DE2811374C2 - Sicherheitsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der DD-PS 38 890 ist ein Sicherheitsventil bekannt, das aus zwei parallel geschalteten Wegeventilen aufgebaut ist, die mittels zweier Kanäle über Kreuz miteinander verbunden sind. Das Druckmittel wird dabei zunächst jedem der beiden Wegeventile und dann über die sich kreuzenden Kanäle jeweils von dem einen Wegeventil zum andern Wegeventil und durch dessen Ventilsitz dem Verbraucher zugeführt. Hierdurch wird erreicht, daß bei einer Fehlschaltung eine Entlüftung der Verbraucherleitung gewährleistet und damit die Verbraucherleitung bei einer Fehlschaltung restdruckfrei ist.

Die DE-OS 14 26 512 zeigt ein Sicherheitsventil für einen Druckverbraucher, das ebenfalls aus zwei parallel geschalteten Wegeventilen aufgebaut ist. In die Ventilsitze der beiden Ventilteller der beiden Wegeventile münden Leitungen, über welche die Drücke an den Ventiltellern abgenommen und mittels einer Druckwaage verglichen werden. Bei unterschiedlichen Drücken wird die Druckwaage aus ihrer Null-Lage ausgelenkt, wodurch eine Schalteinrichtung betätigt und der Druckverbraucher abgeschaltet wird.

Bei störungsfreiem Betrieb wird die Druckwaage nicht aus ihrer Null-Lage ausgelenkt, was insbesondere bei einem über einen längeren Zeitraum ungestörten Betrieb dazu führen kann, daß sich die Druckwaage verklemmt oder festfrißt. Dies kann zur Folge haben, daß die Druckwaage bei einer Fehlschaltung nicht anspricht und der durch das Sicherheitsventil überwachte Druckverbraucher trotz der Fehlschaltung weiterläuft, was zu Unfällen führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsventil der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß außer dem Ventil auch die das Ventil überwachenden Einrichtungen selbst ständig überwacht werden.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht daß die beiden Kanäle jeweils mit einer Seite eines Druckschalters verbunden sind, während die andere Seite jedes Druckschalters an die Ventilsitze oder an eine Verbraucherleitung angeschlossen ist und daß die Druckschalter bei jedem Hub der Wegeventile von der einen in die andere Schaltstellung umschaltbar sind.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert in der

is F i g. 1 bis 3 im Schnitt ein Sicherheitsventil entsprechend in Null-Stellung, in Schaltstellung und bei einer Fehlschaltung zeigen, wobei die Dichtungen der Ventilteller und der Arbeitskolben abgefühlt werden.
Fig.4 bis 6 zeigen im Schnitt ein Sicherheitsventil entsprechend in Null-Stellung, in Schaltstellung und bei einer Fehlschaltung, wobei die zum Verbraucher führende Anschlußleitung abgefühlt wird.

F i g. 1 zeigt im Schnitt ein Sicherheitsventil 10, z. B. ein Pressensicherheitsventil mit einem Gehäuse 12, in welchem zwei Wegeventile parallel eingebaut sind, die längs ihrer Achse verschiebbar sind, wobei jedes aus einem Arbeitskolben 16 bzw. 17 und einem mit diesem über einen Schaft verbundenen Ventilteller 18 bzw. 19 besteht.

In dem Gehäuse 12 sind ferner ein Zulaufanschluß 20 für die Zufuhr eines Druckmittels, z. B. Druckluft, ein Verbraucheranschluß 22, der z. B. zur Kupplung und Bremse einer Presse führt, sowie ein Rücklaufanschluß 24 ausgebildet, der z. B. zur Atmosphäre entlüftet ist.

Die beiden Wegeventile, d. h. deren Arbeitskolben 16, 17 werden z. B. durch elektromagnetisch betätigbare Vorsteuerventile 26, 28 in an sich bekannter Weise geschaltet, wobei die beiden Vorsteuerventile über eine Leitung 38 an den Zulaufanschluß 20 angeschlossen sind.

