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Vorrichtung zur hydraulischen Fernanzeige der Stellung von Schiebern,
Ventilen oder Klappen; insbesondere auf Tankschiffen Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur hydraulischen Fernanzeige der Stellung von Schiebern, Ventilen oder
Klappen, insbesondere auf Tankschiffen, die durch einen über zwei Arbeitsleitungen
gesteuerten Hydraulikantrieb betätigt werden, bei der in Abhängigkeit von der Stellung
des Verschlußteiles die Spannung der Feder eines Druckminderventils verändert wird,
dessen Eingang mit einer Druckquelle; dessen Ausgang mit einem Druckmesser und dessen
Leckölabfluß mit einer Leckölrückführleitung verbunden ist.
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Insbesondere auf Tankschiffen, bei denen die Entwicklung zu einer
Zusammenfassung aller Steuer-und Anzeigegeräte in einen gemeinsamen Kontrollraum
führt, in dessen Nähe auch die Druckölanlage angeordnet ist, ergeben sich erhebliche
Leitungslängen, die bei den heutigen Tankschiffgrößen für jede Einzelleitung weit
mehr als 100 m betragen können. Da aus Gründen der Korrosionsfestigkeit zumindest
die an Deck und in den Laderäumen verlaufenden Leitungen im allgemeinen aus hochwertigem
und entsprechend teuerem Material, vorzugsweise Aluminiumbronze, bestehen, stellen
diese Leitungen einen erheblichen Kostenfaktor dar.
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Es sind zwar bereits hydrostatische Fernanzeigesysteme bekannt, die
mit einer einzigen geschlossenen Verbindungsleitung zwischen einem Geber an dem
Hydraulikantrieb und dem Anzeigegerät auskommen. Derartige hydrostatische übertragungssysteme
sind jedoch temperaturempfindlich und damit für die übertragung von Meßwerten über
die angeführten Entfernungen und bei den starken Temperaturschwankungen unter denen
sie insbesondere auf Schiffen arbeiten müssen, ungeeignet.
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Ziel der Erfindung ist es, bei Vorrichtungen der Ausgangsbauart die
Zahl der benötigten Leitungen zu verringern.
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Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß bei Stillstand
des Antriebes beide Arbeitsleitungen unter Druck stehen und daß der Eingang des
am Antrieb angeordneten Druckminderventils über selbsttätig umschaltende, gleichfalls
am Antrieb angeordnete Ventile mit der bzw. den druckführenden Arbeitsleitungen
verbunden ist.
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Als selbsttätig umschaltende Ventile werden vorzugsweise entweder
zwei Rückschlagventile vorgesehen oder ein Doppelrückschlagventil.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Anzeige der Stellung einer
Klappe, die durch einen Hydraulikzylinder mit fliegend angeordnetem Kolben angetrieben
wird, der auf seiner Mantelfläche mit einer Verzahnung versehen ist, die mit einem
die Abtriebswelle tragenden Ritzel im Eingriff steht, ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Ritzelwelle auf ihrer der Klappe abgewandten Stirnseite einen Steuernocken
trägt, der über einen Stößel die Federvorspannung des Druckminderventils in Abhängigkeit
von der Winkelstellung des Antriebs verändert.
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Vorzugsweise ist der Meßdruek für eine , der Klappenendstellungen
einstellbar.
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Um auf dem die jeweilige Klappenstellung anzeigenden Manometer gleichzeitig
eine -Anzeige für den Betriebszustand der Hydraulikstation zu geben, ist es zweckmäßig,
den für eine Klappenendstellung eingestellten Meßdruck größer als 1 atü zu wählen.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht
und nachstehend beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine schematische übersicht über
die Anordnung hydraulischer Klappenantriebe und der Stellungsanzeige in Verbindung
mit den Steuerventilen und der Hydraulikstation, F i g. 2 einen teilweisen Längsschnitt
einer in einer Ladeleitung angeordneten Klappe, F i g. 3 einen Längsschnitt durch
einen schematisch dargestellten Klappenantrieb, einschließlich eines Gebers für
die Stellungsanzeige, F i g. 4 einen Schnitt V-V der F i g. 3, F i g. 5 das Hydraulikschema
eines Klappenantriebes und des Gebers für die StOllungsanzeige, F i g. 6 eine Abwandlung
der F i g: 5, F i g. 7 ein Ausführungsbeispiel für die Skala, des Anzeigegerätes
für die Klappenstellung, In der Darstellung nach F i g: 1 sind Klappend in Ladeleitungen
2, beispielhaft für weitere Laderäume,
schematisch angeordnet. HydraulischE
Antriebe 3 befinden sich unmittelbar an der Klappen.
