DE2930571A1

DE2930571A1 - Sicherheitsventil

Info

Publication number: DE2930571A1
Application number: DE19792930571
Authority: DE
Inventors: Guenter Baldauf; Helmut Ott; Erich Ruchser
Original assignee: Technomatic AG
Current assignee: Technomatic AG
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1979-07-27
Publication date: 1981-02-12
Also published as: JPS5620876A; DD152170A5; US4345620A; JPH0226114B2

Description

Patentanwalt a Dipl. Ιϋ£. H&ns-Jürgeu Mülle» Br. rei-. v.ai. Thomas Eerendt

Dr.-Ing. Rana Leyli LucHe-Grahn-Sfrnß.»33 ΰ G ' iünchen 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

TECHNOMATIC AG

CH-6287 Aesch/Lu. (Schweiz)

Sicherheitsventil

Zusatz zu P 27 56 240.9

030067/0401

Technoraatic AG

- A 14 277 -

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil für druckmittelbetriebene Verbraucher, insbesondere Kupplung und Bremse von Pressen, mit zwei in einem Gehäuse angeordneten, parallel geschalteten und z.B. elektromagnetisch vorgesteuerten Wegeventilen, von denen jedes einen Arbeitskolben und einen Ventilteller aufweist, die entsprechend die Verbindungen zwischen einem Zulaufanschluß, einem Verbraucheranschluß und einem Rücklaufanschluß steuern, wobei die beiden Ventilteller jeweils in einer Bohrung des Gehäuses geführt und die beiden Bohrungen mittels zweier Kanäle über Kreuz miteinander verbunden sind, wobei die beiden Kanäle jeweils von der Zustromseite der einen Bohrung zur Abstromseite der anderen Bohrung verlaufen und in dieser vor dem Ventilsitz des zugehörigen Ventiltellers münden nach Patentanmeldung P 27 56 240.9.

Die Hauptanmeldung betrifft ein Sicherheitsventil der vorgenannten Art, bei welchem bei einer Fehlschaltung eines der beiden Wegeventile praktisch kein Restdruck im Verbraucheranschluß mehr auftritt. Zur Überwachung der Stellung der Wegeventile sind Druckschalter vorgesehen, die den Druck in den über Kreuz geführten Kanälen mit dem Zulaufdruck vergleichen und bei unterschiedlichen Drücken in den Kanälen entsprechende elektrische Schalter betätigen, durch welche die gesamte Anlage abgeschaltet werden kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese überwachung einfacher zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß jeder der

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beiden Kanäle entsprechend über eine Verbxndungsleitung mit jeweils einer Seite einer Druckwaage verbunden ist, die bei einer Fehlschaltung aus einer neutralen Mittellage auslenkbar ist, wodurch über die Betätigung eines Schalters der Verbraucher bzw. die gesamte Anlage abschaltbar ist.

Vorteilhafterweise besteht die Druckwaage aus zwei identisch ausgebildeten Stufenkolben, die in einer Achse einander gegenüberliegend verschiebbar angeordnet sind und die mit einem axial zwischen ihnen angeordneten, aus seiner neutralen Mittellage axial auslenkbaren Schieber gekoppelt sind, durch den bei einer Fehlschaltung ein elektrischer Schalter betätigbar ist.

Zweckmäßigerweise sind hierbei die in Längsrichtung durchbohrten Stufenkolben mit ihrer Stufe größeren Durchmessers im Gehäuse geführt und darin in Richtung zum Schieber bis zu einem Anschlag verschiebbar, während sie mit ihrer Stufe kleineren Durchmessers ständig in je eine Sackbohrung des Schiebers greifen, der relativ zu den Stufenkolben axial verschiebbar ist.

