Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe - EMAH
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RD 08120 Ausgabe: 2021-05 Ersetzt: 2013-02 Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe - EMAH Für Stell- und Schaltfunktionen an Prozessarmaturen Technische Information Inhalt Einleitung 2 Systemstruktur des EMAH 2 Einsatzgebiete 3 Produktmerkmale 4 Beschreibung der EVC-Software 5 Verfügbares Produktportfolio 6 Lieferumfang 7 Systemvorteile 8 Referenz 9 Anfrageformular 10 Weitere Informationen und Kontakt 12 RD 08120, Ausgabe: 2021-05, Bosch Rexroth AG
2/12 Technische Information | Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe In dieser Dokumentation sind Beispielkonfigurationen abgebildet. Das ausgelieferte Produkt kann daher von den Abbildungen abweichen. Einleitung Der Elektromechanische Antrieb mit hydrostatischem Positionierung des Antriebs durch eine integrierte Ein- Getriebe (EMAH) wurde entwickelt, um das Angebot der heit aus einem Synchronmotor und einem hydraulischen bestehenden hydraulischen Antriebe für die Regel-, Verdränger erfolgt. Schalt- und Schnellschlussfunktion zu ergänzen. Die Somit wird mit dem EMAH in einem autarken System die bisherige Lösung basiert dabei auf ventilgesteuerten Kraft der Hydraulik bei sehr geringem Ölvolumen mit der hydraulischen Schalt- und Regelantrieben, die durch Dynamik und Vernetzbarkeit der Elektrik kombiniert. eine Zentralhydraulik versorgt werden. Die Antriebe sind geeignet für den Aufbau auf Mit dem EMAH hingegen wird ein autarkes System an- Armaturen, welche für die Schalt- und Regelfunktion von geboten. Damit ist keine Versorgung durch eine Zentral- Dampf, Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt werden. hydraulik und keine aufwändige Verrohrung erforderlich. Sie erfüllen auf Wunsch die Anforderungen gemäß Desweiteren handelt es sich beim EMAH um ein IEC 61508/ IEC 61511 „Funktionale Sicherheit“ und sind verdrängergesteuertes System, bei dem die in SIL3-Strukturen einsetzbar. Systemstruktur des EMAH Steuerung IndraWorks Sensorik Software Funktions- software Firmware Hydraulik Elektrik Bedienfeld Fluid System aus Kernkompetenzen von Bosch Rexroth Die Hauptkomponenten des EMAH bestehen im Wesent- Überwachung verwendet werden. lichen aus einem IndraDrive-Antriebsregelgerät mit der Beim EMAH handelt es sich um ein autarkes System, applikationsbasierten EVC-Software, die speziell für die welches lediglich elektrische und mechanische Kunden- Umgebung der Turbinen-/ Prozessarmaturregelung ent- schnittstellen besitzt. Die Kommunikation zwischen wickelt wurde, einem Servomotor, einer EMAH und der übergordneten Kundensteuerung erfolgt Axialkolbenpumpe und einem Gleichgang- oder über analoge und digitale elektrische Schnittstellen. Differentialzylinder mit Federpaket. Ein Eine BUS-Anbindung ist optional möglich. Ausgleichsbehälter, ein Filter und diverse Ventile sind Ergänzend zur Leistungselektronik (Antriebsregelgerät ebenfalls im Steuerblock integriert. Dabei handelt es mit Applikationssoftware), welche zum sich um ein geschlossenes hydraulisches System. Standardlieferumfang gehört, können optional auch die Desweiteren sind Sensoren (Wegaufnehmer, Näherungs- erforderlichen Netzfilter und -drosseln oder ein schalter, Druck- und Temperatursensoren) integriert, die Schaltschrank mit entsprechenden Kabelsätzen sowohl Funktionen optimieren als auch zur angeboten werden. Bosch Rexroth AG, RD 08120, Ausgabe: 2021-05
Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe | Technische Information 3/12 Einsatzgebiete Für Schalt- und Regelvorgängen bei verfahrens- nach Ex-Schutz-Richtlinie zertifizierte Ausführung des technischen Prozessen werden in Turbinen und prozess- Antriebs möglich. industrietechnischen Anwendungen Armaturen eingsetzt. Einsatzgebiete für den EMAH sind: Diese Armaturen können mit hydraulischen Schalt- und Regeleinrichtungen betätigt werden. Bei einer • Ventilstelleinrichtungen an Gas-, Dampf- und Dampfturbine beispielsweise wird mittels dieser hydrau- Industrieturbinen sowie Prozessarmaturen lischen Einrichtungen die gesamte thermische Leistung • Klappenantriebe mit Fail-Safe-Stellung der Turbine kontrolliert. Sie erfüllen auf Wunsch die • Retrofit-Projekte: Modernisierung, Optimierung Anforderungen gemäß • Stand-Alone-Anwendungen IEC 61508/ IEC 61511 „Funktionale Sicherheit“ und sind • Ventile mit Schnellschluss- oder in SIL 3-Strukturen einsetzbar. Für den Einsatz in einer Schnellöffnungsfunktion potenziell explosionsgefährdeten Umgebung ist eine Schaltantrieb Regelantrieb Dampf/Gas/Fluid RD 08120, Ausgabe: 2021-05, Bosch Rexroth AG
Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe | Technische Information 4/12 Produktmerkmale Dezentrale Antriebslösung Da es sich beim EMAH um eine autarke Lösung handelt, ist für den Betrieb des Antriebs keine zentrale Ölversorgungseinheit notwendig. Es handelt sich um ein geschlossenes System, bei dem alle notwendigen Bau- teile integriert sind. Der eigentliche Zylinder mit ange- bauter Feder, welche für die Schließfunktion eingesetzt wird, ist in den Steuerblock integriert und direkt mit der Motor-Pumpengruppe verbunden. Alle für den Betrieb notwendigen Funktionen sind dabei in der hydraulischen Schaltung sowie in den entsprechenden Software- funktionen enthalten. Somit entsteht eine eigene Funktionseinheit, für die kein externes Hydraulikaggregat mit Verrohrung notwendig ist. Der Antrieb kann somit ohne hydraulische Vorkenntnisse an der vorgesehenen Anlage installiert werden, da er nur mechanische und elektrische Schnittstellen besitzt. Im Schaltschrank Schalt- und Regelzylinder Vergleich zu konventionellen Hydraulikanlagen wird auf der Armatur somit das benötigte Ölvolumen in einem geschlossenen System um über 90% reduziert, wodurch die mögliche Umweltbelastung und Brandgefahr drastisch gesenkt wird. Verdrängergesteuerte Antriebslösung Ventilgesteuerte Lösung Bei konventionellen Hydraulikanlagen wird der zu verfahrende Antrieb über eine zentrale Hydraulikanlage mit hydraulischer Energie versorgt. Hierbei sorgen unter- schiedliche Ventile für die Regelung von Richtung und Größe des hydraulischen Volumenstroms. Beim EMAH erfolgt die Regelung des hydraulischen Volumenstroms und somit das Ein- und Ausfahren des Antriebs über einen drehzahlvariablen Pumpenantrieb der „Sytronix“-Baureihe. In Kombination mit der integrierten Regelelektronik ist somit über die Motor-Pumpeneinheit eine präzise Rege- lung und genaue Positionierung des Antriebs möglich. Verdrängergesteuerte Lösung RD 08120, Ausgabe: 2021-05, Bosch Rexroth AG