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Ebenfalls beispielhaft für weitere gleiche Gerät( sind die zu je einem
Antrieb gehörenden Steuerventile 4 und Anzeigegeräte 5 für die Klappenstellungen
in einem zentralen Bedienungs- unc Kontrollraum dargestellt.
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Die Steuerventile 4 ermöglichen drei Stellunger (Halt, Öffnen und
Schließen).
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Das für den Betrieb des Antriebs erforderliche Drucköl wird von einer
Druckölstation 6 erzeugt; die zweckmäßig nach dem System eines hydraulischen Akkumulators
arbeitet. Der zulässige Höchstdruck wird durch ein Überdruckventil begrenzt.
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Durch die Druckleitung 7 gelangt das Drucköl an die Steuerventile
4; über die Leitung 8 wird das Rücköl von den Steuerventilen in den Tank der Hydraulikstation
zurückgeführt.
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Von einem Steuerventil 4 führen zwei Arbeitsleitungen 9 und 10 zum
Klappenantrieb 3. Vom Antrieb führt eine Meßleitung 11 zum Stellungsanzeigegerät
5 im Kontrollraum und eine Entlastungsleitung 12 bis zum Deck, wo sie in eine Sammelleitung
13 für alle anderen Entlastungsleitungen 12 einmündet. Die Entlastungssammelleitung
endet im Tank der Hydraulikstation 6.
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Die Welle 14 der Klappe 1 (F i g. 2) ist mit der Welle 15 des Antriebs
3 (F i g. 3 und 4) mechanisch verbunden. Als Antrieb dient vorzugsweise ein an sich
bekannter Schwenkantrieb, der im wesentlichen aus einem in den zylindrischen Teilen
16 und 17 eines Gehäuses 18 axial beweglichen Kolbens 19 und einem im gleichen Gehäuse
gelagerten und mit der Welle 15 des Antriebs fest verbundenen Ritzels 20 besteht,
welches mit einer zwischen beiden Stirnseiten des Kolbens 19 angebrachten Verzahnung
im Eingriff steht.
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Die Stirnseiten 21 und 22 des Kolbens 9 sind im zylindrischen Teil
des Gehäuses mit bekannten Mitteln abgedichtet. Eine wechselweise Beaufschlagung
der einen oder anderen Stirnseite mit Drucköl bewirkt eine axiale Verschiebung des
Kolbens. An der Welle 15 entsteht somit eine für die Betätigung der Klappe geeignete
Drehbewegung.
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Die Drehbewegung findet ihre Begrenzung durch Anschlagen der Kolbenstirnseite
an den Deckeln 23 oder 24.
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Die Blockierung der Klappe beim Stillstand in jeder beliebigen Stellung
bewerkstelligt ein an sich bekannter sogenannter Sperrblock 25. Er besteht aus zwei
sieh auf einer Achse gegenüberliegenden und nach außen öffnenden Ventilen 26 und
27, zwischen denen ein frei fliegender Kolben 28 angeordnet ist. Die Ventile werden
durch Federkraft geschlossen; die Querschnittsfläche des frei fliegenden Kolbens
ist größer als der Querschnitt eines Ventilsitzes.
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Der Sperrblock ist in den Arbeitsleitungen 9 und 10 sowie deren jeweils
zu einem Zylinderraum 16 und 17 des Schwenktriebes führenden Fortsetzungen 29 und
30 angeordnet, derart, daß jede der Arbeitsleitungen und ihre Fortsetzung durch
eines der Ventile, in Richtung vom Antrieb 3 zum Steuerventil, gesperrt wird.
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Beim Stillstand der Klappe (Steuerventil 4 in der in F i g. 1 gezeichneten
Stellung) sind beide Ventile 26, 27 des Sperrblockes 25 durch Federkraft geschlossen.
Der Kolben 19 des Antriebes 3 ist somit verriegelt, da die Ventile 26, 27 die Leitungen
9 und 10 absperren, so daß aus keinem der Zylinderräume 16 und 17 Öl ausgeschöben
werden kann.
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Mit Rücksicht auf die Ölversorgung des später c beschriebenen Gebers
für die Stellungsanzeige ist die Schaltstellung »Halt« des Steuerventils 4. so aus:
gebildet, daß der Betriebsdruck der Drucktilstation in beiden Arbeitsleitungen ansteht.
Dadurch wird in Verbindung mit einem ebenfalls später besehriebe@-nen Doppelrückschlagventil31
eine Leitung eingespart, durch die der Geber für die Stellungsanzeige permanent
mit Drucköl versorgt wird.