Das Verhältnis der Fläche der größeren Stufe zu derjenigen der kleineren Stufe jedes der Stufenkolben beträgt vorzugsweise etwa 2:1.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in der

Fig. 1 schematisch im Schnitt ein Sicherheitsventil in Ruhestellung zeigt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt das Ventil nach Fig. 1 in Schaltstellung, und

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Fig. 3 zeigt im Schnitt das Ventil der Fig. 1 und 2 bei einer Fehlschaltung.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Sicherheitsventil 10, z.B. ein Pressensicherheitsventil, mit einem Gehäuse 12, in welchem zwei Wegeventile 14, 15 parallel eingebaut sind, die längs ihrer Achse verschiebbar sind. Jedes der beiden Wegeventile 14, 15 besteht aus einem Arbeitskolben 16, 17 und einem mit diesem verbundenen Ventilteller 18 bzw. 19.

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 14, 15 werden z.B. durch elektromagnetisch betätigbare Vorsteuerventile 26, 28 geschaltet, die über eine Leitung 38 mit dem Zulaufanschluß 20 in Verbindung stehen.

Die Arbeitskolben 16, 17 werden vom Zulauf 2O über die Leitung 38 und die Vorsteuerventile 26, 28 mit dem Druckmittel beaufschlagt und schalten die beiden Ventilteller 18, 19 aus der Ruhestellung gemäß Fig. 1 in die Schaltstellung gemäß Fig. 2 und zurück.

Die Ventilteller 18, 19 wirken mit Ventilsitzen 44, 45 (z.B. Fig. 2) zusammen, um die Verbindung vom Zulaufanschluß 2O zum Verbraucheranschluß 22 je nach Schaltstellung zu öffnen und zu schließen.

Jeder der Ventilteller 18, 19 ist in Form eines Kolbens ausge bildet, der in einer Bohrung des Gehäuses 12 geführt ist. Je-

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dor der kolbenförmigen Ventilteller 18, 19 ist durch eine nicht näher bezeichnete Druckfeder in Schließrichtung ständig beaufschlagt. Jeder Ventilteller ist mit einer zentralen axialen, nicht näher bezeichneten Bohrung versehen, aus der jeweils wenigstens eine nicht näher bezeichnete Querbohrung abgeht, die in einen am zylindrischen Außenumfang des Ventiltellers verlaufenden Ringkanal 50 bzw. 51 mündet, über die zentrale Bohrung und die Querbohrungen stehen die Ringkanäle 50, 51 ständig in Verbindung mit dem Zulaufanschluß 20, so daß das Druckmittel vom Zulauf 20 her direkt in die Ringkanäle 50, 51 einströmen kann.

Die beiden Bohrungen, in denen die Ventilteller 18, 19 geführt sind, sind durch zwei über Kreuz laufende Verbindungskanäle 52, 54 miteinander verbunden, wobei sich der Verbindungskanal 52 von der Zustromseite der in der Zeichnung linken Bohrung zur Abstromseite der in der Zeichnung rechten Bohrung erstreckt, während der Verbindungskanal 54 von der Zustromseite der rechten Bohrung zur Abstromseite der linken Bohrung verläuft. Die beiden Verbindungskanäle 52, 54, die miteinander nicht in Verbindung stehen, münden in die genannten Bohrungen - in Strömungsrichtung des Druckmittels gesehen - vor den jeweiligen Ventilsitzen 44, 45.

In Fig. 1 sind die beiden Wegeventile in Ruhestellung gezeigt, d.h. die Ventilsitze 44, 45 sind geschlossen, so daß vom Zulauf 20 her kein Druckmittel zum Verbraucher A strömen kann. In Fig. 2, die die Schaltstellung zeigt, sind die Ventilsitze 44, 45 geöffnet und das Druckmittel strömt vom Zulaufanschluß 20 zum Ringkanal 51 des Ventiltellers 19 und aus diesem durch den Verbindungskanal 54, danach durch den geöffneten Ventilsitz 44 und weiter zum Verbraucher 22. Parallel hierzu strömt das Druckmittel vom Zulaufanschluß zum Ringkanal 50 des Ventiltellers 18 und aus diesem durch

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den Verbindungskanal 52, dann durch den geöffneten Ventilsitz 45 und von dort aus ebenfalls zum Verbraucher 22. Die Verbindung zum Rücklaufanschluß 24 ist in der Schaltstellung nach Fig. 2 durch die Arbeitskolben 16, 17 geschlossen, während in der Ruhestellung nach Fig. 2 der Verbraucher 22 mit dem Rücklaufanschluß 24 in Verbindung steht.