5/12 Technische Information | Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe Beschreibung der EVC-Software Bei der EVC (Energy Valve Control) Software handelt es Steuerung, Regelung und Überwachung des EMAH sich um eine für den EMAH entwickelte Software, die (Gesamtsystem und Antriebe). speziell für die Umgebung der Turbinen-/ Prozessarma- Dabei ist eine unabhängige Steuerung der Schalt- und turregelung geeignet ist. Regelantriebe möglich. Entsprechende Überwachungs- Diese Software ist Lieferbestandteil des EMAH. Die funktionen sowie eine optionale Felddatenerfassung Handhabung der EVC-Software von Kundenseite erfolgt sind vorhanden. dabei über die übergeordnete Kundensteuerung. Eine Die EVC-Software unterstützt verschiedene hydraulische Software für Servicezwecke (IndraWorks) steht weiter- Schaltungen (z.B. mit Diagnosefunktionen) und hin zur Verfügung. ermöglicht verschiedene Betriebsfunktionen (z.B. Mittels der Software besteht die Möglichkeit zur Lastabwurfsfunktion). Verarbeitung Antriebs- Handling System & Applikation handling Antrieb Antrieb Schaltschranktemperatur / Monitoring / Digital Status / Anpassung an Kundenwünsche Invertierung Betriebsart Verarbeitung Handling Regelantrieb Analog Kunde Kunde Eingangs- Zustandssteuerung / Signal- Ausgangs- signale Begrenzung Digital signale verarbeitung / Monitoring Sprungerken- Invertierung nung Handling Schaltantrieb Filter Analog schrank schrank Schalt- Schalt- Zustandssteuerung / Signal- Skalierung Filter verarbeitung / Monitoring Skalierung Gesamtes Parameterhandling Diagnoseinformation Gesamtes Ereignishandling Felddatenerfassung Zylinderfunktionen Felddatenerfassung Die EVC-Software übernimmt die Steuerung bzw. Während des Betriebs des EMAH ist es möglich, eine Regelung der Schalt- und Regelantriebe. kontinuierliche Aufnahme der Prozessdaten des Sie übernimmt die Positionsregelung des Zylinders. Systems, des Schalt- und des Regelantriebes Sie erkennt ein Auslösen der federunterstützen aufzunehmen. Schließfunktion, welche z.B. mit einer 2oo3-Schaltung Die Aufnahme findet im Normalbetrieb mit einer realisiert werden kann. Hinzu kommt beim Regelzylinder Auflösung von wenigen Sekunden statt und die Daten der Passive-Control-Mode, bei dem die Zylinder- sind bis zu 1 Jahr ab Aufnahme einsehbar. kammern verschlossen werden und die Motor-Gruppe Sobald ein Ereignis ausgelöst wird, findet eine zur Energieersparnis ausgeschaltet werden kann. Ein Aufnahme der Daten mit einer höheren Auflösung statt. Schließen über die Feder ist unabhängig davon immer möglich. Diagnose und Handling Monitoring und Schutz Durch die EVC ist unabhängiges Ereignishandling Mittels der EVC-Software werden viele Parameter möglich: Ein Fehler am Schaltantrieb beeinflusst nicht innerhalb des gesamten Systems und auch innerhalb der das Verfahren des Regelantriebs und umgekehrt. einzelnen Regel- und Schaltantriebe überwacht. Die auftretenden Ereignisse sind dabei in unter- Hierzu gehören beispielsweise die Messung des schiedliche Kategorien in Abhängigkeit ihres Einflusses Systemdrucks und dessen Test auf Plausibilität, die unterteilt. Zudem ist eine Historie der erfassten Daten Plausibilitätsprüfung des Positionssensors, die Über- mit Zeitstempel einsehbar. wachung der Öltemperatur und viele weitere Parameter. Bosch Rexroth AG, RD 08120, Ausgabe: 2021-05