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Die Schließwirkung des Sperrblockes 25 und damit die Blockierung der
Klappe wird von der gleichzeitigen Unterdrucksetzung beider Arbeitsleitungen nicht
beeinflußt Der Druck ist in beiden Zylinderräumen 16 und 17 des Antriebes vorhanden.
Dennoch ist der Antrieb im Gleichgewicht, da beide Stirnflächen des Kolbens gleich
groß sind.
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Mit Betätigung des Steuerventils 4 in die Schaltstellung I
oder II wird eine der Arbeitsleitungen 9, 10 drucklos, während die andere
unter Druck bleibt Von dem jeweiligen Druckgefälle zwischen diesen beiden Leitungen
wird der frei fliegende Kolben 28 des Sperrblockes erfaßt; so daß er in Richtung
auf die drucklose Leitung 9 bzw. 10 ausweicht und das in der drucklosen Leitung
befindliche Ventil 26 bzw. 27 des Sperrblockes öffnet. Während das andere Ventil
27 bzw. 26 vom Drucköl unmittelbar geöffnet wird, welches nunmehr in einen Zylinderraum
des Antriebes eindringt; entweicht aus dem anderen Zylinderraum Öl durch das durch
den frei fliegenden Kolben geöffnete Ventil in die druQklose Leitung; so daß eine
Bewegung des Kolbens 19 einsetzt.
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Die permanente Druckölentnahme zur Speisung des Gebers für die Stellungsanzeige
aus den beiden Arbeitsleitungen erfolgt mittels des Doppelrflekschlagventils 31,
das mit einem zwischen zwei gegenüberliegenden Ventilsitzen 33 und 34 frei beweglichen
kugelförmigen Verschlußstück 35 versehen ist. Die Ventilsitze sind durch Leitungen
36 und 37
mit den Arbeitsleitungen 9 und 10 verbunden;
die Leitung 38 ist an den zwischen den Ventilsitzen 33 und 34 befindlichen Raum
angeschlossen. Je nach den Druckzuständen in den Arbeitsleitungen 9:1e verschließt
das Verschlußstück 35 keine oder die eine oder die andere der beiden Leitungen 36
und 37, den Anschluß der Leitung 38 jedoch nie; so daß in der Leitung
38 stets der Betriebsdruck ansteht:. Die Leitung 38 kann ebenso durch die Anordnung
von zwei Rückschlagventilen 40 und 41 nach F i g. 6 permanent unter Druck
gehalten werden: Zur Regulierung der Klappenverstellgeschwindigkeit und zur Verhinderung
eines zu großen, für die Ölversorgung der Stellungsanzeige störend wirksam werdenden
Druckabfalles sind in den Leitungen 29
und 30 Drosseln 42 und
43 angeordnet.
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Die Klappe 1 ist als solche ein ausbalanciertes Verschlußstück zu
dessen Betätigung - mit Ausnehme der Schließstellung bei Klappen mit elastischer
Abdichtung - ein relativ geringes Drehmoment erforderlich ist. Ohne die Drosseln
42 oder 43 könnte sich daher die Klappe zu schnell verstellen bzw: ein für
die Stellungsanzeige zu großes Druckgefälle auftreten.
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Zur Erhöhung der Betriebssicherheit können in den Arbeitsleitungen
9,10 Schmutzfänger 44 od, dgl. aneeordnet sein.
Als Geber
für die Stellungsanzeige findet ein bekanntes Druckminderventil 32 Verwendung.
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Das Druckminderventil, dessen Einzelheiten nachstehend unter Bezug
auf F i g. 9 beschrieben werden, erzeugt einen auf einen Eingangsdruck bezogenen
geminderten Druck, dessen Größe von der Klappenstellung abhängig ist. Dieser geminderte
Druck-im folgenden als Meßdruck bezeichnet-wird durch eine dünne Meßleitung 11 dem
Druckmesser 5 zugeführt, welcher als Stellungsanzeiger dient.
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Das Druckminderventil hält den Meßdruck unabhängig von Temperatureinflüssen
auf die Meßleitung in seiner jeweiligen Größe konstant.
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An den Buchsenbohrungen 45 ist der Betriebsdruck aus der Leitung 38
wirksam. Die Buchsenbohrungen 46 stehen über einen Kanal 47 mit dem Federraum 48
und weiter über einen Kanal 49 mit dem Ritzelraum 50 des Antriebsgehäuses in Verbindung,
an welchem die Entlastungsleitung 12 angeschlossen ist, durch welche das aus dem
Druckminderventil austretende Lecköl abgeführt wird. Im Ritzelraum wirkt das Lecköl
gleichzeitig zur Schmierung.
