1 gezeigten Stellung die entsprechenden Anschlüsse der Pumpen der Pumpenanordnung 2 mit den Anschlüssen des Hydraulikzylinders 6 verbindet, während der Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 und der Speicher 5 vom Hydraulikzylinder entkoppelt sind, und in seiner anderen Stellung, die Pumpen der Pumpenanordnung 2 vom Hydraulikzylinder 6 entkoppelt und den Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 mit der Öffnen-Seite und den Speicher 6 mit der Schließen-Seite des Hydraulikzylinders 6 verbindet. In Figur 1 ist erkennbar, dass der Notschlussumstellschieber auf beiden Seiten mit dem Druck des Speichers 5 beaufschlagt ist. Dabei ist die wirksame Fläche, auf die dieser Druck wirkt, auf den beiden Seiten unterschiedlich groß zu wählen. Die Fläche auf der rechten Seite ist größer, was bewirkt, dass sich falls das Notschlussmagnetventil 72 erregt ist, der Notschlussumstellschieber 71 in der in Figur 1 gezeigten Stellung befindet. Wird das Notschlussmagnetventil 72 entregt, so wird der Speicher 5 von der rechten Seite des Notschlussumstellschiebers 71 getrennt und der Notschlussumstellschieber 71 wird durch die Kräfte, die auf die linke Seite einwirken, in die andere Stellung geschoben.

[0015] Die Drossel 10, die auch "Grunddrossel" genannt wird, befindet sich in der mit der Öffnen-Seite des Hydraulikzylinders 6 verbundenen Leitung noch vor dem Notschlussumstellschieber 71, d.h. in unmittelbarer Nachbarschaft zum Hydraulikzylinder 6. Die Drossel 11 befindet sich in der Leitung, die den Speicher 5 mit dem restlichen Teil der Vorrichtung verbindet. Die Drossel 12 befindet sich in der Leitung zwischen dem Notschlussumstellschieber 71 und dem Sammel- und Ausgleichsbehälter 1. Dabei ist eine der beiden Drosseln 11 oder 12 als optional zu betrachten (siehe die Ausführungen zur Notschlussfunktion).

[0016] Es ist ferner eine Leitung vorgesehen, die eine der Leitungen von der Pumpenanordnung 2 zum Hydraulikzylinder 6 mit dem Speicher 5 verbindet. In dieser Leitung ist das Rückschlagventil 14 so angeordnet, dass keine Hydraulikflüssigkeit vom Speicher 5 her passieren kann. Die Figur 1 zeigt nur eine von mehreren möglichen Alternativen, d.h. den Fall, dass die Leitung mit den Rückschlagventil 14 den entsprechenden Anschluss der oberen Pumpe mit dem Speicher 5 verbindet. Die Leitung mit dem Rückschlagventil 14 kann auch mit dem entsprechenden Anschluss der untern Pumpe verbunden sein. Die Leitung mit dem Rückschlagventil 14 kann dazu an beliebigen Punkten der Leitungen von der Pumpenanordnung 2 zum Hydraulikzylinder 6 münden.

[0017] Optional kann die Vorrichtung noch weitere Notschlusssteuerventile umfassen (z.B. ein Überdrehzahlventil etc.). Diese können über den Anschluss 50 angeschlossen werden, welcher sich in derselben hydraulischen Leitung wie das Notschlussmagnetventil 72 befindet.

[0018] Optional können weitere Verbraucher über den Anschluss 40 an den Speicher 5 angeschlossen werden. Der Anschluss 40 befindet sich in der hydraulischen Leitung, welche den Speicher 5 mit der restlichen Vorrichtung verbindet.

[0019] Im Folgenden werden die Wirkweisen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den einzelnen Betriebszuständen der hydraulischen Maschine näher beschrieben und die Vorteile der Vorrichtung erläutert. Hierbei wird als Anfangszustand angenommen, dass der Speicher 5 mit einem definierten Druck geladen ist und sich der Hydraulikzylinder 6 in einer beliebigen Zwischenstellung befindet.

Regelbetrieb der hydraulischen Maschine:

[0020] Der Notschlussumstellschieber 71 befindet sich in der Stellung gemäß Figur 1, da das Notschlussmagnetventil 72 erregt ist.