Die Arbeitskolben 16, 17 sind mit entsprechenden Verschlußstücken versehen, die mit Ventilsitzen 42, 43 im Gehäuse zusammenwirken, ebenso sind die Ventilteller 18, 19 mit Verschlußstücken versehen, die mil Ventilsitzen 44,45 im Gehäuse 12 zusammenwirken.

Jeder der Ventilteller 18,19 ist in Form eines Kolbens ausgebildet, der in einer Bohrung des Gehäuses 12 geführt ist. Die kolbenförmigen Ventilteller 18,19 sind mit einer zentralen axialen Bohrung 46 bzw. 47, wenigstens

so einer Querbohrung 48 bzw. 49 sowie einem an ihrem Außenumfang verlaufenden Ringkanal 50 bzw. 51 versehen. Der Ringkanal 50,51 steht über die Querbohrung 48, 49 mit der jeweiligen zentralen Bohrung 46, 47 in Verbindung, die direkt an den Zulaufanschluß 20 angeschlossen sind, so daß das Druckmittel vom Zulauf 20 her direkt und parallel zu den zentralen Bohrungen 46, 47 der beiden Ventilteller 18,19 zugeführt wird.

Die beiden Bohrungen, in denen die Ventilteller geführt sind, sind durch über Kreuz verlaufende Verbindungskanäle 52,54 miteinander verbunden.

In Fig. 1 ist das Ventil in Nullstellung, in Fig.2 in Schaltstellung und in F i g. 3 bei einer Fehlschaltung dargestellt.

In der Nullstellung nach F i g. 1 sind die beiden Ventilsitze 44 und 45 geschlossen und der Verbraucheranschluß 22 zur Atmosphäre 24 entlüftet.

In der Schaltstellung nach F i g. 2 sind die beiden Ventilsitze 44 und 45 geöffnet, dagegen die Ventilsitze 42,43

der Arbeitskolben 16,17 geschlossen, so daß das Druckmittel von der Leitung 20 durch die Ventilteller 18, 19 über die Bohrungen 46 bzw. 47, 48 bzw. 49 und die Ringkanäle 50 bzw. 51 in die über Kreuz verlaufenden Verbindungskanäle 52, 54 und von dort durch die Ventüsitze 44, 45 zum Verbraucheranschluß 22 strömen kann.

In der Fehlschaltung nach F i g. 3 ist der Ventilsitz 44 geschlossen, der Ventilsitz 45 dagegen geöffnet, d. h. durch den Ventilsitz 44 kann kein Druckmittel zum Verbraucher strömen. Es kann aber auch kein Druckmittel durch den Ventilsitz 45 strömen, da der Verbindungskanal 52, der zum Ventilsitz 45 führt, durch den kolbenförmigen Ventilteller 18 geschlossen ist.

Zum Zwecke der Zuleitung des Druckmittels zu den sich überkreuzenden Verbindungskanälen 52,54 sind im Gehäuse entsprechende Ringkanäle 100, 102, 104, 106 (Fig. 3) ausgebildet. Das Ventil ist, wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, mit zwei Druckschaltern 76, 78 versehen, von denen jeder eine Membran 120 aufweist, die zwei Kammern 116,118 trennt, sowie eine Druckfeder 122, die die jeweilige Membran 120 in einer Schaltrichtung beaufschlagt. Jeder der beiden Druckschalter ist mit einem elektrischen Schalter 124 versehen, der entsprechend der Stellung der Membran 120 des jeweiligen Druckschalters umschaltbar ist.

