DE102011118536A1

DE102011118536A1 - Safety device used in hydraulic system, has bypass device to move valve element in closing position for blocking fluid-conveying connection between connection ports during appropriate pressure loss

Info

Publication number: DE102011118536A1
Application number: DE102011118536A
Authority: DE
Inventors: Norbert Böhmer
Original assignee: Hydac System GmbH
Current assignee: Hydac Systems and Services GmbH
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: DE102011118536B4

Abstract

The device has a closing valve (3) arranged in a housing portion (31). A valve element (11) is provided in open position by a driving element (13) for fluid-conveying connection between connection ports (59,60) in housing portion. The connection port (60) is attached to hydraulic load (9). A valve element is moved in closing position for blocking the fluid-conveying connection between the connection ports by a bypass device (15) attached to the closing valve, during appropriate pressure loss against the operation of driving element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung, insbesondere als Rohrbruchsicherung dienend, wobei ein in einem Ventilgehäuse angeordnetes Ventilelement eines Schließventils mittels einer Ansteuereinrichtung in einer geöffneten Grundstellung eine fluidführende Verbindung zwischen zwei Anschlussstellen in dem Ventilgehäuse des Schließventils freigibt, von denen eine Anschlussstelle über eine Verbindungsleitung an einen hydraulischen Verbraucher angeschlossen ist.The invention relates to a safety device, in particular serving as a pipe rupture protection, wherein a arranged in a valve housing valve element of a closing valve by means of a control device in an open basic position releases a fluid-carrying connection between two connection points in the valve housing of the closing valve, of which a connection point via a connecting line to a hydraulic Consumer is connected.

Die EP 1 512 872 A2 offenbart eine hydraulische Ventilanordnung mit einer Versorgungsanschlussanordnung, mit einem mit der Versorgungsanschlussanordnung verbundenen Steuerventil, und mit einem Verteilerventil, das einen Pfad zwischen dem Steuerventil und einer von mehreren Arbeitsanschlussanordnungen schaltet. Für den Erhalt eines verbesserten Betriebsverhaltens ist jeder Arbeitsanschluss der Arbeitsanschlussanordnungen mit einem dicht schließenden und aufsteuerbaren Schließventil versehen, wobei das Verteilerventil zwischen dem Steuerventil und den Schließventilen angeordnet ist.The EP 1 512 872 A2 discloses a hydraulic valve assembly having a supply port assembly, a control valve connected to the supply port assembly, and a spool valve that switches a path between the control valve and one of a plurality of working port assemblies. To obtain improved performance, each working port of the working port assemblies is provided with a tightly closing and openable shut-off valve, with the diverter valve disposed between the control valve and the closing valves.

Das angesprochene Verteilerventil sorgt auch dafür, dass die jeweiligen Schließventile in der entsprechenden Arbeitsanschlussanordnung aufgesteuert werden können. Die Aufsteuerung ist dann auf hydraulische Weise möglich. Damit ist gleichzeitig sichergestellt, dass lediglich die Schließventile aufgesteuert werden können, die in der aktivierten Arbeitsanschlussanordnung angeordnet sind. Die Schließventile, die in einer passiven, also nicht angesteuerten Arbeitsanschlussanordnung angeordnet sind, haben keinen aktivierten Aufsteuerpfad, d. h. deren Aufsteuerpfad ist geschlossen, so dass ein Druckaufbau hier nicht erfolgen kann, was die Betriebssicherheit der hydraulischen Ventilanordnung entsprechend erhöhen soll.The mentioned distributor valve also ensures that the respective closing valves can be opened in the corresponding working connection arrangement. The control is then possible in a hydraulic manner. This ensures at the same time that only the closing valves can be opened, which are arranged in the activated working connection arrangement. The closing valves, which are arranged in a passive, that is not activated, working connection arrangement, have no activated Aufsteuerpfad, d. H. whose Aufsteuerpfad is closed, so that a pressure build-up can not be done here, which should increase the reliability of the hydraulic valve assembly accordingly.

Kommt es jedoch unerwartet zu einem Lastabwurf oder einem Bruch innerhalb der Fluidversorgung der hydraulischen Ventilanordnung, kommt es in Abhängigkeit des jeweils eintretenden Versagensfalles zu einer Beschädigung der Funktionseinheiten und, deren Komponenten oder zu einem Leerlaufen von Fluidleitungen, was zum Entleeren des Fluids in die Umwelt führen und diese belasten kann. Derartige Störungen im Betriebsverhalten bekannter Ventilanordnungen können in Abhängigkeit von deren jeweiliger praktischer Anwendung auch sicherheitsrelevante Probleme entsprechend großer Tragweite aufwerfen.However, if there is an unexpected load shedding or a break within the fluid supply of the hydraulic valve assembly, depending on the respective case of failure to occur to the functional units and their components or to an idling of fluid lines, resulting in the emptying of the fluid into the environment and this can burden. Such disturbances in the operating behavior of known valve arrangements can, depending on their respective practical application, also raise safety-relevant problems correspondingly large in scope.

Um diesem Problemkreis zu begegnen, ist in der deutschen Auslegeschrift 1 190 281 bereits vorgeschlagen worden, eine Sicherheitsvorrichtung, insbesondere als Rohrbruchsicherung dienend, für dahingehend hydraulische Anlagen und Ventilanordnungen zu konzipieren mit einem als Schließventil ausgebildeten Schutzventil, das in eine Fluidversorgung mit einer Fluidversorgungsleitung, insbesondere für einen als Lagerbehälter ausgebildeten Verbraucher, geschaltet ist und die Entleerung von Fluidleitungen verhindert. Die Sicherheitsvorrichtung mit einem dahingehenden Schließventil verhindert, dass bei einem Bruch der Fluidversorgungsleitung Fluid ungewollt aus dem Verbraucher, hier in Form des Lagerbehälters, ungewollt austreten kann.To counter this problem, is in the German Auslegeschrift 1 190 281 has already been proposed to design a safety device, serving in particular as a pipe rupture protection, for hydraulic systems and valve assemblies designed with a closure valve designed as a protective valve, which is connected in a fluid supply with a fluid supply line, in particular for a consumer designed as a storage container, and the emptying of fluid lines prevented. The safety device with a pertinent closing valve prevents fluid from accidentally escaping from the consumer, here in the form of the storage container, in the event of a breakage of the fluid supply line.

Trotz Einsatz der bekannten Rohrbruchsicherung kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass aufgrund bestimmter Druckverhältnisse innerhalb der Sicherheitsvorrichtung diese gar nicht oder nur sehr zeitverzögert schließt, so dass nach wie vor, insbesondere bei Einsatz der bekannten Rohrbruchsicherung, in sicherheitstechnisch relevanten hydraulischen Kreisen deren Einsatz die vorstehend skizzierten Probleme bereiten kann.Despite the use of the known pipe rupture protection can not be ruled out that due to certain pressure conditions within the safety device does not close or only very time-delayed, so that still, especially when using the known pipe rupture protection, in safety-relevant hydraulic circuits whose use outlined above Can cause problems.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung und Schließventil, insbesondere zur Verwendung in einer dahingehenden Sicherheitsvorrichtung, zu schaffen, deren Schließverhalten eine funktionssichere Anwendung in hydraulischen Arbeits- und Steuerkreisen erlaubt.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a safety device and closing valve, in particular for use in a pertinent safety device, the closing behavior allows a functionally reliable application in hydraulic working and control circuits.

Eine dahingehende Aufgabe wird von einer Sicherheitsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit gelöst sowie mit einem Schließventil gemäß Inhalt des Patentanspruches 13.This object is achieved by a safety device with the features of claim 1 in its entirety and with a closing valve according to the content of claim 13.

Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 dadurch charakterisiert, dass mittels einer Bypass-Einrichtung, die an die Verbindungsleitung und das Schließventil angeschlossen ist, im Versagensfall mit entsprechendem Druckverlust entgegen der Wirkung der Ansteuereinrichtung das Ventilelement in seine die fluidführende Verbindung zwischen den beiden Anschlussstellen des Ventilgehäuses sperrende Stellung bewegt ist.The safety device according to the invention is characterized according to the characterizing part of claim 1, characterized in that by means of a bypass device which is connected to the connecting line and the closing valve, in case of failure with a corresponding pressure loss against the action of the control device, the valve element in its fluid-carrying connection between the both connection points of the valve housing locking position is moved.

Dergestalt ist eine Art selbstadaptierendes Schließventil realisiert, bestehend aus einem 2-Wege-Logikventil, das in der Grundstellung mittels der Ansteuereinrichtung geöffnet ist. In Abhängigkeit der Fluidversorgung zu dem Verbraucher, in das die Sicherheitsvorrichtung geschaltet ist, stellt sich das Ventilelement des Schließventils in eine Vorsteuer-Position ein, die dem anstehenden Druckniveau in der Zustromleitung zu dem Verbraucher entspricht. Dergestalt braucht für die Fluidversorgung das Ventilelement nicht in seiner voll geöffneten Funktionsstellung zu verbleiben, sondern kann eine demgegenüber betreffend seinen Zustellweg geringere Zustellhöhe einnehmen, so dass unmittelbar im Versagensfall der Schließvorgang des Ventilelements von dieser Einsatzhöhe her um eine verkürzte Wegstrecke vonstatten geht. Bedingt durch den damit einhergehenden Druckabfall, bezogen auf die Bypass-Einrichtung, die die Ansteuereinrichtung entsprechend übersteuert, kommt es schlagartig zum Schließvorgang mittels des Ventilelementes, so dass auch bei ungünstigen Gesamt-Druckverhältnissen an der Sicherheitsvorrichtung zwangsgeleitet auf jeden Fall ein sicheres, unmittelbares Schließen erreicht ist.In this way, a kind of self-adapting closing valve is realized, consisting of a 2-way logic valve, which is opened in the basic position by means of the control device. Depending on the fluid supply to the consumer, in which the safety device is connected, the valve element of the closing valve in a pilot position, which corresponds to the upcoming pressure level in the supply line to the consumer. In such a way, the valve element does not need to remain in its fully open functional position for the fluid supply, but rather can be lower in comparison with its delivery path Take delivery height, so that immediately in case of failure of the closing operation of the valve element from this use height ago by a shortened path takes place. Due to the concomitant pressure drop, based on the bypass device that overrides the control device accordingly, it suddenly comes to the closing operation by means of the valve element, so that even with unfavorable overall pressure conditions on the safety device forcibly achieved in any case, a safe, immediate closing is.

Im Sinne einer funktionsgerechten Rohrbruchsicherung ist der dann angeschlossene Verbraucher in seiner jeweiligen Position gehalten, auch wenn im Bereich der Fluidzuführung oder Fluidversorgung die jeweilige Versagensstelle oder eine sonstige Leckagestelle auftreten sollte und es insoweit zu einem Druckabfall im System kommt. Diese Lösung hat so keine Entsprechung im Stand der Technik, bezogen auf bekannte Rohrbruchsicherungslösungen. Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung kann beispielsweise ein Sicherheitsbauteil im Sinne der 2006/42/EG sein, jedoch auch als Funktionsträger in einer hydraulischen Anwendung eingesetzt sein. Der hydraulische Verbraucher ist als ein Hydrospeicher, als eine Kapazität mit Energiepotential oder als ein unter Lastdruck stehender Hydraulikzylinder ausgebildet. Im Versagensfall, in welchem über die Bypass-Einrichtung Druck vom hydraulischen Verbraucher zum Schließventil geführt wird, um dieses in die sperrende Stellung zu bewegen, wirkt der hydraulische Verbraucher insoweit als Druckquelle.In terms of a functionally correct pipe rupture, the consumer then connected is held in its respective position, even if the respective failure point or other leakage point should occur in the fluid supply or fluid supply and it comes to a drop in pressure in the system. This solution has no equivalent in the prior art, based on known pipe rupture protection solutions. The safety device according to the invention may, for example, be a safety component in the sense of 2006/42 / EC, but also be used as a function carrier in a hydraulic application. The hydraulic consumer is designed as a hydraulic accumulator, as a capacity with energy potential or as a hydraulic cylinder under load pressure. In case of failure, in which pressure is passed from the hydraulic consumer to the closing valve via the bypass device, in order to move it into the blocking position, the hydraulic consumer acts insofar as a pressure source.

Die Bypass-Einrichtung weist vorteilhaft eine Bypass-Leitung auf, die den Fluiddruck zwischen einer Differenzdruckeinrichtung und dem Verbraucher abgreift und auf die eine Seite des Ventilelements des Schließventils führt, an der auch die dahingehende Ansteuereinrichtung angreift oder mit der die dahingehende Ansteuereinrichtung sonst wirkverbunden ist. Die Ansteuereinrichtung ist somit von der Bypass-Einrichtung, wie bereits erläutert, übersteuerbar.The bypass device advantageously has a bypass line which picks up the fluid pressure between a differential pressure device and the consumer and leads to the one side of the valve element of the closing valve, which also acts on the pertinent driving device or otherwise operatively connected to the pertinent driving device. The drive device is thus overridden by the bypass device, as already explained.

Im Versagensfall, insbesondere bei Rohrbruch, sind die Ansteuerdrücke oder -kräfte an dem Ventilelement, hervorgerufen von der Ansteuereinrichtung und von der Bypass-Einrichtung derart konstruktiv gewählt, dass schlagartig die Schließstellung des Ventilelements eingenommen wird, was die Sicherheit deutlich erhöht.In case of failure, especially in case of pipe breakage, the driving pressures or forces on the valve element, caused by the control device and the bypass device are chosen constructively such that abruptly the closed position of the valve element is taken, which significantly increases the security.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Sicherheitsvorrichtung steht auf der der Ansteuereinrichtung abgekehrten Seite des Ventilelements der Rücklaufdruck in der Bypass-Leitung als Teil der Verbindungsleitung zwischen der Differenzdruckeinrichtung und dem Schließventil an. Durch diese konstruktive Maßnahme ist vorteilhaft eine sehr kompakte Bauweise der Sicherheitsvorrichtung dadurch bewirkt, dass unmittelbar das Ventilelement des Schließventils als Additionsglied für alle relevanten Strömungskräfte eingesetzt ist.In a particularly preferred embodiment of the safety device is on the side facing away from the control device of the valve element, the return pressure in the bypass line as part of the connecting line between the differential pressure device and the closing valve. By this constructive measure, a very compact construction of the safety device is advantageously effected in that the valve element of the closing valve is used directly as an addition element for all relevant flow forces.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Sicherheitsvorrichtung ist das Ventilelement als gestufter Ventilkolben ausgeführt, der in seiner Schließstellung leckagefrei mit einem konisch ausgebildeten Ventilsitz in dem Ventilgehäuse des Schließventils zusammenwirkt, in dem der Ventilkolben längsverfahrbar geführt ist. Die gestufte Bauweise des Ventilelements, im Sinne einer Außendurchmesserstufung ermöglicht, insbesondere eine Druckübersetzungsfunktion des Ventilelements in Bezug auf die Wirkung der Bypass-Einrichtung und in Bezug auf die Wirkung der Ansteuereinrichtung. Bei einer Ausführung des Ventilelements als kegelförmiger Einsatz sitzt dieses in seiner Schließstellung leckagefrei auf dem Ventilsitz des Ventilgehäuses auf. Die Druckübersetzungsfunktion ist durch das Verhältnis der druckbeaufschlagten Wirkflächen bestimmt.In a particularly preferred embodiment of the safety device, the valve element is designed as a stepped valve piston which cooperates in its closed position without leakage with a conical valve seat in the valve housing of the closing valve in which the valve piston is guided longitudinally movable. The stepped construction of the valve element, in the sense of an outer diameter graduation, enables, in particular, a pressure-transmitting function of the valve element with respect to the effect of the bypass device and with respect to the action of the drive device. In one embodiment of the valve element as a conical insert that sits in its closed position leak-free on the valve seat of the valve housing. The pressure intensification function is determined by the ratio of the pressure-applied effective areas.

Die Differenzdruckeinrichtung ist vorteilhaft als Drossel und insbesondere in der Ausgestaltungsform als Blende, vorzugsweise mit konstantem Querschnitt, gebildet. Die Ansteuereinrichtung der Sicherheitsvorrichtung ist vorzugsweise in der Art eines Energiespeichers aufgebaut, insbesondere in Form einer Druckfeder. Dabei stützt sich in einer vorteilhaften Ausführungsform der Sicherheitsvorrichtung die Druckfeder mit ihrem einen freien Ende an dem Ventilgehäuse des Schließventils und mit ihrem anderen freien Ende an einer Ventilstange ab, wobei die Ventilstange mit dem Ventilelement in Wirkverbindung steht, insbesondere mit dem Ventilelement fest verbunden ist. Auf diese Weise ist eine besonders einfache und kostengünstige Bauform der Sicherheitsvorrichtung erreicht. Es versteht sich, dass auch jedweder andere hydraulische Wandler, wie etwa ein hydrostatischer Zylinder oder eine Druckdose mit entsprechender Stößelstange (nicht dargestellt) zur Kraftbeaufschlagung des Ventilelements des Schließventils im Sinne einer geschlossenen Schaltstellung verwendet werden kann.The differential pressure device is advantageously formed as a throttle and in particular in the embodiment as a diaphragm, preferably with a constant cross-section. The control device of the safety device is preferably constructed in the manner of an energy store, in particular in the form of a compression spring. In this case, in an advantageous embodiment of the safety device, the pressure spring is supported with its one free end on the valve housing of the closing valve and with its other free end on a valve rod, wherein the valve rod is in operative connection with the valve element, in particular with the valve element is firmly connected. In this way, a particularly simple and inexpensive construction of the safety device is achieved. It is understood that any other hydraulic converter, such as a hydrostatic cylinder or a pressure box with corresponding push rod (not shown) for applying force to the valve element of the closing valve in the sense of a closed switching position can be used.

Der Energiespeicher ist auf den Durchflusswiderstand des Schließventils und dessen Ventilraum derart abgestimmt, dass der proportional zum steigenden Volumenstrom zunehmende Durchflusswiderstand der Differenzdruckeinrichtung eine Druckkraft erzeugt, die der Druckkraft des Energiespeichers derart entgegenwirkt, dass im Versagensfall der Fluidversorgung das Ventilelement in die Schließstellung gelangt. Die Abstimmung des Energiespeichers der Differenzdruckeinrichtung sowie der Nenngröße des Schließventils kann prinzipiell frei gewählt werden und ist von der gewünschten Volumenstromansprechschwelle und dem Schließverhalten des Schließventils gewählt. Dadurch ergibt sich eine an den jeweiligen Verwendungszweck adaptierte Sicherheitsvorrichtung, deren Schließverhalten insbesondere so gewählt ist, dass schlagartige Druckänderungen oder Druckspitzen nicht auftreten und dadurch auch keine entsprechenden Schäden entstehen können.The energy storage is tuned to the flow resistance of the closing valve and the valve chamber such that the increasing proportional to the increasing flow resistance flow resistance of the differential pressure device generates a pressure force which counteracts the pressure force of the energy storage such that in the case of failure of the fluid supply, the valve element enters the closed position. The vote of the energy storage of the differential pressure device and the nominal size of the closing valve can be chosen freely in principle and is selected by the desired volume flow threshold and the closing behavior of the closing valve. This results in a adapted to the particular purpose safety device whose closing behavior is chosen in particular so that sudden pressure changes or pressure peaks do not occur and thus no corresponding damage can occur.

Das Schließventil ist in einer besonders einfach bauenden Ausführungsform in der Art eines 2-Wege-Ventils, Insbesondere in der Art eines selbstadaptierenden 2-Wege-Logikventils ausgebildet. Der Verbraucher kann beispielsweise als Zylinder-Kolben-Einheit oder Hydrospeicher oder als Hydromotor für einen rotatorischen Antrieb gebildet sein.The closing valve is formed in a particularly simple construction embodiment in the manner of a 2-way valve, in particular in the manner of a self-adapting 2-way logic valve. The consumer may be formed, for example, as a cylinder-piston unit or hydraulic accumulator or as a hydraulic motor for a rotary drive.

Ein besonders kostengünstig herstellbares und bauraumsparendes Schließventil für eine dahingehende Sicherheitsvorrichtung weist einen in einem Ventilgehäuse verfahrbaren Ventilkolben als Ventilelement auf, dessen Außendurchmesser gestuft ist. Auf seiner einen Seite ist der Ventilkolben mittels eines Energiespeichers als Teil der Ansteuereinrichtung in Richtung seiner Offenstellung bewegbar. Der Ventilkolben teilt das Ventilgehäuse in mindestens zwei Teilräume auf. Ein erster Teilraum in dem Ventilgehäuse weist eine Anschlussstelle für eine Bypass-Leitung auf, welche die Funktion einer Steuerleitung innehat, und der andere Teilraum, der vorzugsweise diametral dem einen Teilraum gegenüberliegt, weist zwei Anschlussstellen für eine Verbindungsleitung auf, die mittels des Ventilkolbens miteinander verbindbar oder in einer Schließstellung des Ventilkolbens voneinander trennbar sind. In einer einzigen Bohrung in dem Ventilgehäuse lassen sich somit die wesentlichen Funktionen der Sicherheitsvorrichtung in dem Schließventil anordnen.An especially cost-producible and space-saving closing valve for a pertinent safety device has a movable in a valve housing valve piston as a valve element whose outer diameter is stepped. On its one side, the valve piston is movable by means of an energy store as part of the drive device in the direction of its open position. The valve piston divides the valve housing into at least two subspaces. A first subspace in the valve housing has a connection point for a bypass line, which has the function of a control line, and the other subspace, which is preferably diametrically opposite a subspace, has two connection points for a connection line, which can be connected to one another by means of the valve piston or in a closed position of the valve piston are separable from each other. In a single bore in the valve housing can thus arrange the essential functions of the safety device in the closing valve.