Fig. 3 zeigt eine Fehlschaltung, d.h. der Ventilsitz 44 ist geschlossen, während der Ventilsitz 45 geöffnet ist. Das Druckmittel 20 strömt zum Ringkanal 51 des Ventiltellers

19 und aus diesem in den Verbindungskanal 54 ein, kann aber dann nicht weiter, weil der Ventilsitz 44 geschlossen ist. Das Druckmittel strömt ferner aus dem Zulaufanschluß

20 in die zentrale Bohrung des Ventiltellers 18 ein, kann aber aus dieser nicht in den Verbindungskanal 52 einströmen, weil dieser durch den kolbenförmigen Ventilteller 18, d.h. durch den Mantel des Ventiltellers 18 geschlossen ist. Es kann also vom Zulaufanschluß 20 kein Druckmittel zum Verbraucher anschluß 22 strömen, der letztere ist vielmehr über den offenen Ventilsitz des Arbeitskolbens 16 zum Rücklaufanschluß 24 entlüftet.

Das Sicherheitsventil 10 ist nun, wie in der Zeichnung dargestellt, mit einer Druckwaage 70 ausgerüstet, die geeignet im Gehäuse 12 angeordnet ist.

Die Druckwaage 70 besteht aus zwei gleichen Stufenkolben 76, 78 sowie einem Schieber 80, die sämtlich in einer Achse liegen, wobei die Stufenkolben einander zugewandt angeordnet sind.

Die größere Stufe, d.h. die Stufe 88 mit dem größeren Durchmesser jedes Stufenkolbens 76, 78 ist in einer Arbeitskammer 72, 74 verschiebbar angeordnet und geführt, während die klei-

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nere Stufe, d.h. die Stufe 90 mit kleinerem Durchmesser jedes Stufenkolbens 76/78 Jr eine Sackbohrung des Schiebers 80 greift und in dieser in Achsrichtung verschiebbar geführt ist. Zwischen den Stufen 88 und der Wand der Arbeitskammern 74, 72 sowie zwischen den Stufen 90 und der Wand der Sackbohrungen des Schiebers 80 sind geeignete Dichtungen, z.B. O-Ringe, vorgesehen. Beide Stufenkolben 76, 78 sind mit einer zentralen, jeden Kolben vollständig durchsetzenden Längsbohrung 84 versehen.

Der Schieber 80 ist im Bereich seiner Längsmitte mit einem nicht näher bezeichneten Hals mit schrägen Anlaufkanten auf beiden Seiten versehen, wodurch, z.B. über eine geeignete Rolle, ein elektrischer Schalter 82 umschaltbar ist, durch welchen der Verbraucher bzw. die Steuerung des Verbrauchers bei einer Fehlschaltung abschaltbar ist.

Die Arbeitskammern 72, 74 sind entsprechend über Leitungen 64, 66 mit den Verbindungskanälen 54, 52 verbunden, wobei die letzteren, wie dargestellt, entsprechend in Ringkanäle 60, 62 münden, die im Gehäuse 12 ausgebildet sind und um den Mantel der Ventilteller 18, 19 verlaufen. Diese Ringkanäle 60, 62 sind über die bereits genannten Leitungen 64, 66 entsprechend an die Arbeitskammern 72, 74 angeschlossen.