Die Kammern 118 der beiden Druckschalter sind nun über Leitungen 82, 84 entsprechend mit den sich überkreuzenden Verbindungsleitungen 52, 54 verbunden und die Kammern 116 sind jeweils über eine Leitung 108 und 110 mit den Ventilsitzen 44, 45 der Ventilteller 18, 19 verbunden sowie über die Leitung 108 und eine Leitung 112 mit den Ventilsitzen 42, 43 der Arbeitskolben 16,17. Mit anderen Worten, die Leitungen 110 und 112 münden in die Ventilsitze 42, 43; 44, 45 der Arbeitskolben und der Ventilteller.

In jede der Leitungen 110 ist eine Blende 114 eingebaut.

F i g. 1 zeigt das Ventil in Nullstellung, in der die Ventilsitze 44, 45 geschlossen und die Ventilsitze 42, 43 geöffnet sind, d.h. die Leitungen 112 sind entlüftet, die Leitungen 110 geschlossen. In den Kammern 116 der Druckschalter herrscht somit der Druck des Rücklaufanschlusses 24, d. h. in der Regel Atmosphärendruck. In den Leitungen 52, 54 herrscht Betriebsdruck, z. B. von der vorherigen Schaltstellung her oder es kann Betriebsdruck in den Kanälen 52, 54 über das Kolbenspiel zwischen den Ventiltellern 18,19 und dem Gehäuse aufgebaut werden. Da die Kammern 118 der Druckschalter über die Leitungen 82, 84 mit den Kanälen 52, 54 in Verbindung stehen, herrscht in den Kammern 118 Betriebsdruck. Die hieraus resultierende Kraft übersteigt die Kraft der Feder 122, so daß die beiden Membranen 120, die in Fig. 1 gezeigte Stellung einnehmen, wobei bei beiden Druckschaltern die Stellung der Membran dieselbe ist.

In der Schaltstellung nach F i g. 2 sind die Ventilsitze 42,43 geschlossen, die Ventilsitze 44,45 dagegen geöffnet, so daß das Druckmittel von der Leitung 20 durch die Kanäle 52, 54 und die Ventilsitze 44, 45 zum Verbraucheranschluß 22 strömen kann. An der Mündung der Kanäle 110 herrscht somit der Betriebsdruck, ebenso an der Mündung der Kanäle 82, 84 in die Kanäle 52, 54, d. h. sowohl die Kammern 116 als auch die Kammern 118 der Druckschalter 76, 78 stehen unter Betriebsdruck, da in den Kammern 116 aber die Druckfedern 122 angeordnet sind, werden die Membranen umgeschaltet und sie nehmen die in F i g. 2 gezeigte Stellung ein, wobei auch hier die Stellung beider Membranen dieselbe ist

Die beiden elektrischen Schalter 124 werden nun zwar umgeschaltet sie sind aber so geschaltet, daß sie nur dann einen Alarm auslösen bzw. die Anlage abschalten, wenn sie unterschiedliche Signale abgeben, was dann der Fall ist, wenn die Membranen der Druckschalter unterschiedliche Schaltstellungen einnehmen.

Dies ist in F i g. 3 der Fall, in welcher der Ventilteller

ίο 18 Nullstellung und der Ventilteller 19 Schaltstellung eingenommen hat so daß eine Fehlschaltung entsteht

Die Leitung 112 des Druckschalters 76 ist zum Rücklaufanschluß 24 entlüftet, die Leitung 110 geschlossen, so daß die Kammer 116 des Druckschalters 76 ebenfalls entlüftet ist. Der Kanal 52 ist über den Ventilsitz 45 und den Ventilsitz 42 ebenfalls entlüftet, und damit auch die Kammer 118 des Druckschalters 76, die über die Leitung 82 mit dem Kanal 52 verbunden ist. Da in beiden Kammern 116, 118 derselbe Druck herrscht, wird die Membran 120 des Druckschalters 76 durch die Feder 122 in die in F i g. 3 gezeigte Schaltstelfung gedruckt.