[0021] So lange die Position des Hydraulikzylinders 6 gehalten werden soll, befinden sich die vom Regler der hydraulischen Maschine angesteuerten Vorsteuermagnetventile 91, 92 im entregten Zustand. Dadurch sind die entsperrbaren Rückschlagventile 81, 82 in den Steuerleitungen zur Öffnen- bzw. Schließen-Seite des Hydraulikzylinders 6 ebenfalls geschlossen und der Zylinder 6 wird in seiner Position gehalten. In diesem Zustand wird der drehzahlvariable Antrieb 3 abgeschaltet, so dass keine Verlustenergie (Wärme) in das System eingebracht wird. Dadurch kann prinzipiell auf eine Ölkühlung verzichtet werden, was den Vorteil einer deutlich besseren Energieeffizienz bietet.

[0022] Wird nun ein Regelvorgang notwendig (z.B. Sollwertänderung oder die Regelabweichung überschreitet einen bestimmten Wert (Totband)), werden die Vorsteuerventile 91 und 92 über den Regler erregt, was zum Öffnen der entsperrbaren Rückschlagventile führt. Jetzt kann der Hydraulikzylinder direkt über den drehzahlvariablen Pumpenantrieb 3 positioniert werden. Falls der Hydraulikzylinder 6 als Gleichgangzylinder ausgefertigt ist, wird durch die Pumpenanordnung 2 die gleiche Ölmenge saugseitig geschluckt wie druckseitig in den Zylinder eingebracht. In diesem Fall haben die beiden Pumpen der Pumpenanordnung 2 identische Fördervolumina. Falls der Hydraulikzylinder 6 als Differentialzylinder ausgefertigt ist, wird das Fördervolumen-Verhältnis der beiden Pumpen der Pumpenanordnung 2 so genau wie möglich an den Differentialzylinder angepasst. Die während des Verfahrens des Hydraulikzylinders 6 entstehende Differenz-Ölmenge kann über die entsprechenden am Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 angeschlossenen Saugleitungen bzw. ein geringes Pendelvolumen am Speicher 5 ausgeglichen werden. In Bezug auf die Konfiguration aus Figur 1 kann dazu das Pumpenvolumen der oberen Pumpe größer als benötigt ausgelegt sein, da die überschüssige Menge an Hydraulikflüssigkeit beim Schließen des Hydraulikzylinders 6 über das Rückschlagventil 14 in den Speicher gedrückt wird. In der Anderen Drehrichtung der Welle wird die überschüssige Menge vom Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 bereitgestellt und wieder aufgenommen. Es ist klar, dass auf diese Weise bei jeder Bewegung des Hydraulikzylinders 6 in Schließen-Richtung der Speicher 5 etwas geladen wird. Durch ein (in Figur 1 nicht dargestelltes) Überdrückventil oder über optional vorhandene zusätzliche Verbraucher (Anschluss 40) kann eine Überladung des Speichers 5 verhindert werden.

[0023] Nach Erreichen der gewünschten Position werden die Vorsteuerventile 91, 92 entregt, wodurch der Zylinder 6 wieder ohne Aufbringung von Energie in seiner Position gehalten werden kann. Es ist zu erwähnen, dass das Speichervolumen im Vergleich mit konventionellen Systemen nicht mehr zu Regelzwecken verwendet wird, da diese Aufgabe komplett von der Pumpenanordnung 2 übernommen wird. Somit kann das Speichervolumen und so die Speichergröße drastisch reduziert werden. Dieses führt zusätzlich auch zu einem kleineren Sammel- und Ausgleichsbehälter 1, wodurch insgesamt die Kosten reduziert werden können.

[0024] Um die Vorrichtung gegen einen unzulässig hohen Druck abzusichern, können optional Druckbegrenzungsventile 30, 31 installiert sein, von denen jeweils eines an eine der Leitungen zwischen den entsperrbaren Rückschlagventilen (81, 81) und dem Notschlussumstellschieber (71) angeschlossen ist

Notschluss:

[0025] Um in einem Fehlerfall ein sicheres Stilllegen der hydraulischen Maschine gewährleisten zu können, ist eine Notschlussfunktion implementiert, die es erlaubt, die Anlage ohne Stromversorgung (oder bei einem Defekt des drehzahlvariablen Antriebs 3) herunterzufahren. Im Notschlussfall wird das im Betrieb dauererregte Notschlussmagnetventil 72 entregt, worauf der Notschlussumstellschieber 71 in die in Bezug auf Figur 1 andere Stellung geschoben wird. Somit wird aus dem "quasi-geschlossenen" hydraulischen Regelkreislauf ein offener Kreislauf. Der Speicher 5 ist mit der Schließen-Seite des Hydraulikzylinders 6 verbunden, wobei die Öffnen-Seite jetzt in den Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 abgesteuert wird. Gleichzeitig wird auch der Druck zu den Vorsteuerventilen 91, 92 entlastet, so dass die entsperrbaren Rückschlagventile 81, 82 schließen.