6/12 Technische Information | Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe Verfügbares Produktportfolio EMAH 1 Für Anwendungen an Dampfturbinen Technische Eckdaten: • Nominalkraft bis 650 kN • Federkraft bis 360 kN • Zylinderhub bis 250 mm • Öffnungszeit < 30 s Ungefähre Maße in mm: • Länge: 900 - 2300 • Breite: 850 - 1400 • Höhe: 600 - 1300 EMAH 2 Für Anwendung an Gasturbinen oder an prozess- industrietechnischen Anlagen Technische Eckdaten: • Nominalkraft bis 65 kN • Federkraft bis 40 kN • Zylinderhub bis 90 mm • Öffnungszeit < 15 s Ungefähre Maße in mm: • Länge: 860 - 1300 • Breite: 440 - 550 • Höhe: 310 - 400 EMAH3 Für Anwendungen an Industriedampfturbinen Technische Eckdaten: • Nominalkraft bis 350 kN • Federkraft bis 200 kN • Zylinderhub bis 250 mm • Öffnungszeit < 15 s Ungefähre Maße in mm: • Länge: 550 - 1500 • Breite: 500 - 650 • Höhe: 400 - 550 Weitere Anwendungen Für Informationen über den Einsatz des EMAH in anderen Anwendungen (bspw. in der Prozessindustrie) kontaktieren Sie uns gerne direkt. Bosch Rexroth AG, RD 08120, Ausgabe: 2021-05
Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe | Technische Information 7/12 Variable Ausführungsmöglichkeiten Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen Der EMAH ist in Form von unterschiedlichen Für den Einsatz in einer potentiell explosionsgefährdeten Antriebstypen erhältlich. Atmosphäre besteht auf Wunsch die Möglichkeit, den EMAH beispielsweise für eine Nutzung nach ATEX- oder NEC-Richtlinie auszuführen. Unterschiedliche Installationsmöglichkeiten SIL-fähige Systemarchitektur Sowohl die Anschlussmethode, wie auch die Anbauposi- Auf Wunsch erfüllt der EMAH die Anforderungen gemäß tion des EMAH ist variabel. Es besteht die Möglichkeit IEC 61508/ IEC 61511 „Funktionale Sicherheit“ und ist den Antrieb direkt an der Kundenschnittstelle oder in SIL3-Strukturen einsetzbar. verbunden über einen Hebelmechanismus anzubinden. Die wird über eine integrierte hydraulische oder Der Antrieb selbst kann vertikal stehend, hängend oder elektrische Sicherheitsfunktion nach der MooN- horizontal installiert werden. Architektur realisiert (bis hin zu 2oo3). Temperatur Der EMAH ist je nach Ausführung bis zu einer Temperatur von 80°C einsetzbar. Lieferumfang Basis Optional • Antrieb • Schaltschrank (inklusive Sicherung, Netzfilter, • Frequenzumrichter mit Steuerteil Netzdrossel, Schütz, ...) • Applikationsbasierte Software (EVC) • BUS-Anbindung • Kabelset • Projektbasierte Antriebspakete mit Regel- und Schnellschlussantriebssystem pro Turbine RD 08120, Ausgabe: 2021-05, Bosch Rexroth AG
8/12 Technische Information | Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe Systemvorteile Validiertes Gesamtsystem von Bosch Rexroth aus betriebsbewährten Komponenten Hydraulische Sensorik • Langjährig betriebsbewährte Komponenten aus dem Steuerungen Kraftwerks- und Energietechnikbereich • Einhaltung aller obligatorischen funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen Hydraulische Software • Unterstützung von SIL3-fähigen Systemen Pumpen • Möglichkeit einer Ausführung für den Einsatz in explosiongefährdeten Bereichen • Einfache Parametrierung durch applikations- basiertes Softwareengineering Elektrische • Robuste Konstruktion mit validierter Verfügbarkeit Antriebs- und • Modulares Baukastensystem für einfaches Steuerungs- Adaptionsengineering technik • Gesamtkonzept vom Engineering bis hin zum Service Reduzierte Kosten und gesteigerte Flexibilität durch den Einsatz eines verdrängergesteuerten, autarken Gesamtsystems • Entfall von Anschaffungskosten für Verrohrung und zentraler Hydraulikversorgungseinheit • Entfall beachtlicher Wartungsaufwände (Bspw. keine Überprüfungsintervalle am Hydraulik-aggregat, Spei- cher, Ölreinheit, Filterwechsel etc.) • Reduzierter Bauraum • Optional: Energie nur bei Bedarf - gesteigerte Energieeffizienz (Passive-Control-Mode) • Reduzierung der benötigten Menge an Hydrauliköl um mehr als 90%. Hierdurch sinkt die Brandgefahr und die potentielle Umweltbelastung. • Einzelne Ausfälle führen nicht zu einem Ausfall der gesamten Anlage • Hohe Kraftdichte, Präszision und Dynamik durch die Kombination von Hydraulik und Elektrik • Hohe Flexibilität aufgrund modularer und autarker Bauweise Mehr Verfügbarkeit und weniger Überraschungen • Wartungsintervalle entsprechen denen konventioneller hydraulischer Antriebe • Inspektion/ Wartung des EMAH während des Betriebs möglich • Regelung und Diagnose mit Überwachungfunktionen • Weltweiter effizienter Service • I4.0 Fähigkeit Bosch Rexroth AG, RD 08120, Ausgabe: 2021-05
9/12 Technische Information | Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe Referenz: Ausstattung einer Dampfturbine im Kraftwerk Jänschwalde Turbinenausstattung Anforderungsprofil • Regelantrieb • Max. hydraulische Kraft: 84 kN • Schaltantrieb • Federkraft: 22 kN • Applikationssoftware (EVC) • Hub: 120 mm • Schaltschrank • Öffnungs- bzw. Schließzeit: 2s • Verkabelung • Schnellschlusszeit: 200 ms Merkmale • Umgebungstemperatur bis zu 80°C • Horizontale Installation der Antriebe • Hohe Regeldynamik mit einer Regelgenauigkeit der Turbinendrehzahl von ±2 U/min • Hydraulische 2oo3-Auslösung mit Möglichkeit zur Teilhubprüfung Quelle: Siemens Weitere Referenzen Neben diesem Projekt gibt es weitere Projekte, bei denen der EMAH zum Einsatz kommt. Er wird somit bereits seit 2012 weltweit erfolgreich von unseren Kunden und Partnern getestet und eingesetzt. Eine entsprechende Referenzliste senden wir Ihnen gerne direkt auf Anfrage zu. Bosch Rexroth AG, RD 08120, Ausgabe: 2021-05
10/12 Technische Information | Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe Anfrageformular Kunde: Projektbezeichnung: Aufstellungsland: Antriebsbezeichnung: Antriebstyp: Installation und Richtung der Auslösefunktion Mech. Schnittstelle: F = Flanschverbindung P S Verbindung Montiert aufüber demein Turbinengehäuse zum Hebelsystem Ventil Schnellschlussrichtung: - Einfahrend Ausfahrend Federbefestigung: An dem Ventil Keine Antrieb Ausfahrend Einfahrend Ausfahrend Einfahrend Ausfahrend Einfahrend F = Flanschverbindung P = Verbindung über ein S = Montiert auf dem zum Ventil Hebelsystem Turbinengehäuse Kupplungskräfte • Sind die bewegende Masse und die Ventilreibung in öffnen der Dampfkraft enthalten, dann 0 Fall 1 Fall 2 • Wenn die Feder am Ventil montiert ist, dann die re- 0% 100 % sultierenden Federwerte an der Kupplung einsetzen Ventil Ventil geschlossen geöffnet • Positive Kräfte verlaufen vom Kupplungsende zum Fall 4 Fall 3 Antriebsgehäuse (siehe oben) schließen Fall 1 (0 %): Federkraft F1max: kN Fall 2 (100 %): Federkraft F2max: kN Bewegte Masse: kN Bewegte Masse: kN Ventilreibung: kN Ventilreibung: kN Öffnungskraft F1: kN Öffnungskraft F2: kN Fall 4 (0 %): Federkraft F1min: kN Fall 3 (100 %): Federkraft F2min: kN Bewegte Masse: kN Bewegte Masse: kN Ventilreibung: kN Ventilreibung: kN Schließkraft F4: kN Schließkraft F3: kN Bosch Rexroth AG, RD 08120, Ausgabe: 2021-05
Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe | Technische Information 11/12 Ventilhübe Alle Werte bitte in mm angeben Ventilhub Ventilleistungshub Ventil-Bypasshub Überhub 1 Überhub 2 Gesamthub (Antrieb) Mechanischer Endanschlag bei 0% Ventilhub: Nein Ja Mechanischer Endanschlag bei 100% Ventilhub: Nein Ja Zusätzliche Auslegungsparameter Verfahrzeiten (bei Lastabwurf) Lastabwurf Öffnungszeit: s Beschreibung: Schließzeit: s Zeit: ms Schnellschluss Definition Gesamtschließzeit: tv+ts+td elektrisches Schalten ts+td ts tv Gesamtschließzeit: ms Antriebshubbegrenzung Antriebs(arbeits)hub L2 Ventil geöffnet Toleranz Gesamtschließzeit: +10% / -10% > < -+10% -20% Max. Verzugszeit (tv): ms Wegsignal Max. Endgeschwindigkeit: m/s Dämpfungsbeginn Ventilbypasshub Anzahl der Schnellschlüsse: Ventil geschlossen L1 System 0 Antriebshubbegren- Sicherheitslogik: zung ts td ? -1oo1 (hydraulisch; 1oo2 2oo2 2oo3 (hydraulisch) inkl. elektrisch Kanaltest 2oo3und über Teilhubtestmöglichkeit) Koppelrelais) Sensorik Anzahl Wegaufnehmer: - 3 2 1 Anzahl Endschalter: - - - 3geöffnet 2 1 3 Teilhub 2 1 3 2 1 geschlossen Explosionsschutz für Gefahrenbereiche: Typ: Nein Ja RD 08120, Ausgabe: 2021-05, Bosch Rexroth AG
12/12 Technische Information | Elektromechanischer Antrieb mit hydrostatischem Getriebe Lieferumfang Optionen: • Antrieb Schaltschrank • Dokumentation Kabelsatz • Frequenzumrichter mit Steuergerät • Software Anmerkungen Das Angebot wird nach folgenden Rahmenbedingungen erstellt (wenn nicht anders spezifiziert): • Positioniergenauigkeit (Regelantrieb) < 0,05 mm • Maximale Kabellänge: 75 m • Positioniergenauigkeit mit Wegaufnehmern ≤ 0,1 mm (Größere Entfernungen auf Anfrage möglich) • Integrierte hydraulische Dämpfungsfunktion • Schutzklasse IP65 • Feder für Schnellschluss • Korrosionsschutzklasse C4 (Küstenregion) • Federkräfte zum Schnellschluss sind größer als • Bis zu 100% Luftfeuchtigkeit entgegenwirkende Kräfte • Schnellschlussfunktion Weitere Informationen und Kontakt Weitere Informationen zu unseren Antrieben finden sie unter www.boschrexroth.com oder kontaktieren Sie uns gerne jederzeit per E-Mail: energy.technology@boschrexroth.de Wir senden Ihnen die notwendigen Unterlagen zu und nehmen gerne persönlich Kontakt zu Ihnen auf. Bosch Rexroth AG © Alle Rechte Bosch Rexroth AG vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Industrial Hydraulics Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Zum Eisengießer 1 Schutzrechtsanmeldungen. 97816 Lohr am Main, Germany Die angegebenen Daten dienen allein der Produktbeschreibung. Telefon +49 (0) 93 52 / 40 30 20 Eine Aussage über eine bestimmte Beschaffenheit oder eine Eignung für www.boschrexroth.de einen bestimmten Einsatzzweck kann aus unseren Angaben nicht abgelei- tet werden. Die Angaben entbinden den Verwender nicht von eigenen Beurteilungen und Prüfungen. Es ist zu beachten, dass unsere Produkte einem natürlichen Verschleiß- und Alterungsprozess unterliegen. Bosch Rexroth AG, RD 08120, Ausgabe: 2021-05
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