Bei dem Druckschalter 78 ist die Leitung 112 geschlossen, die Leitung 114 jedoch am Ventilsitz 45 entlüftet, so daß auch in der Kammer 116 dieses Druckschalters Atmosphärendruck herrscht. In der Kammer 118 des Druckschalters 78 hingegen, die über die Leitung 84 mit dem Kanal 54 verbunden ist, herrscht Betriebsdruck, da der Kanal 54 nicht entlüftet ist, weshalb in ihm von der vorherigen Schaltstellung her noch Betriebsdruck herrscht bzw. der Betriebsdruck durch das Kolbenspiel zwischen dem Ventilteller und dem Gehäuse aufgebaut wird. Infolge des in der Kammer 118 des Druckschalters 78 herrschenden Betriebsdruckes wird demzufolge die Membran 120 des Druckschalters 78 gegen die Kraft der Feder 122 in die in F i g. 3 gezeigte Schaltstellung gedrückt, d. h. die Schaltstellungen der Membranen 120 der beiden Druckschalter 76, 78 sind unterschiedlich, so daß, wie bereits erwähnt, die beiden elektrischen Schalter 124, die den beiden Druckschaltern zugeordnet sind, unterschiedliche Signale abgeben, die dazu benutzt werden, die Anlage abzuschalten.

Tritt nun beispielsweise am Ventilteller 19. d. h. zwischen diesem und seinem Ventilsitz 4-5 in der Nullstellung eine Undichtheit auf, so wird der Kanal 52 über diese Undichtheit des Ventilsitzes 45 zum Rücklaulanschluß 24 hin entlüftet, wenn diese Undichtheit größer ist als gegebenenfalls über das Kolbenspiel zwischen dem Ventilteller 18 und dem Gehäuse in den Kanal 52 nachströmen kann, wobei dieses Kolbenspiel nach den

so Kriterien der Fertigungstechnik und den praktischen Anforderungen klein gehalten werden kann. Wenn nun der Kanal 52 entlüftet wird, so wird die Membran des Druckschalters 76 umgeschaltet, so daß sie die Stellung nach Fig. 3 einnimmt, während die Membran des Druckschalters 78 die in F i g. 1 gezeigte Stellung beibehält. Da nunmehr wiederum beide Membranen unterschiedliche Schaltstellungen einnehmen, geben die elektrischen Schalter 124 unterschiedliche Signale ab, was eine Abschaltung der Anlage zur Folge hat.

Entsprechendes gilt, wenn eine Undichtheit am Ventilteller 18 auftritt. Tritt hingegen in der Schaltstellung nach F i g. 2 eine Undichtheit beispielsweise am Arbeitskolben 17 auf, d. h. im Ventilsitz 43. so wird die Leitung 112 des Druckschalters 78 zum Rücklaufanschluß 24 hin entlüftet und der Druck in der Leitung 108 des Druckschalters 78 bricht zusammen, vorausgesetzt, daß die Undichtheit am Arbeitskolben 17 größer ist als vom offenen Ventilsitz 45 her durch die Blende 114 der Lei-

tung 110 nachströmen kann. Ist dies der Fall, d.h. ist diese Undichtheit größer als über die Blende 114 Druckmittel nachströmen kann, so wird die Kammer 116 des Druckschalters 78 zur Atmosphäre entlüftet, da jedoch in der Kammer 118 des Druckschalters 78 in der Schaltstellung Betriebsdruck herrscht, wird die Membran 120 des Druckschalters 18 umgeschaltet, so daß sie die in Fig.3 gezeigte Position einnimmt, während die Membran 120 des Druckschalters 76 in ihrer Position nach F i g. 2 und nach F i g. 3 bleibt, so daß wiederum die beiden Membranen unterschiedliche Schaltstellungen einnehmen, was zu unterschiedlichen Signalen der elektrischen Schalter 124 führt, wodurch, wie bereits erläutert, die Anlage abgeschaltet wird.

Entsprechendes gilt für eine Undichtheit am Arbeitskolben 16.