Das dargestellte Sicherheitsventil arbeitet wie folgt:

In der Ruhestellung nach Fig. 1 befindet sich die Druckwaage im Gleichgewicht, da in ihren beiden Arbeitskammern 72, 74 der im Zulaufanschluß 20 herrschende Arbeitsdruck P über das Kolbenspiel zwischen den kolbenförmigen Ventiltellern 18, und den Bohrungen im Gehäuse, in denen die Ventilteller geführt sind, aufgebaut wird. Das Druckmittel sickert Über das Kolbenspiel aus den Ringkanälen 50, 51 in die Ringkanäle 60, ein und strömt von dort über die Leitungen 64, 66 in die Ar-

-ir-

beitskanunern 72, 74. Die beiden Stufenkolben 76, 78 werden durch den Druck P beaufschlagt und liegen mit ihrer Schulter an je einem Anschlag 86 im Gehäuse 12 an, wodurch sie den Schieber 80 in Mittellage halten.

In der Schaltstellung nach Fig. 2 sind die beiden Ventilsitze 44, 45 geöffnet, d.h. die beiden Arbeitskammern 72, 74 der Druckwaage stehen über die Leitungen 64, 66, wie Fig. 2 zeigt, mit den Ventilsitzen 44, 45 in Verbindung, in bzw. an denen derselbe Druck herrscht. Damit herrscht auch in den Arbeitskammern 72, 74 derselbe Druck, was zur Folge hat, daß die Schaltstellung der Druckwaage erhalten bleibt, d.h. die letztere bleibt in ihrer Mittellage.

Bei einer Fehlschaltung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, wird in der Arbeitskammer 72 der volle Zulaufdruck aufgebaut über den Zulaufanschluß 20, den Ringkanal 51, den Verbindungskanal 54, den Ringkanal 60 und die Leitung 64, während die Arbeitskammer 74 über die Leitung 66, den offenen Ventilsitz 45 und den offenen Ventilsitz des Arbeitekolbens 16 sum Rücklaufanschluß 24 entlüftet ist.

In der Arbeitskammer 72 herrscht mithin der Zulaufdruck, während in der Arbeitskammer 74 nur Atmosphärendruck herrscht. Der Kolben 76 bleibt somit in seiner Stellung am Anschlag 86, während der Kolben 78 durch den Schieber 80 nach rechts verschob·» wird, bis er an der rechten Stirnwand der Arbeitskammer 74 anschlägt.

Diese Verschiebung wird dadurch erzielt, daß das Druckmittel aus der Arbeitskammer 72 durch die Längsbohrung 34 des Kolbens 76 in die in Fig. 3 linke Sackbohrung de· Schiebers 80 eintritt und den letzteren mit dem vollen Zulaufdruck P beaufschlagt. Der Schieber So wird dadurch, wie la Flg. 3 dargestellt, »*ch rechts verschoben, wodurch der elektrische Schalter 82 au« dar

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in den Fig. 1 und 2 gezeigten Position in die in Fig. 3 gezeigte Position umgeschaltet wird. Diese Umschaltung des Schalters 82 wird benutzt, um z.B. die gesamte Anlage, die Vorsteuerventile 26, 28 oder die Steuerung des Verbrauchers abzuschalten.

Ist der Fehler beseitigt, so wird die Arbeitskammer 74 wieder mit dem Zulaufdruck P versorgt, wie oben erläutert, wodurch der Kolben 78 nach links in Fig. 3 verschoben wird, bis er wieder am Anschlag 86 anliegt, womit die Druckwaage wieder ihre neutrale Mittelstellung erreicht hat.

Das Verhältnis der Fläche der Stufen 88, die den größeren Durchmesser haben, zur Fläche der Stufen 90, die den kleineren Durchmesser haben, kann z.B. 2:1 betragen, wobei unter Fläche die Stirnfläche zu verstehen ist, die dem jeweiligen Außendurchmesser der Stufen 88 bzw. 90 entspricht.

Mit der erfindungsgemäßen Waage lassen sich im Falle einer Fehlschaltung große Verstellkräfte erzielen, da die Kolbenfläche A1 (Fig. 3) mit dem vollen Betriebsdruck beaufschlagt ist, während an der Kolbenfläche A2 (Fig. 3) nur Atmosphärendruck ansteht.

Durch geeignete Wahl der wirksamen Flächen der Stufenkolben (z.B. 2:1) und gegebenenfalls auch durch größere Volumen der Arbeitskammern 72, 74 sowie enge Kanäle 64, 66 kann die Ansprechempfindlichkeit der Druckwaage nach Wunsch eingestellt und insbesondere sehr klein gehalten werden.

Durch das Weglassen der sonst bei Druckwaagen üblichen Zentrierfeder, muß im Fehlerfalle die Druckwaage nicht gegen eine Federkraft verstellt werden. Außerdem ist bei der Rückstellung der

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Druckwaage nach der Erfindung die exakte Mittellage immer gewährleistet, während dies bei Verwendung von Federn wegen der Reibung an den Dichtungen nicht immer der Fall war.

Mit Hilfe der dargestellten Druckwaage und dem Abgriff des Druckes an den Ringkanälen 60, 62 können ferner die Ventilsitze 44, 45 auf Undichtheit überwacht werden.

Wird z.B. in der Ruhestellung nach Fig. 1 eine Undichtheit am Ventilsitz des Ventiltellers 18 größer als infolge des Kolbenspiels zwischen dem kolbenförmigen Ventiteller und dem Gehäuse nachströmt, so strömt Druckmittel aus der Arbeitskammer 72 ab, wodurch in der letzteren der Druck abgebaut wird, worauf die Druckwaage in ihre Fehlstellung geht, in welcher, wie oben erläutert, der Schalter 82 betätigt wird.

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Claims

Technomatic AG - A 14 277 -

Ansprüche

Λ, j Sicherheitsventilfür durckmittelbetriebene Verbraucher, "-—/ insbesondere Kupplung und Bremse von Pressen, mit zwei in einem Gehäuse angeordneten, parallel geschalteten und z.B. elektromagnetisch vorgesteuerten Wegeventilen, von denen jedes einen Arbeitskolben und einen Ventilteller aufweist, die entsprechend die Verbindungen zwischen einem Zulaufanschluß, einem Verbraucheranschluß und einem Rücklaufanschluß steuern» wobei die beiden Ventilteller jeweils in einer Bohrung des Gehäuses geführt und die beiden Bohrungen mittels zweier Kanäle über Kreuz miteinander verbunden sind, wobei ferner die beiden Kanäle jeweils von der Zustromseite der einen Bohrung zur Abstromseite der anderen Bohrung verlaufen und in dieser vor dem Ventilsitz des zugehöringen Ventiltellers münden, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der beiden Kanäle (52, 54) entsprechend über eine Verbindungsleitung (66, 64) jeweils mit einer Seite einer Druckwaage (70) verbunden ist, die bei einer Fehlschaltung aus einer neutralen Mittellage auslenkbar und dadurch der Verbraucher abschaltbar ist.
2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckwaage (80) zwei gleich ausgebildete Stufenkolben (76, 78) aufweist, die in einer Achse einander gegenüberliegend axial verschiebbar angeordnet sind und die mit einem zwischen ihnen angeordneten aus seiner neutralen Mittellage axial auslenkbaren Schieber

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(80) gekoppelt sind, durch den bei einer Fehlschaltung ein elektrischer Schalter (82) betätigbar ist.
3. Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die in Längsrichtung durchbohrten Stufenkolben (76; 78) mit ihrer Stufe (88) größeren Durchmessers im Gehäuse (12) geführt und darin in Richtung zum Schieber (80) bis zu einem Anschlag (86) verschiebbar sind, während sie mit ihrer Stufe (90) kleineren Durchmessers ständig in je eine Sackbohrung des Schiebers (80) greifen, der relativ zu den Stufenkolben (76, 78) axial verschiebbar ist.
4. Sicherheitsventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Flächenverhältnis der Stufe(88) größeren Durchmessers zu der Stufe (90) kleineren Durchmessers der beiden Stufenkolben jeweils etwa 2:1 beträgt.

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