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Auf eine Stirnseite des in der Buchse 51 leicht verschiebbaren Steuerkolbens
52 wirkt die Kraft einer Druckfeder 53, die über einen Schaltnocken 54 od. dgl.
und über einen Stößel 55, in Abhängigkeit der Winkelstellung der Welle 15 und damit
der Klappenstellung unter Spannung gesetzt wird. Die entgegengesetzte Stirnseite
des Kolbens 52 ist durch Bohrungen 56 und 57 mit dem Anschluß 58 verbunden, an welchem
die Meßleitung 11 angeschlossen ist.
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In der in F i g. 4 gezeichneten Stellung des Kolbens 52 verschließt
dieser die Bohrungen 45 und 46 mit kleinen positiven überdeckungen. Der Meßdruck
ist dabei so groß, daß er, durch die Bohrungen 56 und 57 auf der der Feder gegenüberliegenden
Stirnseite des Kolbens wirksam, eine der augenblicklichen Federkraft entsprechende
Gegenkraft am Kolben erzeugt, so daß dieser mit der Federkraft im Gleichgewicht
steht.
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Wird beispielsweise die Federkraft bei Betätigung des Antriebes durch
die Teile 54 und 55 erhöht, so wandert der Kolben vorübergehend geringfügig von
der Feder weg aus. Dadurch wird augenblicklich die Überdeckung des Steuerkolbens
an den Bohrungen 45 geringer, so daß Drucköl aus der Leitung 38 in
die Meßleitung 11 eindringt und hier eine Druckerhöhung bewirkt, die der Erhöhung
der Federkraft entspricht. Gleichzeitig wandert der Kolben unter dem Einfluß dieser
Druckerhöhung in die Mittellage zurück, so daß wieder der Gleichgewichtszustand
besteht.
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Umgekehrt weicht der Kolben bei einer Minderung der Federkraft geringfügig
auf die Feder zu aus, bis durch die damit eintretende Verbindung der Meßleitung
11 über die frei werdenden Bohrungen 46 zur Entlastungsleitung 12 eine der Federkraftminderung
entsprechende Meßdruckminderung eingetreten ist.
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Auf diese Weise kompensiert das Reduzierventil auch jede Meßdruckänderung,
die beispielsweise durch Temperatureinflüsse auf die Meßleitung entstehen könnten.
Steigender Druck in der Meßleitung würde ein Ausweichen des Kolbens in Richtung
auf die Feder und damit eine Verbindung der Meßleitung zur Entlastungsleitung bewirken;
fallender Druck in der Meßleitung bewirkt ein Ausweichen des Kolbens in entgegengesetzter
Richtung und damit ein Aufladen des Meßdruckes aus der Leitung 38 auf seinen Sollwert.
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Um auf dem die jeweilige Klappenstellung anzeigenden Druckmesser gleichzeitig
eine Anzeige für den Betriebszustand der Hydraulikstation zu geben, ist es zweckmäßig,
den Meßdruck für die Ausgangsstellung der Klappe anzuheben, beispielsweise auf einen
Wert von 5 atü. Bei dieser Arbeitsweise steht der Zeiger des Druckmessers - wie
aus F i g. 7 ersichtlich - bei arbeitender Hydraulikstation auf dem Symbol für die
Schließstellung der Klappe. Arbeitet die Hydraulikstation nicht, steht der Zeiger
auf dem '.Wert Null. Auf diese Weise ist die Bedienungsperson jeweils über den Betriebszustand
der Hydraulikstation informiert.
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Die Wahl eines angehobenen Meßdruckes hat gleichzeitig den Vorteil,
daß die bei niedrigen Drücken schwer vermeidlichen Meßungenauigkeiten durch die
Reibung des Steuerkolbens vermieden werden. Darüber hinaus ermöglicht ein angehobener
Ausgangsmeßdruck die statische Höhe der Entlastungsleitung über der Höhe der Antriebe,
die bei den heutigen Tankschiffgrößen beträchtliche Ausmaße annehmen kann, weitgehend
zu vernachlässigen.
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Zur Justierung des Zeigers auf die Klappenendstellungsmarke beim unteren'
Meßdruck ist die Buchse 51 des Druckminderventils mittels einer Einstelleinrichtung
59 axial verschiebbar.
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Zur zentralen 1Tberwachung des Be- und Entladevorganges gehört letztlich
eine Fernanzeige, die den Füllungszustand der einzelnen Laderäume zum Kontrollraum
meldet. Derartige Fernanzeigen sind bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung.