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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltstellungsüberwachung
an Ventilen, insbesondere pneumatischen Ventilen, bei dem durch
die Bewegung eines Steuer- und Regelorgans und des Ventils und einer
mit dem Steuer- und Regelorgan verbundenen Verlängerung, beim Erreichen der
zu überwachenden
Schaltstellung des Steuer- und Regelorgans ein elektrisches Signal
abgegeben wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Ventil, insbesondere
ein Hauptluftventil in einer Wartungseinheit einer Luftversorgung,
mit einem Ventilkörper
und einem Ventilkolben und einer mit dem Ventilkolben verbundenen
Verlängerung
und einer mit der Verlängerung
zusammenwirkenden Schalteinrichtung.
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Verfahren
zum Erkennen von Betriebspositionen und entsprechende Aufbauten
an Ventilen sind im allgemeinen bekannt. So werden zum Beispiel Wegmeßsysteme
zur Erfassung der Ventilstangenbewegung elektro-pneumatischer Stellungsregler eingesetzt.
Dabei werden zumeist Potentiometer verwendet, die über einen
entsprechenden mit der Ventilstange gekoppelten Hebelabgriff betätigbar sind. Des
weiteren sind im Stand der Technik auch induktive Näherungssensoren
beschrieben. Ein dementsprechendes Wegmeßsystem zur Erfassung der Ventilstangenbewegung
ist in der
DE 42 39
635 C2 dargestellt, wobei ein an der Ventilstange mitbewegter
leitfähiger
Körper
mit einem induktiv arbeitenden Sensor, der durch einen HF-Oszillator
zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes angeregt wird,
zusammenwirkt.
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Eine
weitere Einrichtung zur berührungslosen
Schaltstellungsüberwachung
an Ventilen ist aus der
DE
29 25 581 C2 bekannt. An das im Ventil angeordnete Steuer-
und Regelorgan ist dabei ein Metallstift befestigt, dessen Ende
einen größeren Durchmesser
aufweist, als der eigentliche Durchmesser des Metallstiftes. Dieses
mit den größeren Durchmesser
versehene aus einem leitfähigen
Metall bestehende Ende des Metallstifts bewegt sich in einer Oszillatorspule.
Je nach Stellung des Endes des Metallstifts wird die Oszillatorspule
mehr oder weniger stark bedämpft,
so dass die Oszillatorschaltung mehr oder weniger stark anschwingt
und ein mit der Oszillatorspule zusammenwirkender Schwellwertschalter entsprechend
angesprochen wird. Dieses über
den Schwellwertschalter erzeugte Ausgangssignal kann ab gegriffen
und entsprechend zur Auswertung der Betriebsposition des Steuer-
und Regelorgans des Ventils verwendet werden. Ein derartiges Systems
ist aufgrund der Vielzahl der benötigten elektrischen und mechanischen
Bauteile relativ kostspielig, temperaturempfindlich und es können sich,
aufgrund der immer in der Druckluft vorhandenen Feuchtigkeits- oder Ölanteile
Ungenauigkeiten in der Messung ergeben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil und ein Verfahren
zur Schaltstellungsüberwachung
an Ventilen zu schaffen, das kostengünstig ist, temperaturunabhängig arbeitet,
in einen vorhandenen Schaltkreis unmittelbar eingebunden werden kann
und das einen möglichst
konstruktiven einfachen Aufbau aufweist. Darüber hinaus ist es Aufgabe der
Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die Signale eindeutig
ermittelt werden und eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet
wird.
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Die
Erfindung wird in Bezug auf das Erzeugnis dadurch gelöst, dass
das freie Ende der Verlängerung
mit mindestens einem elektrischen Kontakt, insbesondere einem Öffner und/oder
Schließer
verbunden ist. Durch das erfindungsgemäße Anbringen eines elektrischen
Kontaktes am unmittelbaren Ende der Verlängerung, die erfindungsgemäß und vorzugsweise
aus einem metallischen Werkstoff besteht und unmittelbar an den
Ventilkolben angebaut ist, ist nun die Möglichkeit geschaffen mit einfachsten
Mitteln und somit kostengünstig
ein eindeutiges Signal über
die Betriebsposition des Ventilkolbens auswerten zu können. Durch
den Einsatz eines mechanischen Schalters in Form eines Öffners und/oder
eines Schließers
arbeitet das erweiterte Ventil temperaturunabhängig, so dass das Ventil auch
für robusteste
Einsätze
verwendet werden kann. Insbesondere durch die Hindurchführung der
Verlängerung durch
einen an das Ventil angeschlossenen Schalldämpfer wird das Ventil flexible
einsetzbar und kann somit in beliebige Automationssysteme oder Anlagen eingebaut
werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Erfindung wird vorgeschlagen
als elektrischen Kontakt einen Sicherheitspositionsschalter einzusetzen. Der
Einsatz eines handelsüblichen
Sicherheitspositionsschalters und die Integration in beziehungsweise der
Anbau an ein bestehendes Ventil bietet die Möglichkeit, ohne hohen konstruktiven
Aufwand und sehr kostengünstig
eine hohe Funktionssicherheit und Aussagefähigkeit über die Betriebsposition des
Ventilkolbens zu erhalten. Dabei können jegliche auf dem Markt
verfügbare
Sicherheitspositionsschalter verwendet werden, was wiederum die
Flexibilität
des Einsatzes des erfindungsgemäßen Ventils
erhöht. Durch
den Einsatz des Sicherheitspositionsschalters ist ebenfalls die
Möglichkeit
geschaffen, das Ventil in eine Not-Aus-Kette einer erweiterten Schaltung,
zum Beispiel in einer Automationsanlage unmittelbar einbinden zu
können.
Da hier standardisierte und genormte Sicherheitspositionsschalter
verwendet werden, ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Ventils auch
in vorhandene Systeme integrierbar.
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Die
Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe
in Bezug auf ein Verfahren zur Schaltstellungsüberwachung an Ventilen, wird
dadurch gelöst,
dass mittels der Verlängerung
mindestens ein elektrischer Kontakt, insbesondere ein Öffner und/oder
ein Schließer
betätigt
wird. Durch die verfahrenstechnische Lösung der gestellten Aufgabe
ist nun die Möglichkeit
geschaffen, mittels der Bewegung eines Steuer- und Regelorgans des
Ventils, wobei mit Steuer- und Regelorgan vornehmlich aber nicht
ausschließlich
der Ventilkolben gemeint ist, unmittelbar einen elektrischen Kontakt,
insbesondere einen Öffner
und/oder einen Schließer
zu betätigen.
Durch die Bewegung des Ventilkolbens und der daran befestigten Verlängerung
ist eine einfachst aufgebaute Möglichkeit
geschaffen, ein Verfahren zur Erkennung der Schaltstellung und damit
der Betriebsposition des Ventils zu ermöglichen. Insbesondere bei einem
Einsatz eines Sicherheitspositionsschalters betätigt die Verlängerung,
je nach Ausführung
gleich mehrere Öffner
oder mehrere Schließer
oder eine Kombination aus Öffner
und Schließer.
Der Sicherheitspositionsschalter kann unmittelbar in den Schaltkreis
einer Steuerung integriert werden und je nach Auslegung des Sicherheitspositionsschalters
für unterschiedliche
Funktionen eingesetzt werden. Ein wesentlicher Einsatz des Sicherheitspositionsschalters
ist die Verwendung in einer Not-Aus-Kette in einer Anlagensteuerung.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert:
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1 zeigt
die Seitenansicht im Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes
Ventil.
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Die 1 zeigt
die Seitenansicht in einem Schnitt auf ein erfindungsgemäß ausgestaltetes
Ventil 1 bestehend aus einem Ventilkörper 2, einem Ventilkolben 3,
einer stiftartigen Verlängerung
4, einem Schalldämpfer 5,
einem Adapter 6 und einem Sicherheitspositionsschalter 7.
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Der
Ventilkörper 2 ist
beispielsweise ein handelsübliches
Pneumatikventil, wobei vornehmlich ein Hauptluftventil als Einschaltventil
an einer Wartungseinheit für
die erfindungsgemäße Ausführung vorgesehen
ist. Auch wenn in diesem Ausführungsbeispiel der
Einsatz eines pneumatischen Ventils beschrieben ist, so ist dieses
Beispiel nicht beschränkend.
Es ist natürlich
ebenfalls vorstellbar, das erfinderische Ventil bzw. das Verfahren
für fluide
Mittel zu verwenden. In dem Ventilkörper 2 bewegt sich
der Ventilkolben 3 in unterschiedliche Richtungen, wie
mit dem Pfeil P angedeutet. Der Ventilkolben 3 wirkt direkt
mit der stiftartigen Verlängerung 4,
die vornehmlich aus einem metallischen Werkstoff besteht, zusammen. Die
Verbindung zwischen Ventilkolben 3 und metallischer Verlängerung 4 erfolgt über ein
Kraftschluß, wobei
die Verlängerung 4 über die
Rückstellfeder
des Positionsschalters 7 in Position gehalten wird. Am Ende
der Verlängerung 4 liegt
die Verlängerung 4 am Schaltstößel 8 des
Sicherheitspositionsschalters 7 an. Über die Bewegung P der Verlängerung 4 wird dann
der Schaltstößel 8 betätigt und
die Öffner und/oder
Schließ der
des Positionsschalters 7 betätigt. Hierbei kann der Sicherheitspositionsschalter,
je nach Einsatzfall mit zwei Öffnern
oder zwei Schließern
oder einer Kombination aus Öffner
und Schließer
ausgestattet sein. In der bevorzugten Ausführungsvariante ist der Sicherheitspositionsschalter 7 mit
einem Öffner
und einem Schließer
versehen.
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Um
das Ventil 1 individuell einsetzen zu können, ist das Ventil 1 mit
einem Schalldämpfer 5 versehen. Über den
Schalldämpfer 5 wird
die beim Ausschalten des Ventils 1 austretende Luft schallgedämpft, so
dass das Ventil 1 universell einsetzbar ist. Über einen
Adapter 6 ist der Sicherheitspositionsschalter 7 mit
dem Schalldämpfer 5 und
somit auch mit dem Ventilkörper 2 verbunden.
Die Verlängerung 4 wird
dabei durch eine Öffnung
in der Mitte des Adapters 6 hindurchgeführt. Der Adapter 6 besteht
im einfachsten Fall aus einem metallischen Ring, der mit Gewinden
zur Aufnahme des Schalldämpfers 5 und des
Positionsschalters 7 versehen ist.
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Um
die Funktionalität
zu erhöhen
und die Adaptierbarkeit verschiedenster Positionsschalter 7 an das
Ventil 1 zu ermöglichen,
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die Verlängerung 4 mit
einem Druckstück 9 zu
versehen. Mittels des Druckstückes 9 ist es
möglich,
unterschiedliche Strecken zwischen dem Hub P des Ventils 1 und
den Schaltstrecken der elektrischen Schaltelemente des Sicherheitspositionsschalters 7 auszugleichen.
Besitzt beispielsweise das Ventil 1 oder vielmehr der Ventilkolben 3 einen Hub
von 8 mm und der Öffner
im Sicherheitspositionsschalter 7 wird lediglich über eine
Strecke von 6 mm geöffnet,
so kann über
das Druckstück 9 in
der Verlängerung 4 diese
Differenz von 2 mm ausgeglichen werden. Je nach Auslegung der Federkraft
im Druckstück 9 ist
es darüber
hinaus möglich,
den Schaltzeitpunkt des Öffners
im Sicherheitspositionsschalter 7 einzustellen. Somit ist
es möglich,
den Öffner
möglichst
lange offen zu halten, um somit auch das mögliche Schließen des
Ventilkolbens 3 in dessen Endlage abfragen zu können.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist das Druckstück
mit einer gegenüber
der Federkraft des Öffners
stärkeren
Feder versehen. Ausgehend von der in 1 dargestellten
Ausgangsposition I des Ventilkolbens 3 in der
das Ventil 1 geschlossen ist, wird das Ventil 1 elektrisch
angeregt mittels eines Druckes geöffnet. Da die Feder einen Öffner 10 des Sicherheits positionsschalters 7 schwächer ist
als im Druckstück 9 öffnet sich
nach zirka 2 mm der Öffner 10.
Nach weiteren 3,5 mm Hub der Bewegung P des Ventilkolbens 3 ist
der Öffner 10 vollständig geöffnet. Der
Hub des Ventilkolbens beträgt
aber in diesem Ausführungsbeispiel
8 mm, so dass die restlichen ca. 2 mm vom Druckstück 9 aufgenommen
werden. Das Ventil 1 ist nun vollständig geöffnet. und der Ventilkolben 3 befindet
sich in der Position II. Im Sicherheitspositionsschalter
befindet sich der Öffner 10 ebenfalls
in der Position II, ein angeschlossener Schaltkreis ist
somit unterbrochen. Bei einem Abschalten des Hauptluftventils 1 verfährt der
Ventilkolben 3 wieder in seine Ausgangsposition I.
Nach einem Weg von zirka 2 mm in Richtung der Position I hat
sich zuerst das Druckstück 9 entspannt,
da hierin die größere Federkraft
enthalten ist. Nun verfährt
der Ventilkolben um weitere 5 mm bevor der Öffner 10 wieder schließt, da der
Sicherheitspositionsschalter 7 in diesem Beispiel als Sprungschalter
ausgeführt
ist und erst auf dem letzten Millimeter endgültig schließt. Da der Hub des Ventilkolbens 3 zwar
8 mm beträgt
der Schließweg
des Ventilkolbens 3 aber nur zirka 6 mm beträgt, ist
das Ventil 1 bereits vollständig geschlossen, wenn auch
der Öffner 10 schließt. In der
Endstellung I ist das Ventil 1 geschlossen und
auch der Öffner 10 des
Sicherheitspositionsschalters 7. Durch diesen erfindungsgemäßen Aufbau
eines Ventils 1 ist es möglich, das Ventil 1 mit
den dazu gehörigen
Sicherheitspositionsschalter 7 in einer Not-Aus-Kette einer
Automationsanlage oder einer beliebigen Anlage mit Sicherheitseinrichtungen
einzusetzen. Zusätzlich
kann über
einen im Sicherheitspositionsschalter 7 angeordneten Schließer eine
weitere Abfrage, zum Beispiel der Ausfall der pneumatischen Energieversorgung,
erkannt und ein automatischer Wiederanlauf bei der Wiederkehr der
pneumatischen Energieversorgung verhindert werden und somit eine
weitere sicherheitstechnische Einrichtung mit dem erfindungsgemäßen Ventil 1 abgefragt
werden. Durch die eindeutige Betriebspositionsabfrage ist es erfindungsgemäß möglich eine
genaue Aussage über den
Zustand des Hauptluftventils 1 zu erhalten. Dies erfolgt
mit einfachsten Mitteln und somit kostengünstig und durch die Verwendung
von genormten Mitteln ist das erfindungsgemäße Ventil 1 leicht
in Automations- und Anlagensysteme integrierbar.