[0026] In diesem offenen Kreislauf liefert der Speicher 5 ein definiertes Volumen innerhalb definierter Druckgrenzen. Daher lässt sich mit Hilfe der Grunddrossel 10 und einer zusätzlich in Reihe geschalteten Drossel 11 oder 12 sicher eine definierte Schließzeit einstellen. Werden tatsächlich zwei zusätzlich in Reihe geschaltete Drosseln 11 und 12 verwendet, so ergibt sich dadurch eine größere Flexibilität und eine größere Robustheit gegenüber z.B. einem Leitungsbruch in der Leitung zwischen der Notschlussumstellschieber 71 und dem Speicher 1, da sich die zusätzliche Drosselwirkung auf zwei Drosseln verteilt, von denen nur eine (12) durch den Leitungsbruch ausfällt.

[0027] Durch die Grunddrossel 10 entsteht beim Verfahren des Hydraulikzylinders 6 ein Staudruck, gegen den die Pumpenanordnung 2 wirkt, und der daher in gewissen Grenzen gehalten werden muss (einzuhaltende Nenndrücke der Leitungen und Komponenten, Leistung des Pumpenantriebs 3 etc.). Daher ist eine individuelle Auslegung der einzelnen Drosseln 10, 11, 12 notwendig. Dabei muss im Vordergrund stehen, dass immer der größtmögliche Anteil der Gesamtdrosselwirkung und damit der Schließzeit über die Grunddrossel 10 realisiert werden muss. Das hat u.a. den Grund, dass durch die Anordnung der Grunddrossel 10 direkt in der Öffnen-Seite des Hydraulikzylinders 6 auch bei z.B. Leitungsbruch der Öffnen-Steuerseite (d.h. der Leitung zwischen Grunddrossel 10 und der Pumpenanordnung 2) eine Begrenzung der Schließzeit gewährleistet ist.

[0028] Dadurch, dass der Speicher 5 über die Leitung mit dem Rückschlagventil 14 mit der Schließen-Seite des Zylinders 6 verbunden ist, würde sogar in dem Fehlerfall, dass der Pumpenantrieb 3 eine höhere als die definierte maximale Drehzahl Richtung Schließen annähme, die Stellzeit über die Grunddrossel 10 begrenzt werden. Es würde sich lediglich der Druck im Speicher 5 durch eine erhöhte Pumpenfördermenge langsam erhöhen.

Speicherlade-Funktion:

[0029] Der Speicher 5 wird auf seinen Füllgrad bzw. seinen Systemdruck mittels entsprechender Niveau- und Drucksensoren überwacht. Das Ölvolumen und der Druck im Speicher 5 werden im Betrieb unabhängig von der Stellung des Hydraulikzylinders 6 auf einem definierten maximalen Niveau gehalten. Dieses Niveau wird sich im Falle eines verwendeten Gleichgangzylinders (siehe oben), bzw. wenn keine weiteren externen Verbraucher am Speicher 5 über die optionale Anschlussstelle 40 angeschlossen sind, im Betrieb nicht oder nur sehr wenig ändern.

[0030] Um aber auch die Verwendung von Differenzialzylindern sowie externen Verbrauchern zu ermöglichen, kann der Speicher mittels des drehzahlvariablen Antriebs 3 und den elektrisch angesteuerten entsperrbaren Rückschlagventilen 81 und 82 unabhängig von der Stellung des Hydraulikzylinders 6 während des Betriebs aufgeladen werden.

[0031] Dazu müssen sich die Vorsteuermagnetventile 91 und 92 in entregtem Zustand befinden, wodurch auch die entsperrbaren Rückschlagventile 81 und 82 geschlossen sind. Die Pumpenanordnung 2 wird jetzt so angesteuert, dass diese in Richtung Schließen-Seite des Hydraulikzylinders 6 fördert. Die Position des Zylinders 6 ändert sich dadurch nicht, da das entsperrbare Rückschlagventil 81 in der Öffnen-Seite des Hydraulikzylinders 6 geschlossen ist und somit kein Öl aus dem Hydraulikzylinder 6 entweichen kann. In Schließen-Richtung kann das Rückschlagventil 82 aber durchströmt werden, wodurch sich der Druck erhöht und der Speicher 5 über die Leitung mit dem Rückschlagventil 14 geladen wird. Die dafür nötige Differenz-Ölmenge wird von der Pumpenanordung 2 über eine entsprechende Leitung vom Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 angesaugt. Ist die Leitung mit dem Rückschlagventil 14 an die Leitung von der Pumpenanordnung 2 zur Öffnen-Seite des Hydraulikzylinders 6 angeschlossen, so funktioniert das Laden analog. Dazu muss jedoch die Pumpenanordnung 2 so angesteuert werden, dass diese in Richtung Öffnen-Seite des Hydraulikzylinders 6 fördert.