Eine weitere, die Herstellungskosten und Montagekosten des erfindungsgemäßen Schließventils minimierende konstruktive Maßnahme ist, dass der Energiespeicher in Form einer Druckfeder ausgebildet ist, die sich mit ihrem einen freien Ende am Ventilgehäuse und mit ihrem anderen freien Ende an einer Ventilstange abstützt, wobei die Ventilstange mit dem Ventilelement in Wirkverbindung steht, insbesondere mit dem Ventilelement fest verbunden ist und mit diesem bewegbar ist. Die wesentliche Baueinheit der Ansteuereinrichtung des Schließventils wird somit durch eine kostengünstig herstellbare Druckfeder gebildet. Das Schließventil ist besonders bevorzugt in der Art einer Patronenlösung als Cartridge-Ventil ausgebildet. Es können handelsübliche Cartridge-Ventile eingesetzt werden, deren Bauteilgrenze die Blende nicht beinhaltet. Das Cartridge-Ventil ist im Hauptstrom angeordnet, wobei zum Federraum des Cartridge-Ventils eine Steuerleitung bzw. die Bypass-Leitung als Teil der Bypass-Einrichtung führt.Another, the production costs and installation costs of the closing valve according to the invention minimizing structural measure is that the energy storage is in the form of a compression spring, which is supported with its one free end on the valve housing and with its other free end to a valve rod, wherein the valve stem with the Valve element is operatively connected, in particular with the valve element is firmly connected and is movable with this. The essential structural unit of the control device of the closing valve is thus formed by a cost-producible compression spring. The closing valve is particularly preferably designed in the manner of a cartridge solution as a cartridge valve. It can be used commercially available cartridge valves whose component limit does not include the aperture. The cartridge valve is arranged in the main flow, wherein a control line or the bypass line as part of the bypass device leads to the spring chamber of the cartridge valve.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung und das erfindungsgemäße Schließventil anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur:
einen schematischen Schaltplan einer Sicherheitsvorrichtung, die als Rohrbruchsicherung dient, sowie einen schematischen, nicht maßstäblichen Längsschnitt durch ein Schließventil.In the following, the safety device according to the invention and the closing valve according to the invention will be described with reference to an embodiment of the drawing. The only figure shows:
a schematic circuit diagram of a safety device that serves as a pipe rupture protection, and a schematic, not to scale longitudinal section through a closing valve.

In der Figur ist schematisch eine Sicherheitsvorrichtung, insbesondere als Rohrbruchsicherung dienend, mit einem Schließventil 3 gezeigt, das in eine Verbindungsleitung 7 für einen Verbraucher 9 geschaltet ist. Das Schließventil 3 weist ein Ventilelement 11 auf, das mittels einer Ansteuereinrichtung 13 von einer Schließstellung in Richtung einer geöffneten Stellung bewegbar ist, wobei in der betreffenden Verbindungsleitung 7 zwischen dem Schließventil 3 und dem Verbraucher 9 eine Bypass-Einrichtung 15 geschaltet ist. Die Bypass-Einrichtung 15 dient im Versagensfall bei entsprechendem Druckabfall dazu, das Ventilelement 11 entgegen der Wirkung der Ansteuereinrichtung 13 in eine Schließstellung zu bewegen. Das Schließventil 3 ist somit wesentlicher Bestandteil der Sicherheitsvorrichtung.In the figure is schematically a safety device, in particular serving as a pipe rupture protection, with a closing valve 3 shown in a connecting line 7 for a consumer 9 is switched. The closing valve 3 has a valve element 11 on, by means of a drive device 13 is movable from a closed position in the direction of an open position, wherein in the relevant connecting line 7 between the closing valve 3 and the consumer 9 a bypass facility 15 is switched. The bypass facility 15 in case of failure with appropriate pressure drop, it serves the valve element 11 against the action of the drive device 13 to move into a closed position. The closing valve 3 is thus an integral part of the safety device.

Die Bypass-Einrichtung 15 weist eine Bypass-Leitung 17 auf, die den Fluiddruck zwischen einer Differenzdruckeinrichtung 19 und dem Verbraucher 9 abgreift und auf die eine Seite des Ventilelements 11 des Schließventils 3 führt, an der auch die Ansteuereinrichtung 13 angreift. Im Versagensfall, insbesondere bei Rohrbruch, sind die Ansteuerdrücke an dem Ventilelement 11 des Schließventils 3 derart gewählt, dass das Ventilelement 11 schlagartig in eine Schließstellung gebracht ist. Dadurch ist ein Fluidverlust, insbesondere durch rückströmendes Fluid aus dem Verbraucher 9 sicher vermieden und der Verbraucher in seiner jeweiligen Lageposition gehalten, was beispielsweise im Bereich von Hydraulikzylindern zum Heben und Senken von Lasten (Gabelstapler) von sicherheitstechnischer Bedeutung ist.The bypass facility 15 has a bypass line 17 on which the fluid pressure between a differential pressure device 19 and the consumer 9 picks up and on one side of the valve element 11 of the closing valve 3 leads, at the also the control device 13 attacks. In case of failure, especially in case of pipe breakage, the driving pressures on the valve element 11 of the closing valve 3 chosen such that the valve element 11 abruptly brought into a closed position. As a result, there is a loss of fluid, in particular due to backflowing fluid from the consumer 9 safely avoided and kept the consumer in its respective position, which is, for example in the field of hydraulic cylinders for lifting and lowering of loads (forklift) of safety significance.

Wie die Figur ferner zeigt, ist das Ventilelement 11 in der Art eines gestuften Ventilkolbens 27 mit entsprechenden Außendurchmessersprüngen ausgeführt. Das Ventilelement 11 wirkt mit einem konisch ausgebildeten Ventilsitz 29 in einem Ventilgehäuse 31 des Schließventils 3 zusammen und bildet einen leckagefreien Ventilsitz. In dem Ventilgehäuse 31 ist der Ventilkolben 27 längsverfahrbar geführt.As the figure further shows, the valve element is 11 in the manner of a stepped valve piston 27 executed with corresponding outer diameter jumps. The valve element 11 acts with a conical valve seat 29 in a valve housing 31 of the closing valve 3 together and forms a leak-free valve seat. In the valve housing 31 is the valve piston 27 guided longitudinally movable.

Wie die Figur ferner zeigt, ist die Differenzdruckeinrichtung 19 vorzugsweise als Drossel 33 und insbesondere in Form einer Blende mit definiertem Öffnungsquerschnitt gebildet. Die Ansteuereinrichtung 13 weist als Bestandteil einen Energiespeicher 35 auf, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Form einer Druckfeder 37 gebildet ist, die sich mit ihrem einen freien Ende 39 an dem Ventilgehäuse 31 und mit ihrem anderen freien Ende 41 an einer Ventilstange 43 abstützt. Die Ventilstange 43 ist mit dem Ventilelement 11 in Wirkverbindung und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem Ventilelement 11 verbunden. Der Energiespeicher 35 ist auf den Durchflusswiderstand des Schließventils 3 derart abgestimmt, dass der proportional zum steigenden Volumenstrom zunehmende Durchflusswiderstand der Differenzdruckeinrichtung 19 eine Druckkraft F_D erzeugt, die der Druckkraft F_E des Energiespeichers 35 derart entgegenwirkt, dass beim Versagen das Ventilelement 11 unmittelbar in die Schließstellung gebracht ist. Die Abstimmung der Zugkraft F_E des Energiespeichers 35, der Strömungswiderstand der Differenzdruckeinrichtung 19 sowie der Nenngröße des Schließventils 3 ist derart gewählt, dass in Abhängigkeit von der gewünschten Volumenstromansprechschwelle – im Sinne eines Leckagestroms – das Schließverhalten des dahingehenden Schließventils 3 vorgegeben ist. Durch diese konstruktive Maßnahme lassen sich unerwünschte Druckspitzen beim Versagensfall, verbunden mit etwaigen negativen Auswirkungen auf Bauteile der Hydraulikanlage, sicher vermeiden.As the figure further shows, the differential pressure device is 19 preferably as a throttle 33 and in particular formed in the form of a diaphragm with a defined opening cross-section. The drive device 13 has as part of an energy storage 35 on, in the embodiment shown in the form of a compression spring 37 is formed, which deals with her one free end 39 on the valve body 31 and with her other free end 41 on a valve rod 43 supported. The valve rod 43 is with the valve element 11 in operative connection and in the embodiment shown with the valve element 11 connected. The energy storage 35 is due to the flow resistance of the closing valve 3 adjusted so that the proportional to the increasing volume flow increasing flow resistance of the differential pressure device 19 generates a compressive force F _D , the pressure force F _{E of} the energy storage 35 such counteracts that at failure, the valve element 11 is brought directly into the closed position. The vote of the tensile force F _{E of} the energy storage 35 , the flow resistance of the differential pressure device 19 and the nominal size of the closing valve 3 is chosen such that, depending on the desired volume flow response threshold - in the sense of a leakage flow - the closing behavior of the pertinent closing valve 3 is predetermined. This design measure can be unwanted pressure peaks in case of failure, combined with any negative impact on components of the hydraulic system, safely avoid.

Das Schließventil 3 ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Sicherheitsvorrichtung in der Art eines 2-Wege-Ventils 45, und, wie beschrieben, insbesondere in der Art eines selbstadaptierenden 2-Wege-Logikventils ausgebildet. Zum Ansprechverhalten des Schließventils 3 im Versagensfall trägt u. a. auch ein Vorspanndruck des Verbrauchers 9 zumindest teilweise dergestalt bei, dass der Vorspanndruck in Richtung der Bypass-Leitung 17 ausgeübt wird, die zwischen der Differenzdruckeinrichtung 19 und dem Verbraucher 9 in der Fluidverbindungsleitung 7 für den Verbraucher 9 mündet. Die Sicherheitsvorrichtung kann in Bezug auf ihre konstruktive Auslegung, insbesondere in Bezug auf die Abstimmung der Ansteuereinrichtung 13 und der Bypass-Einrichtung 15 so ausgelegt sein, dass sich ein progressiver Zusammenhang zwischen dem Fluidvolumen-Strom und der Druckdifferenz an der Differenzdruckeinrichtung 19 ergibt. Es versteht sich, dass jedwede Art an Verbraucher 9, insbesondere jedoch eine Zylinder-Kolben-Einheit oder ein Hydrospeicher oder ein Hydromotor, durch die Sicherheitsvorrichtung abgesichert werden können.The closing valve 3 is in a particularly preferred embodiment of the safety device in the manner of a 2-way valve 45 , and, as described, in particular in the form of a self-adapting 2-way logic valve formed. To the response of the closing valve 3 in case of failure, among other things also bears a bias pressure of the consumer 9 at least partially such that the bias pressure in the direction of the bypass line 17 is exercised between the differential pressure device 19 and the consumer 9 in the fluid communication line 7 for the consumer 9 empties. The safety device can with respect to its structural design, in particular with respect to the vote of the drive device 13 and the bypass facility 15 be designed so that there is a progressive relationship between the fluid volume flow and the pressure difference across the differential pressure device 19 results. It is understood that any kind of consumer 9 but in particular a cylinder-piston unit or a hydraulic accumulator or a hydraulic motor, can be secured by the safety device.

Zur Herstellung der Sicherheitsvorrichtung kann ein Schließventil 3 eingesetzt werden, das in einem Ventilgehäuse 31 längsverfahrbar einen gestuften Ventilkolben 27 als Ventilelement 11 aufweist. Auf einer Seite 25 des Ventilelements 11 kann ein Energiespeicher 35 als Teil einer Ansteuereinrichtung 13 dergestalt wirken, dass der Ventilkolben 27 und das Ventilelement 11 in Richtung einer Offenstellung bewegbar ist. Der Ventilkolben 27 teilt das Ventilgehäuse 31 in mindestens zwei Teilräume 53, 55 auf, von denen der eine Teilraum 53 eine Anschlussstelle 57 für eine Bypass-Leitung 17 aufweist und der andere Teilraum 55, gegenüberliegend zu dem Energiespeicher 35 zwei Anschlussstellen 59, 60 aufweist, für den Anschluss einer Verbindungsleitung 7, wobei die Anschlussstellen 59, 60 mittels des Ventilkolbens 27 miteinander verbindbar oder in einer Schließstellung voneinander trennbar sind. Auf diese Weise ist eine durch das Schließventil 3 gebildete zentrale, kompakte Funktionseinheit für eine Sicherheitsvorrichtung 1 gegeben.For the preparation of the safety device, a closing valve 3 be used in a valve body 31 longitudinally movable a stepped valve piston 27 as a valve element 11 having. On one side 25 of the valve element 11 can be an energy store 35 as part of a drive device 13 act in such a way that the valve piston 27 and the valve element 11 is movable in the direction of an open position. The valve piston 27 splits the valve body 31 in at least two subspaces 53 . 55 on, of which the one subspace 53 a connection point 57 for a bypass line 17 and the other subspace 55 , opposite to the energy storage 35 two connection points 59 . 60 has, for the connection of a connecting line 7 , where the connection points 59 . 60 by means of the valve piston 27 connectable to each other or are separable from each other in a closed position. In this way, one through the closing valve 3 formed central, compact functional unit for a safety device 1 given.

Es versteht sich, dass der Energiespeicher 35 alle denkbaren Bauformen eines Energiespeichers annehmen kann. In einer besonders bevorzugten, einfach bauenden Ausführung des Sicherheitsventils ist der Energiespeicher 35 in Form einer Druckfeder 37 ausgebildet. Die Druckfeder 37 ist dergestalt eingespannt, dass sich ein freies Ende 39 der Druckfeder 37 vorzugsweise unmittelbar an dem Ventilgehäuse 31 des Schließventils 3 abstützt und ein anderes freies Ende 41 der Druckfeder 37 sich an einer Ventilstange 43 abstützt, die mit dem Ventilelement 11 fest verbunden ist, zumindest aber mit dem Ventilelement 11 in Wirkverbindung steht. Dadurch ist eine sehr einfache Adaptionsmöglichkeit der Ansteuereinrichtung 13 an die betreffende Fluidsituation durch die Wahl der Federkennlinie der Druckfeder 37 gegeben. Das selbstadaptierende 2-Wege-Ventil 45 kann in besonders kompakter Bauweise in der Art eines, eine separate Handelseinheit bildenden Cartridge-Ventiles 61 gebildet sein.It is understood that the energy storage 35 All conceivable types of energy storage can accept. In a particularly preferred, simple design of the safety valve is the energy storage 35 in the form of a compression spring 37 educated. The compression spring 37 is clamped in such a way that there is a free end 39 the compression spring 37 preferably directly on the valve housing 31 of the closing valve 3 supports and another free end 41 the compression spring 37 on a valve stem 43 supports, with the valve element 11 is firmly connected, but at least with the valve element 11 is in active connection. As a result, a very simple adaptation option of the drive device 13 to the relevant fluid situation by the choice of the spring characteristic of the compression spring 37 given. The self-adapting 2-way valve 45 can in a particularly compact design in the manner of a, a separate trade unit forming cartridge valve 61 be formed.

Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung mit Schließventil 3 stellt eine besonders einfach bauende konstruktive Lösung dar, um auch bei großen Leckageströmen im Versagensfall den Verbraucher 9 in seiner Position zu sichern.The safety device according to the invention with closing valve 3 represents a particularly simple constructive solution to even in case of large leakage currents in case of failure the consumer 9 secure in his position.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Lösung kann also sowohl als Sicherheitseinrichtung als auch als Funktionsträger in einer hydraulischen Anwendung eingesetzt werden. Zur Erläuterung: ein Sicherheitsbauteil im Sinne der 2006/42/EG darf keine Funktion ausführen. Die erfindungsgemäße Lösung findet insbesondere dort ihren Einsatz, wo eine hydraulische Druckquelle, die beispielsweise aus einem Hydrospeicher oder einer hydraulischen Kapazität, oder gleichwohl aus einem unter Lastdruck stehenden Hydraulikzylinder gebildet ist.The solution according to the invention described above can thus be used both as a safety device and as a function carrier in a hydraulic application. For explanation: a safety component as defined in 2006/42 / EC may not perform any function. The solution according to the invention is used in particular where a hydraulic pressure source, which is formed for example from a hydraulic accumulator or a hydraulic capacity, or nevertheless from a hydraulic cylinder under load pressure.

Im Beispiel der Anwendung einer „Passiv Heave Compensation” würde das selbstadaptierende Schließventil den Hydrospeicher bei Seilriss vor einer zu schnellen Entleerung und somit das System vor einer Stosswelle schützen können. Ventilelement und Ventilkolben sind regelmäßig ein und dasselbe Teil; das angesprochene Cartridge-Ventil liegt im Hauptstrom; es gibt keinen Bypass, sondern insoweit nur eine Steuerleitung zum Federraum des Cartridge-Ventils. Ein Vorbeiführen von Steueröl am Ventil ist somit nicht vorgesehen.In the example of the application of a "Passive Heave Compensation", the self-adapting shut-off valve would protect the hydraulic accumulator in the event of a cable break from being emptied too quickly, thus protecting the system against a shock wave. Valve element and valve piston are regularly one and the same part; the mentioned cartridge valve is located in the main stream; There is no bypass, but so far only a control line to the spring chamber of the Cartridge valve. A passing of control oil on the valve is thus not provided.

Die Stufung wird durch die „Konizität” des Einsatzes und nicht durch den Ventilsitz erreicht. Ein Hydromotor kann für die betrachteten Anwendungsfälle regelmäßig nicht eingesetzt werden, da sein Trägheitsmoment zu groß und das Kompressionsvolumen regelmäßig zu klein ist. Bei einer vorgebbaren Bauteilgrenze des Cartridge-Ventiles beinhaltet dieses die Blende nicht. „Verbraucher” im Sinne des Empfängers eines Fluid oder Stoffstromes ist für den vorliegenden Einsatzbereich der Erfindung nicht zutreffend; vielmehr handelt es sich um sogenannte Kapazitäten mit Energiepotenzial als Verbraucher, deren schlagartige Energiefreisetzung unterbunden werden soll.The grading is achieved by the "taper" of the insert and not by the valve seat. A hydraulic motor can not be regularly used for the applications considered because its moment of inertia is too large and the compression volume is regularly too small. With a specifiable component limit of the cartridge valve, this does not include the diaphragm. "Consumer" in the sense of the recipient of a fluid or stream is not applicable to the present application of the invention; rather, they are so-called capacities with energy potential as consumers whose sudden release of energy is to be prevented.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1512872 A2 [0002]
DE 1190281 [0005]

Claims

Safety device, in particular serving as a pipe rupture protection, wherein a in a valve housing ( 31 ) arranged valve element ( 11 ) a closing valve ( 3 ) by means of a drive device ( 13 ) in an open basic position, a fluid-carrying connection between two connection points ( 59 . 60 ) in the valve housing ( 31 ) of the closing valve ( 3 ), of which one connection point ( 60 ) via a connecting line ( 7 ) to a hydraulic consumer ( 9 ), characterized in that by means of a bypass device ( 15 ) connected to the connecting line ( 7 ) and the closing valve ( 3 ) is connected, in case of failure with a corresponding pressure loss against the action of the control device ( 13 ) the valve element ( 11 ) in its the fluid-carrying connection between the two connection points ( 59 . 60 ) of the valve housing ( 31 ) locking position is moved.

Safety device according to claim 1, characterized in that the bypass device ( 15 ) a bypass line ( 17 ), which measures the fluid pressure between a differential pressure device ( 19 ) and the consumer ( 9 ) and on one side of the valve element ( 11 ) of the closing valve ( 3 ), at which also the control device ( 13 ) attacks.

Safety device according to claim 1 or 2, characterized in that in case of failure, the driving pressures on the valve element ( 11 ) of the closing valve ( 3 ) are such that abruptly the closed position of the valve element ( 11 ) is taken.

Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that on the driving device ( 13 ) turned away page ( 25 ) of the valve element ( 11 ) the return pressure in the bypass line ( 17 ) as part of the connection line ( 7 ) between the differential pressure device ( 19 ) and the closing valve ( 3 ) pending.

Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the valve element ( 11 ) as a stepped valve piston ( 27 ) is executed, which in its closed position leak-free with a conical valve seat ( 29 ) in the valve housing ( 31 ) of the closing valve ( 3 ) cooperates, in which the piston-like valve element ( 27 ) is guided longitudinally movable.

Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the differential pressure device ( 19 ) from a throttle ( 33 ), in particular in the form of a diaphragm.

Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device ( 13 ) an energy store ( 35 ), in particular in the form of a compression spring ( 37 ), with their one free end ( 39 ) on the valve housing ( 31 ) and with her other free end ( 41 ) on a valve rod ( 43 ) supported with the valve element ( 11 ) is in operative connection, in particular with the valve element ( 11 ) is firmly connected.

Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy store ( 35 ) on the flow resistance of the closing valve ( 3 ) is adjusted such that the proportional to the increasing volume flow increasing flow resistance of the differential pressure device ( 19 ) generates a force (F _D ₎ which corresponds to the force (F _E _{) of} the energy store ( 35 ) counteracts such that in case of failure, the valve element ( 11 ) reaches the closed position.

Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the tuning of energy storage ( 35 ), Differential pressure device ( 19 ) and the nominal size of the closing valve ( 3 ) as a function of the desired volume flow response threshold and the closing behavior of the closing valve ( 3 ) he follows.

Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the closing valve ( 3 ) in the manner of a two-way valve ( 45 ), in particular in the form of a self-adapting two-way logic valve is formed.

Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the consumer ( 9 ) at least partially in operation a biasing pressure in the direction of the bypass line ( 17 ) between differential pressure device ( 19 ) and the consumer ( 9 ) in the pertinent part of the interconnector ( 7 ) for the consumer ( 9 ) opens.

Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the consumer ( 9 ) is formed from a cylinder-piston unit, a hydraulic accumulator or a hydraulic motor.

Closing valve, in particular for use in a safety device according to one of the preceding claims, characterized in that in a valve housing ( 31 ) longitudinally displaceable a stepped valve piston ( 27 ) as a valve element ( 11 ), which is on its one side ( 25 ) by means of an energy store ( 35 ) as part of the control device ( 13 ) in the direction of its open position is movable and the valve housing ( 31 ) into at least two subspaces ( 53 . 55 ), of which one subspace ( 53 ) a connection point ( 57 ) for a bypass line ( 17 ) and the other subspace ( 55 ) opposite to the energy store ( 35 ) two connection points ( 59 . 60 ) for the connection of the connecting line ( 7 ) to a hydraulic consumer ( 9 ), which by means of the valve piston ( 27 ) are connectable to each other or separable from each other in a closed position.

Closing valve according to claim 13, characterized in that the energy store ( 35 ) in the form of a compression spring ( 37 ) is formed, which with its one free end ( 39 ) on the valve housing ( 31 ) and with her other free end ( 41 ) on a valve rod ( 43 ) supported with the valve element ( 11 ) is in operative connection, in particular with the valve element ( 11 ) is firmly connected.

Closing valve according to claim 13 or 14, characterized in that it is designed as a self-adapting two-way logic valve in the manner of a cartridge valve ( 61 ) is trained.