Bricht in einem der Druckschalter 76, 78 eine Membran 120, so wird in diesem Schalter nur noch die zugehörige Druckfeder 122 wirksam, so daß diese Membran nicht mehr umgeschaltet werden kann, wodurch bei der nächsten Umschaltung der Membran des anderen Druckschalters die beiden Membranen unterschiedliche Schaltstellungen einnehmen, was eine Fehlschaltung bedeutet, die eine Abschaltung der Anlage zur Folge hat.

Bricht hingegen in einem der Druckschalter die Feder 122, so geht die zugehörige Membran in die in der Nullstellung nach F i g. 1 eingenommene Lage und bleibt dort. Bei der nächsten Umschaltung des anderen Druckschalters nehmen die Membranen somit unterschiedliche Schaltstellungen ein, was, wie erläutert, zur Abschaltung der Anlage führt.

Die vorgeschlagenen Maßnahmen ermöglichen somit die zyklische Überwachung der elektrischen Schalter, der Membranen, der Druckfedern, der zugehörigen Steuerbohrungen, der Stellung der Arbeitskolben und der Ventilteller und die Überwachung von Leckagen an den Dichtungen bzw. den Ventilsitzen von Ventiltellern und Arbeitskolben.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 4 bis 6, wobei Fig.4 die Nullstellung, Fig.5 die Schaltstellung und F i g. 6 eine Fehlschaltung zeigen, sind die Kammern 116 der beiden Druckschalter 76, 78 über eine gemeinsame Leitung 126 direkt an den Verbraucheranschluß 22 angeschlossen. Hierdurch kann direkt der Druck einschließlich des Druckaufbaus und des Druckabbaus im Verbraucheranschluß 22 überwacht werden.

In der Nullstellung nach F i g. 4 sind die Ventilsitze 44, 45 geschlossen, die Ventilsitze 42, 43 geöffnet, so daß der Verbraucher 22 zum Rücklaufanschluß 24, d. h. in der Regel zur Atmosphäre, entlüftet ist Über die Leitung 126 sind daher auch die Kammern 116 der beiden Druckschalter entlüftet, während die Kammern 118 über die Leitungen 82, 84 an die Kanäle 52, 54 angeschlossen sind, die unter Betriebsdruck stehen, wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 3 erläutert wurde.

Die Membranen 120 nehmen somit die in Fig. 1 gezeigte Schaltstellung ein, wobei beide Membranen dieselbe Schaltstellung haben. .

In der Schaltstellung nach F i g. 5 sind die Ventilsitze 44, 45 geöffnet, die Ventilsitze 42, 43 geschlossen, d. h. das Druckmittel strömt vom Zulaufanschluß 20 durch die Ventilteller 18, 19 und die Kanäle 52, 54 zum Verbraucheranschluß 22. Die Kammern 118 der beiden Druckschalter stehen nach wie vor unter Betriebsdruck, da die Kanäle 52,54 mit dem Zulaufanschluß 20 in Verbindung stehen, da nun aber auch der Verbraucheranschiuß 22 unter Betriebsdruck steht, herrscht auch in den Kammern 116 der beiden Druckschalter Betriebsdruck, da diese über die Leitung 126 mit dem Anschluß 22 in Verbindung stehen. Die Membranen der Druckschalter werden umgeschaltet und nehmen die in F i g. 5 gezeigte Stellung ein.

Bei der Fehlschaltung nach Fig. 6 befindet sich der Ventilteller 18 in Nullstellung, der Ventilteller 19 hingegen in Schaltstellung. Der Verbraucheranschluß 22 ist über den offenen Ventilsitz 42 des Arbeitskolbens 16 zum Rücklaufanschluß 24 entlüftet. Damit sind auch die Kammern 116 der beiden Druckschalter über die Leitung 126 entlüftet.