[0032] Sollte während des Ladens ein Regelvorgang notwendig werden, hat dieser Priorität vor dem Ladevorgang. Das ist aus sicherheitstechnischer Sicht kein Problem, da ein entsprechender Schaltpunkt der Niveau- und Drucküberwachung dafür sorgt, dass für einen eventuellen Notschluss immer genügend Volumen bzw. Druck im Speicher vorhanden ist. Durch das Erregen der Vorsteuerventile 91 und 92 und die Ansteuerung des drehzahlvariablen Antriebs 3 ist es sofort wieder möglich Regelbewegungen auszuführen.

[0033] Die Speicher-Laden-Funktion ist während des normalen Betriebs und einem Stillstand der hydraulischen Maschine aktiv. So wird gewährleistet, dass immer die entsprechende Sicherheit für einen eventuellen Notschluss gegeben ist, sowie beim Start der hydraulischen Maschine diese schnellstmöglich verfügbar ist.

Optionale Schnell-Schließen-Funktion:

[0034] Normalerweise wird die Pumpenanordnung 2 bzgl. der Größe, Drehzahl und Leistung der Pumpen so ausgelegt, dass die für den jeweiligen Anwendungsfall geforderten Öffnen- und Schließzeiten des Hydraulikzylinders 6 allein über den Pumpenantrieb 3 verfahren werden können.

[0035] Wenn z.B. große Hydraulikzylinder-Volumina vorhanden sind und im Gegensatz zu den Schließzeiten die Öffnungszeiten deutlich länger sein dürfen, könnten, um die Dimension der Pumpenanordnung 2 und des Pumpenantriebes 3 so klein wie möglich zu halten (Platzverhältnisse, Ersatzteilkosten etc.), diese so ausgelegt werden, dass der Hydraulikzylinder 6 nur mit der minimalen Öffnungszeit verfahren werden kann.

[0036] Um dann eine schnellere Schließzeit (z.B. im Fall eines Wasserkraftreglers bei einem Lastabwurf) zu erreichen, ist optional das Schnell-Schließen-Magnetventil 20 vorgesehen, welches sich in derselben hydraulischen Leitung wie das Notschlussmagnetventil 72 befindet. Durch Beschalten dieses Ventils 20 kann nun das Speichervolumen genutzt werden, um zu schließen. Dabei wird das Schnell-Schließen-Magnetventil 20 erregt, wodurch der Notschlussumstellschieber 71 in die in Bezug auf Figur 1 andere Stellung geschoben wird. Gleichzeitig wird durch die Druckzufuhr zu den Vorsteuerventilen 91 und 92 hydraulisch getrennt, so dass auch die entsperrbaren Rückschlagventile 81 und 82 in den Steuerleitungen schließen. Die Pumpenanordnung 2 ist damit vom Hydraulikzylinder 6 vollständig entkoppelt.

[0037] Um z.B. nach einem Lastabwurf bei einer Wasserturbine die Möglichkeit zu haben, die Maschine wieder zu synchronisieren zu können, wird bei Erreichen einer definierten Öffnung das Schnell-Schließen-Ventil 20 wieder entregt. Gleichzeitig wird die "Fein-Regelung" jetzt wieder an den drehzahlvariablen Pumpenantrieb 3 übergeben, und die Maschine kann wieder synchronisiert werden.

[0038] Da durch einen Schnellschluss der Speicher 5 entleert wird, sollte in dieser Situation der Speicher 5 so schnell wie möglich wieder aufgefüllt werden. Da während und nach Abschluss des Synchronisierungsvorgangs und erneutem Auffahren der Turbine auf die entsprechende Zylinderstellung der Regler aktiv ist und dadurch die Pumpenanordnung 2 nicht zum Laden des Speichers 5 genutzt werden darf, kann in diesem Fall folgendermaßen vorgegangen werden:
Während die Pumpenanordnung 2 den Hydraulikzylinder 6 auf die entsprechende Öffnung auffährt, befinden sich die Vorsteuermagnetventile 91 und 92 im entregten Zustand. Somit kann das öffnen-seitige Rückschlagventil 82 durchströmt werden, das schließen-seitige Rückschlagventil 81 bleibt gesperrt. Dadurch wird das beim Auffahren verdrängte Öl aus dem Hydraulikzylinder 6 über die Leitung mit dem Rückschlagventil 14 zurück in den Speicher 5 gedrückt. Die dafür nötige Ölmenge wird von der Pumpenanordnung 2 über die entsprechende Leitung vom Sammel- und Ausgleichsbehälter 1 angesaugt. Hat der Speicher 5 seinen Nenn-Füllgrad erreicht, werden die entsprechenden Rückschlagventile 81 und 82 geöffnet und der Hydraulikzylinder 6 kann ohne weiteres Füllen des Speichers 5 auf seine Endposition gefahren werden.

Heizen-Funktion:

[0039] Bei Unterschreiten eines definierten Öltemperaturwertes wird die Regelung über die Pumpenanordnung 2 durch das Öffnen der entsperrbaren Rückschlagventile 81 und 82 initiiert. Dadurch entsteht Wärme die zum Aufheizen des Systems genutzt wird.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Regeln einer hydraulischen Maschine umfassend eine Pumpenanordnung (2), einen drehzahlvariablen Pumpenantrieb (3), einen Speicher (5), einen Hydraulikzylinder (6), zwei entsperrbare Rückschlagventile (81, 82) und zwei Vorsteuerventile (91, 92) zum Entsperren der Rückschlagventile (81, 82), wobei die Pumpenanordnung (2) zwei Pumpen mit umkehrbarer Förderrichtung umfasst, welche mit dem drehzahlvariablen Pumpenantrieb (3) so verbunden sind, dass die Pumpen in beiden Förderrichtungen durch den Pumpenantrieb (3) angetrieben werden können, und die Vorrichtung ferner einen Sammel- und Ausgleichsbehälter (1), ein Notschlussmagnetventil (72), einen Notschlussumstellschieber (71), ein Rückschlagventil (14) und wenigstens 2 Drosseln (10, 11, 12) umfasst, wobei der Notschlussumstellschieber (71) so ausgeprägt und so mit der Pumpenanordnung (2), dem Hydraulikzylinder (6), dem Sammel-und Ausgleichsbehälter (1) und dem Speicher (5) verbunden ist, dass in einer ersten Stellung des Notschlussumstellschiebers (71) ein erster Anschluss der ersten Pumpe mit der Öffnen-Seite und ein erster Anschluss der zweiten Pumpe mit der Schließen-Seite des Hydraulikzylinders (6) verbunden und Speicher (5) und Sammel- und Ausgleichsbehälter (1) vom Hydraulikzylinder (6) entkoppelt sind, und in einer zweiten Stellung des Notschlussumstellschiebers (71) der Sammel- und Ausgleichsbehälter (1) mit der Öffnen-Seite und der Speicher (5) mit der Schließen-Seite des Hydraulikzylinders (6) verbunden und die Pumpenanordnung (2) vom Hydraulikzylinder (6) entkoppelt sind, und wobei ferner die verbleibenden Anschlüsse der Pumpen jeweils mit dem Sammel- und Ausgleichsbehälter (1) verbunden sind, so dass in einer Antriebsrichtung des Pumpenantriebs (3) die erste Pumpe Hydraulikflüssigkeit vom Sammel- und Ausgleichsbehälter (1) in Richtung des Hydraulikzylinders (6) und die zweite Pumpe Hydraulikflüssigkeit von Seiten des Hydraulikzylinders (6) in den Sammel- und Ausgleichbehälter (1) fördern können, und wobei sich jeweils ein entsperrbares Rückschlagventil (81, 82) in einer der Leitungen von den Pumpen zum Hydraulikzylinder (6) befinden und so ausgerichtet sind, dass in jedem Zustand der Rückschlagventile (81, 82) Hydraulikflüssigkeit in Richtung zum Hydraulikzylinder (6) durchgelassen werden kann, und die Vorrichtung ferner Leitungen umfasst, welche den Speicher (5) jeweils mit den beiden Rückschlagventilen (81, 82) und dem Notschlussumstellschieber (71) verbinden, um die Rückschlagventile (81, 82) entsperren und den Notschlussumstellschieber (71) in der ersten Stellung halten zu können, wobei diese Leitungen wenigstens über ein Teilstück eine einzige Leitung bilden, in welchem Teilstück das Notschlussmagnetventil (72) angeordnet ist, um während dem Betrieb der hydraulischen Anlage permanent erregt und in dieser Stellung durchgängig zu sein, und wobei die Vorsteuerventile (91, 92) jeweils in den separat verlaufenden Teilstücken der Leitungen zwischen dem Speicher (5) und den Rückschlagventilen (81, 82) angeordnet und elektrisch ansteuerbar ausgebildet sind, und wobei sich eine Drossel (10) in der Leitung zur Öffnen-Seite des Hydraulikzylinders (6) befindet, um bei jeder Bewegung des Hydraulikzylinders (6) von Hydraulikflüssigkeit durchflossen zu werden, und sich die andere Drossel (11, 12) entweder in der Leitung zwischen dem Sammel- und Ausgleichsbehälter (1) und dem Notschlussumstellschieber (71) oder in der Leitung zwischen dem Speicher (5) und dem Notschlussumstellschieber (71) befindet, und wobei das Rückschlagventil (14) so in einer Leitung angeordnet ist, die eine der Leitungen von der Pumpenanordnung (2) zum Hydraulikzylinder (6) mit dem Speicher (5) verbindet, dass keine Hydraulikflüssigkeit vom Speicher (5) her das Rückschlagventil (14) passieren kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine weitere Drossel (11, 12) umfasst, welche sich entweder in der Leitung zwischen dem Sammel- und Ausgleichsbehälter (1) und dem Notschlussumstellschieber (71) oder in der Leitung zwischen dem Speicher (5) und dem Notschlussumstellschieber (71) befindet.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei Druckbegrenzungsventile (30, 31) umfasst, von denen jeweils eines an eine der Leitungen zwischen den entsperrbaren Rückschlagventilen (81, 82) und dem Notschlussumstellschieber (71) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein elektrisch ansteuerbares Magnetventil (20) umfasst, welches in derselben Leitung angeordnet ist wie das Notschlussmagnetventil (72) und so ausgebildet ist, dass es bei elektrischer Erregung den Notschlussumstellschieber (71) in die zweite Stellung schieben und die Vorsteuerventile (91, 92) vom Speicher (5) entkoppeln kann.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Anschlussstelle (50) für weitere Notschlussventile umfasst, welche in derselben Leitung angeordnet ist wie das Notschlussmagnetventil (72).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Anschlussstelle (40) für weitere Verbraucher von Hydraulikflüssigkeit umfasst, welche in der Leitung vom Speicher (5) zum Notschlussumstellschieber (71) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder (6) als Gleichgangzylinder ausgefertigt ist, und die Pumpen der Pumpenanordnung (2) die gleiche Menge Hydraulikflüssigkeit pro Umdrehung fördern.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder (6) als Differentialzylinder ausgefertigt ist, und die Pumpen der Pumpenanordnung (2) unterschiedliche Mengen Hydraulikflüssigkeit pro Umdrehung fördern, wobei das Fördermengenverhältnis an das Volumenverhältnis des Hydraulikzylinders (6) bzgl. Schließen- und Öffnen-Seite angepasst ist.

Claims

1. Device for regulating a hydraulic machine, comprising a pump arrangement (2), a variable-rotational-speed pump drive (3), an accumulator (5), a hydraulic cylinder (6), two unblockable check valves (81, 82), and two pilot-control valves (91, 92) for unblocking the check valves (81, 82), wherein the pump arrangement (2) comprises two pumps with reversible delivery direction, which are connected to the variable-rotational-speed pump drive (3) in such a way that the pumps can be driven by the pump drive (3) in both delivery directions, and the device furthermore comprising a collecting and compensation vessel (1), an emergency closure solenoid valve (72), an emergency closure switching slide (71), a check valve (14) and at least 2 throttles (10, 11, 12), wherein the emergency closure switching slide (71) is configured, and is connected to the pump arrangement (2), the hydraulic cylinder (6), the collecting and compensation vessel (1) and the accumulator (5), in such a way that, in a first position of the emergency closure switching slide (71), a first connection of the first pump is connected to the opening side, and a first connection of the second pump is connected to the closure side of the hydraulic cylinder (6) and the accumulator (5) and the collecting and compensation vessel (1) are decoupled from the hydraulic cylinder (6), and in a second position of the emergency closure switching slide (71), the collecting and compensation vessel (1) is connected to the opening side, and the accumulator (5) is connected to the closure side, of the hydraulic cylinder (6) and the pump arrangement (2) is decoupled from the hydraulic cylinder (6), and wherein furthermore the remaining connections of the pumps are respectively connected to the collecting and compensation vessel (1) such that, in a drive direction of the pump drive (3), the first pump can deliver hydraulic fluid in the direction of the hydraulic cylinder (6) from the collecting and compensation vessel (1) and the second pump can deliver hydraulic fluid into the collecting and compensation vessel (1) from the sides of the hydraulic cylinder (6), and wherein respectively one unblockable check valve (81, 82) is situated in one of the lines from the pumps to the hydraulic cylinder (6) and is oriented in such a way that, in each state of the check valves (81, 82), hydraulic fluid can be passed through in the direction of the hydraulic cylinder (6), and the device furthermore comprising lines which connect the accumulator (5) respectively to the two check valves (81, 82) and the emergency closure switching slide (71), in order for it to be possible to unblock the check valves (81, 82) and to keep the emergency closure switching slide (71) in the first position, wherein said lines form, at least over a section, a single line, in which section the emergency closure solenoid valve (72) is arranged in order, during the operation of the hydraulic system, to be permanently excited and to be open in this position, and wherein the pilot-control valves (91, 92) are respectively arranged in the separately running sections of the lines between the accumulator (5) and the check valves (81, 82) and are designed to be electrically actuatable, and wherein one throttle (10) is situated in the line to the opening side of the hydraulic cylinder (6) in order, during each movement of the hydraulic cylinder (6), to be flowed through by hydraulic fluid, and the other throttle (11, 12) is situated either in the line between the collecting and compensation vessel (1) and the emergency closure switching slide (71), or in the line between the accumulator (5) and the emergency closure switching slide (71), and wherein the check valve (14) is arranged in a line, which connects one of the lines from the pump arrangement (2) to the hydraulic cylinder (6) with the accumulator (5), in such a way that no hydraulic fluid from the accumulator (5) can pass through the check valve (14).

2. Device according to Claim 1, characterized in that the device comprises a further throttle (11, 12) which is situated either in the line between the collecting and compensation vessel (1) and the emergency closure switching slide (71), or in the line between the accumulator (5) and the emergency closure switching slide (71) .

3. Device according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the device comprises two pressure-limiting valves (30, 31), of which respectively one is connected to one of the lines between the unblockable check valves (81, 82) and the emergency closure switching slide (71).

4. Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the device comprises an electrically actuatable solenoid valve (20), which is arranged in the same line as the emergency closure solenoid valve (72) and is designed in such a way that, in the event of electrical excitation, it can push the emergency closure switching slide (71) into the second position and can decouple the pilot-control valves (91, 92) from the accumulator (5).

5. Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the device comprises a connection point (50) for further emergency closure valves, which is arranged in the same line as the emergency closure solenoid valve (72).

6. Device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the device comprises a connection point (40) for further consumers of hydraulic fluid, which is arranged in the line from the accumulator (5) to the emergency closure switching slide (71).

7. Device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the hydraulic cylinder (6) is in the form of a synchronous cylinder, and the pumps of the pump arrangement (2) deliver the same amount of hydraulic fluid per revolution.

8. Device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the hydraulic cylinder (6) is in the form of a differential cylinder, and the pumps of the pump arrangement (2) deliver different amounts of hydraulic fluid per revolution, wherein the delivery amount ratio is matched to the volume ratio of the hydraulic cylinder (6) in relation to the closure and opening sides.

Revendications

1. Dispositif de régulation d'une machine hydraulique, ledit dispositif comprenant un ensemble de pompes (2), un entraînement de pompe à vitesse variable (3), un accumulateur (5), un cylindre hydraulique (6), deux soupapes anti-retour déblocables (81, 82) et deux soupapes pilotes (91, 92) destinées à débloquer les soupapes anti-retour (81, 82), l'ensemble de pompes (2) comprenant deux pompes à sens de transport réversible qui sont reliées à l'entraînement de pompe à vitesse variable (3) de sorte que les pompes puissent être entraînées dans les deux sens de transport par l'entraînement de pompe (3), et le dispositif comprenant en outre un récipient de collecte et de compensation (1), une électrovanne à fermeture d'urgence (72), un tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71), une soupape anti-retour (14) et au moins 2 étranglements (10, 11, 12), le tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71) étant caractérisé et relié à l'ensemble de pompe (2), au cylindre hydraulique (6), au récipient de collecte et de compensation (1) et à l'accumulateur (5) de manière à ce que, dans une première position du tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71), un premier raccord de la première pompe soit relié au côté ouverture et un premier raccord de la deuxième pompe soit relié au côté fermeture du cylindre hydraulique (6) et l'accumulateur (5) et le récipient de collecte et de compensation (1) soient désaccouplés du cylindre hydraulique (6) et, dans une deuxième position du tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71), le récipient de collecte et de compensation (1) soit relié au côté ouvert et l'accumulateur (5) soir relié au côté fermé du cylindre hydraulique (6) et l'ensemble de pompes (2) soit désaccouplé du cylindre hydraulique (6) et les autres raccords des pompes étant chacun reliés au réservoir de collecte et de compensation (1) de sorte que, dans un sens d'entraînement de la pompe d'entraînement (3), la première pompe puisse transporter du fluide hydraulique du réservoir de collecte et de compensation (1) en direction du cylindre hydraulique (6) et la deuxième pompe puisse transporter du fluide hydraulique du cylindre hydraulique (6) jusque dans le récipient de collecte et de compensation (1), et une soupape anti-retour déblocable (81, 82) étant placée dans chacune des conduites allant des pompes au cylindre hydraulique (6) et étant orientée de manière que le fluide hydraulique puisse être transmis en direction du cylindre hydraulique (6) dans chaque état des soupapes anti-retour (81, 82), et le dispositif comprenant en outre des conduites qui relient l'accumulateur (5) à chacune des deux soupapes anti-retour (81, 82) et au tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71) pour pouvoir débloquer les soupapes anti-retour (81, 82) et maintenir le tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71) dans la première position, ces conduites formant une seule conduite au moins sur une partie dans laquelle l'électrovanne à fermeture d'urgence (72) est disposée pour être excitée en permanence pendant le fonctionnement du système hydraulique et pour être passante dans cette position, et les soupapes pilotes (91, 92) étant chacune disposées dans les parties, fonctionnant séparément, des conduites entre l'accumulateur (5) et les soupapes anti-retour (81, 82) et étant conçues pour être commandées électriquement, et un étranglement (10) étant placé dans la conduite menant au côté ouverture du cylindre hydraulique (6) de façon à être traversé par le fluide hydraulique à chaque mouvement du cylindre hydraulique (6), et l'autre étranglement (11, 12) étant placé dans la conduite entre le récipient de collecte et de compensation (1) et le tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71) ou dans la conduite entre l'accumulateur (5) et le tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71), et la soupape anti-retour (14) étant disposée dans une conduite qui relie l'une des conduites, allant de l'ensemble de pompes (2) au cylindre hydraulique (6), à l'accumulateur (5) de manière à ce qu'aucun fluide hydraulique provenant de l'accumulateur (5) ne puisse passer dans la soupape anti-retour (14).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comprend un autre étranglement (11, 12) qui est placé soit dans la conduite entre le récipient de collecte et de compensation (1) et le tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71) soit dans la conduite entre l'accumulateur (5) et le tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71).

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif comprend deux soupapes de limitation de pression (30, 31) dont l'une est reliée à l'une des conduites entre les soupapes anti-retour déblocables (81, 82) et le tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif comprend une électrovanne à commande électrique (20) qui est disposée dans la même conduite que l'électrovanne à fermeture d'urgence (72) et est conçue de façon à commuter, lorsqu'elle est excitée électriquement, le tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71) dans la deuxième position et à pouvoir désaccoupler les soupapes pilotes (91, 92) de l'accumulateur (5).

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif comprend un point de raccordement (50) destiné à d'autres soupapes à fermeture d'urgence et disposé dans la même conduite que l'électrovanne à fermeture d'urgence (72).

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif comprend un point de raccordement (40) destiné à d'autres consommateurs de fluide hydraulique et disposé dans la conduite allant de l'accumulateur (5) au tiroir d'inversion à fermeture d'urgence (71).

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le cylindre hydraulique (6) est réalisé sous la forme d'un cylindre synchrone et les pompes de l'ensemble de pompes (2) transportent la même quantité de fluide hydraulique par tour.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le cylindre hydraulique (6) est réalisé sous la forme d'un cylindre différentiel et les pompes de l'ensemble de pompes (2) transportent différentes quantités de fluide hydraulique par tour, le rapport des quantités transportées étant adapté au rapport de volumes du cylindre hydraulique (6) relativement aux côtés de fermeture et d'ouverture.

Zeichnung