Der Kanal 52 ist über den offenen Ventilsitz 45 des Ventiltellers 19 ebenfalls zur Atmosphäre 24 entlüftet und damit auch die mit ihm über die Leitung 82 in Verbindung stehende Kammer 118 des Druckschalters 76. Da nun in beiden Kammern 116,118 des Druckschalters 76 derselbe Druck herrscht, wird die Membran 120 nur noch durch die Druckfeder 122 beaufschlagt, wodurch die Membran in die in F i g. 6 gezeigte Stellung gedrückt wird.

Die Kammer 118 des Druckschalters 78 steht über die Leitung 84 mit dem Kanal 54 in Verbindung, der unter Betriebsdruck steht, da er mit dem Zulaufanschluß 20 in Verbindung steht. Die Membran 120 des Druckschalters 78 wird daher in die in F i g. 6 gezeigte Stellung geschaltet, da auf ihrer einen Seite in der Kammer 118 der Betriebsdruck, auf ihrer anderen Seite in der Kammer 116 dagegen der Atmosphärendruck ansteht und die Federkraft durch den Betriebsdruck überwunden wird.

Die beiden Membranen der Druckschalter 76,78 nehmen somit bei einer Fehlschaltung unterschiedliche Schaltstellungen ein und die mit ihnen gekoppelten elektrischen Schalter 124 geben demzufolge unterschiedliche Signale ab, wodurch, wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel 1 bis 3 erläutert wurde, die Anlage abgeschaltet wird.

Eine Fehlschaltung ergibt sich auch dann, wenn beispielsweise der Ventilteller 19, nicht wie in F i g. 6 dargestellt, voll in die Schaltstellung geht, sondern sich nur wenig von seinem Ventilsitz 45 abhebt, während der Ventilteller 18 in Nullstellung verbleibt Auch in diesem Fall wird der Kanal 52 entlüftet, während der Kanal 54 unter Betriebsdruck steht, so daß dieselbe Folge wie vorstehend beschrieben eintritt. Die geschlossene Stellung der Ventilteller 18 und 19 kann hierdurch bis auf zehntel Millimeter überwacht werden. Auch bei einer Leckage an einem der Ventilsitze 44, 45 oder an einer der Dichtungen der Ventilteller 18 oder 19 wird der zugehörige Kanal 52 oder 54 entlüftet, während der andere Kanal auf Betriebsdruck bleibt Voraussetzung für ein Ansprechen der Druckschalter ist hierbei jedoch, daß diese Leckage größer ist als infolge des Spiels zwischen den Ventiltellern und dem Gehäuse Druckmittel nachströmen kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Sicherheitsventil für druckmittelbetriebene Verbraucher, insbesondere Kupplung und Bremse von Pressen, mit zwei in einem Gehäuse angeordneten, parallel geschalteten und elektromagnetisch vorgesteuerten Wegeventilen, von denen jedes einen Arbeitskolben und ein Ventilelement aufweist, die mit entsprechenden Ventilsitzen zusammenwirken, wobei die Ventilelemente in Bohrungen des Gehäuses angeordnet sind, die mittels zweier Kanäle über Kreuz miteinander verbunden sind, und wobei das Druckmittel zunächst jedem der Wegeventile und dann über die kreuzenden Kanäle jeweils von dem einen Wegeventil zum anderen Wegeventil und durch dessen Ventilsitz dem Verbraucher zufüurbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kanäle (52, 54) jeweils mit einer Seite eines Druckschalters (76,78) verbunden sind, während die andere Seite jedes Druckschalters an die Ventilsitze (44,45 bzw. 42,43) oder an eine Verbraucherleitung (22) angeschlossen ist, und daß die Druckschalter (76, 78) bei jedem Hub der Wegeventile von der einen in die andere Schaltstellung umschaltbar sind.

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Leitungen (110), welche die andere Seite jedes Druckschalters mit den Ventilsitzen (44,45) verbinden, je eine Blende (114) angeordnet ist