DE102012021462A1 - Valve unit for controlling flow of fluid in fluid-control working apparatus, has safety valve that is designed as shutoff valve in inlet portion of working channel, such that valve element is switched into passage position - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit zur Steuerung der Strömung eines Fluides, mit einem Einlass, einem Auslass und einem zwischen dem Einlass und dem Auslass verlaufenden Arbeitskanal, ferner mit einer in den Verlauf des Arbeitskanals eingeschalteten Drosselrückschlageinrichtung enthaltend ein Drosselventil und ein zu dem Drosselventil parallelgeschaltetes, eine Fluidströmung vom Einlass zum Auslass zulassendes und in der Gegenrichtung sperrendes Rückschlagventil, außerdem mit einem im Verlauf des Arbeitskanals angeordneten, den Arbeitskanal in einen vom Einlass kommenden Einlassabschnitt und einen zum Auslass führenden Auslassabschnitt unterteilenden Sicherheitsventil, das ein durch Federmittel in eine den Arbeitskanal absperrende Schließstellung vorgespanntes Ventilglied aufweist und das einen Steueranschluss aufweist, an dem ein externes Steuersignal anlegbar ist, um das Ventilglied unter Überwindung der Federmittel in eine den Arbeitskanal freigebende Durchlassstellung umzuschalten, und mit einem Handentlüftungsventil zum manuellen Entlüften des Auslassabschnittes.The invention relates to a valve unit for controlling the flow of a fluid, having an inlet, an outlet and a running between the inlet and the outlet working channel, further comprising a switched into the course of the working throttle throttle check device comprising a throttle valve and a parallel to the throttle valve, a Fluid flow from the inlet to the outlet permitting and blocking in the opposite direction non-return valve, also arranged with a in the course of the working channel, the working channel in an inlet section coming from the inlet and a outlet leading to the outlet dividing safety valve, which biased by spring means in a shut-off the working channel closing position Valve member having and having a control terminal to which an external control signal can be applied to the valve member by overcoming the spring means in a working channel releasing Durchlassstellun g and with a manual bleed valve for manual bleeding of the outlet section.
Mit einer solchen Ventileinheit kann ein angeschlossener fluidbetätigter Antrieb in einer Weise betätigt werden, dass die an den Auslass der Ventileinheit angeschlossene Arbeitskammer des Antriebes nur entlüftbar ist, wenn an dem Steueranschluss ein entsprechendes Steuersignal anliegt. Das Steuersignal kann beispielsweise durch eine Steuereinrichtung generiert werden, an die der zu betätigende Antrieb angeschlossen ist. Fällt das Steuersignal aus, beispielsweise aufgrund eine Betriebsstörung, wird das Sicherheitsventil durch die zugeordneten Federmittel in die Schließstellung umgeschaltet, so dass eine Druckentlastung der angeschlossenen Arbeitskammer und mithin unkontrollierte Bewegungen des Abtriebsgliedes des Antriebes verhindert werden. Bei einer aus der zweiseitigen Produktinformation ”ASP-X352” des Jahres 2007 der Firma SMC Corporation bekannten Ventileinheit der eingangs genannten Art ist das Sicherheitsventil als entsperrbares Rückschlagventil ausgeführt, das eine Fluidströmung zum Auslass hin ungehindert durchlässt und in der Gegenrichtung sperrt, wobei die Sperrung durch ein fluidisches Steuersignal aufgehoben werden kann.With such a valve unit, a connected fluid-operated drive can be actuated in such a way that the working chamber of the drive connected to the outlet of the valve unit can only be vented if a corresponding control signal is applied to the control connection. The control signal can be generated, for example, by a control device to which the drive to be actuated is connected. If the control signal fails, for example because of a malfunction, the safety valve is switched by the associated spring means in the closed position, so that a pressure relief of the connected working chamber and thus uncontrolled movements of the output member of the drive can be prevented. In one of the two-sided product information "ASP-X352" of the year 2007 SMC Corporation known valve unit of the type mentioned above, the safety valve is designed as a pilot-operated check valve that allows fluid flow to the outlet through freely and locks in the opposite direction, the blocking by a fluidic control signal can be canceled.
In der Regel ist der Ventileinheit ein an den Einlass angeschlossenes Richtungssteuerventil vorgeschaltet, durch das die Fluidzufuhr bezüglich des angeschlossenen Antriebes gesteuert wird. Wenn bei diesem vorgeschalteten Richtungssteuerventil eine Fehlfunktion vorliegt, durch die unbeabsichtigt ein Druckfluid in den Einlass der Ventileinheit eingespeist wird, kann dies trotz des in die Ventileinheit integrierten Sicherheitsventils zu einer unerwünschten Betätigung des angeschlossenen Antriebes führen. Dies kann kritische und mitunter sogar gefährliche Betriebssituationen zur Folge haben.As a rule, the valve unit is preceded by a directional control valve connected to the inlet, by means of which the fluid supply is controlled with respect to the connected drive. If there is a malfunction in this upstream directional control valve, by which a pressurized fluid is inadvertently fed into the inlet of the valve unit, this can lead to undesired actuation of the connected drive despite the safety valve integrated in the valve unit. This can lead to critical and sometimes even dangerous operating situations.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um die Betriebssicherheit eines an die Ventileinheit angeschlossenen Antriebes zu verbessern.The invention has for its object to take measures to improve the reliability of a connected to the valve unit drive.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Sicherheitsventil als hinsichtlich seines Betriebszustandes von dem in dem Einlassabschnitt des Arbeitskanals herrschenden Druck unbeeinflussbares Absperrventil ausgebildet ist, dessen Ventilglied ausschließlich durch Anlegen des externen Steuersignals in die Durchlassstellung umschaltbar ist.To achieve this object, it is provided according to the invention in connection with the features mentioned above that the safety valve is designed as a shut-off valve which is not influenced by the pressure prevailing in the inlet section of the working channel and whose valve member can be switched exclusively into the open position by applying the external control signal.
Auf diese Weise verhindert das Sicherheitsventil nach wie vor eine Fluidströmung vom Auslass zum Einlass, wenn an dem Steueranschluss kein externes Steuersignal anliegt. Diese Sicherheitsfunktion wird allerdings dadurch ergänzt, dass auch eine Fluidströmung vom Einlass zum Auslass nur dann möglich ist, wenn an dem Steueranschluss ein externes Steuersignal anliegt. Die Fluidströmung durch das Sicherheitsventil hindurch erfordert also für beide Strömungsrichtungen ein am Steueranschluss anliegendes Steuersignal. Auf diese Weise kann die Betriebssicherheit eines am Auslass der Ventileinheit angeschlossenen fluidbetätigten Antriebes beträchtlich erhöht werden. Wenn an dem Steueranschluss kein Steuersignal anliegt, kann selbst das Einspeisen eines Druckfluides in den Einlass der Ventileinheit nicht zu einem Umschalten des Steuerventils in die Durchlassstellung führen. Das Sicherheitsventil ist als Absperrventil konzipiert, das durch die Federmittel in seine Schließstellung vorgespannt ist, aus der es nur durch Anlegen des externen Steuersignals in die Durchlassstellung umschaltbar ist. Die an dem Sicherheitsventil zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt anliegende Druckdifferenz hat keinerlei Auswirkung auf die Schaltstellung des Ventilgliedes.In this way, the safety valve still prevents fluid flow from the outlet to the inlet when no external control signal is present at the control port. However, this safety function is supplemented by the fact that a fluid flow from the inlet to the outlet is only possible if an external control signal is applied to the control terminal. The fluid flow through the safety valve therefore requires a control signal applied to the control connection for both directions of flow. In this way, the reliability of a fluid-operated drive connected to the outlet of the valve unit can be considerably increased. If no control signal is present at the control connection, even the introduction of a pressurized fluid into the inlet of the valve unit can not lead to a switching of the control valve into the passage position. The safety valve is designed as a shut-off valve, which is biased by the spring means in its closed position, from which it can only be switched by applying the external control signal in the passage position. The pressure difference applied to the safety valve between the inlet section and the outlet section has no effect on the switching position of the valve member.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Das Ventilglied ist zweckmäßigerweise derart im Verlauf des Arbeitskanals angeordnet, dass der im Einlassabschnitt des Arbeitskanals herrschende Fluiddruck keine resultierende Stellkraft auf das Ventilglied ausüben kann. Der im Einlassabschnitt herrschende Druck übt also entweder überhaupt keine Stellkraft auf das Ventilglied aus oder wirkt derart gleichmäßig auf das Ventilglied ein, dass sich die Stellkräfte egalisieren. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass nur durch Anlegen des externen Steuersignals ein Umschalten des Ventilgliedes hervorgerufen werden kann.The valve member is expediently arranged in the course of the working channel such that the fluid pressure prevailing in the inlet section of the working channel can exert no resultant actuating force on the valve member. The pressure prevailing in the inlet section thus exerts either no force at all on the valve member or acts so evenly on the valve member that equalize the actuating forces. In this way it is ensured that only by applying the external control signal, a switching of the valve member can be caused.
Als besonders zweckmäßig wird es angesehen, wenn das Sicherheitsventil in einer Weise ausgebildet ist, dass das Umschalten in die Durchlassstellung mittels eines fluidischen Steuersignals hervorrufbar ist. Am Steueranschluss ist ein fluidisches Steuersignal anlegbar, das derart auf das Ventilglied einwirkt, dass selbiges aus der Schließstellung in die Durchlassstellung umschaltet. It is considered particularly expedient if the safety valve is designed in such a way that switching over into the passage position can be effected by means of a fluidic control signal. At the control terminal, a fluidic control signal can be applied, which acts on the valve member such that the same switches from the closed position into the passage position.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass zum Umschalten des Sicherheitsventils ein elektrisches Steuersignal als externes Steuersignal nutzbar ist. Das Sicherheitsventil ist in diesem Fall zweckmäßigerweise mit einem elektro-fluidischen Wandler ausgestattet, beispielsweise einem Vorsteuerventil, das in der Lage ist, das eingespeiste elektrische Steuersignal in ein auf das Ventilglied einwirkendes fluidisches Steuersignal umzuwandeln.An alternative embodiment provides that an electrical control signal can be used as an external control signal for switching the safety valve. The safety valve is expediently equipped in this case with an electro-fluidic converter, for example a pilot valve, which is able to convert the fed electrical control signal into a fluidic control signal acting on the valve member.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht eine direkte elektrische Betätigung des Ventilgliedes vor, indem das Sicherheitsventil beispielsweise über eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung verfügt, die auf der Grundlage eines eingespeisten externen elektrischen Steuersignals ein mechanisches Umschalten des Ventilgliedes hervorruft.Another embodiment provides for direct electrical actuation of the valve member by providing the safety valve with, for example, an electromagnetic actuator which causes mechanical switching of the valve member based on an input external electrical control signal.
Die Drosselrückschlageinrichtung ist zweckmäßigerweise derart im Arbeitskanal angeordnet, dass sie sich im Verlauf des Einlassabschnittes befindet und mithin dem Sicherheitsventil vorgeschaltet ist. Durch die Drosselrückschlageinrichtung wird bewirkt, dass bei in der Durchlassstellung befindlichem Sicherheitsventil eine ungehinderte Fluidströmung vom Einlass zum Auslass möglich ist, während in der Gegenrichtung nur eine gedrosselte Fluidströmung stattfinden kann, was beispielsweise zur Folge hat, dass ein an den Auslass angeschlossener fluidbetätigter Antrieb mit verringerter Geschwindigkeit arbeitet.The throttle check device is expediently arranged in the working channel such that it is located in the course of the inlet section and is therefore connected upstream of the safety valve. The throttle check means causes unobstructed fluid flow from the inlet to the outlet when the safety valve is in the passage position while only a restricted fluid flow can take place in the opposite direction, which has the consequence, for example, that a fluid-actuated drive connected to the outlet has a reduced flow rate Speed works.
Als Ausführungsform für das Sicherheitsventil kommen insbesondere entweder ein 2/2-Wegeventil oder ein 3/2-Wegeventil in Frage. Bei einer Ausführung als 2/2-Wegeventil hat das Sicherheitsventil zweckmäßigerweise einen mit dem Einlass der Ventileinheit verbundenen Eingang und einen mit dem Auslass der Ventileinheit verbundenen Arbeitsausgang, wobei das Handentlüftungsventil zwischen dem Arbeitsausgang und dem Auslass ständig an den Arbeitskanal angeschlossen ist. Eine Betätigung des Handentlüftungsventils macht es möglich, den Arbeitskanal druckmäßig zu entlasten, wenn das Sicherheitsventil in der Schließstellung positioniert ist. Dadurch kann der an den Auslass angeschlossene Antrieb kontrolliert entlüftet werden.As an embodiment of the safety valve in particular either a 2/2-way valve or a 3/2-way valve in question. In a version as a 2/2-way valve, the safety valve conveniently has an inlet connected to the inlet of the valve unit and an input connected to the outlet of the valve unit working outlet, the manual ventilation valve between the working outlet and the outlet is constantly connected to the working channel. Actuation of the manual bleed valve makes it possible to depressurise the working channel when the safety valve is positioned in the closed position. This allows the drive connected to the outlet to be vented in a controlled manner.
Bei einer Ausgestaltung als 2/3-Wegeventil enthält das Sicherheitsventil außer einem mit dem Einlass verbundenen Eingang und einem mit dem Auslass verbundenen Arbeitsausgang auch noch einen mit dem Handentlüftungsventil verbundenen Entlüftungsausgang. Nimmt das Ventilglied die Schließstellung ein, ist der Entlüftungsausgang mit dem Arbeitsausgang verbunden, der hierbei gleichzeitig vom Eingang abgetrennt ist. In der Durchlassstellung des Sicherheitsventils hingegen ist der Entlüftungsausgang von dem gleichzeitig mit dem Eingang verbundenen Arbeitsausgang abgetrennt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass eine Entlüftung des Auslassabschnittes durch das Handentlüftungsventil nur möglich ist, wenn sich das Sicherheitsventil in der Schließstellung befindet. Auf diese Weise ist Fehlfunktionen vorgebeugt.In one embodiment, as a 2/3-way valve, the safety valve also contains, in addition to an inlet connected to the inlet and a working outlet connected to the outlet, a venting outlet connected to the manual ventilation valve. If the valve member assumes the closed position, the venting outlet is connected to the working outlet, which is simultaneously separated from the inlet. In the passage position of the safety valve, however, the venting outlet is separated from the working outlet connected simultaneously with the inlet. In this way it is ensured that a venting of the outlet section through the manual ventilation valve is only possible when the safety valve is in the closed position. In this way, malfunctions are prevented.
Soll ein Antrieb in doppeltwirkender Betriebsweise angesteuert werden, kann die Ventileinheit zweifach zum Einsatz kommen, wobei der Auslass der einen Ventileinheit an eine Arbeitskammer und der Auslass der anderen Ventileinheit an eine andere Arbeitskammer des zu betätigenden Antriebes angeschlossen ist. Alternativ besteht die vorteilhafte Möglichkeit, ein und dieselbe Ventileinheit mit zwei voneinander unabhängigen Arbeitskanälen auszustatten, die jeweils zwischen einem Einlass und einem Auslass verlaufen und die jeweils mit einer eigenen Drosselrückschlageinrichtung versehen sind. Außerdem sind diese beiden Arbeitskanäle an ein gemeinsames Handentlüftungsventil zur manuellen Entlüftung angeschlossen. Darüber hinaus ist in den Verlauf beider Arbeitskanäle ein gemeinsames Sicherheitsventil eingeschaltet, mit dessen Hilfe die beiden Arbeitskanäle gemeinsam synchron absperrbar oder freigebbar sind. Auf diese Weise wird der steuerungstechnische Aufwand auf ein Minimum reduziert.If a drive is to be actuated in double-acting mode of operation, the valve unit can be used twice, the outlet of one valve unit being connected to a working chamber and the outlet of the other valve unit being connected to another working chamber of the actuator to be actuated. Alternatively, there is the advantageous possibility to equip one and the same valve unit with two independent working channels, each extending between an inlet and an outlet and which are each provided with its own throttle check means. In addition, these two working channels are connected to a common manual ventilation valve for manual venting. In addition, a common safety valve is switched on in the course of both working channels, with the help of which the two working channels can be shut off or released together synchronously. In this way, the control engineering effort is reduced to a minimum.
Ist ein gemeinsames Sicherheitsventil gleichzeitig zwei Arbeitskanälen zugeordnet, ist es von Vorteil, wenn das Sicherheitsventil ein einziges Ventilglied enthält, durch das beide Arbeitskanäle gemeinsam steuerbar sind. Ein solches Ventilglied ist insbesondere als Ventilschieber ausgebildet.If a common safety valve is assigned to two working channels at the same time, it is advantageous if the safety valve contains a single valve member, by means of which both working channels can be jointly controlled. Such a valve member is designed in particular as a valve slide.
Vorzugsweise ist jedes Handentlüftungsventil in den Verlauf eines Entlüftungskanals eingeschaltet, der einenends zur Atmosphäre ausmündet und andernends entweder ständig mit dem Auslassabschnitt des Arbeitskanals verbunden ist oder, insbesondere durch entsprechende Betätigung des Sicherheitsventils, mit diesem Auslassabschnitt des Arbeitskanals fallweise verbindbar ist.Preferably, each hand vent valve is turned on in the course of a vent channel which opens at one end to the atmosphere and the other either permanently connected to the outlet portion of the working channel or, in particular by appropriate actuation of the safety valve, with this outlet portion of the working channel is occasionally connectable.
Bevorzugt ist das Sicherheitsventil als Schieberventil ausgebildet, das über einen linear verschiebbaren, radial dichtenden Ventilschieber als Ventilglied verfügt. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es auf besonders einfache Weise, jegliche Einwirkung des im Arbeitskanal herrschenden Fluiddruckes auf das Ventilglied in dessen Betätigungsrichtung zu vermeiden.Preferably, the safety valve is designed as a slide valve, which has a linearly displaceable, radially sealing valve slide as a valve member. Such a configuration makes it possible in a particularly simple manner to avoid any influence of the fluid pressure prevailing in the working channel on the valve member in its actuating direction.
Das Ventilglied ist bevorzugt linear verschiebbar ausgebildet und verfügt über eine axial orientierte Betätigungsfläche, die quasi als bewegliche Wand einer Betätigungskammer fungiert, in die ein Steuerkanal einmündet, durch den hindurch das fluidische Steuersignal zuführbar ist. Insbesondere kann dieser Steuerkanal zu dem Steueranschluss führen, so dass dort direkt ein fluidisches Drucksignal als Steuersignal zur Betätigung des Ventilgliedes einspeisbar ist. The valve member is preferably formed linearly displaceable and has an axially oriented actuating surface, which acts as a kind of movable wall of an actuating chamber into which a control channel opens, through which the fluidic control signal can be fed. In particular, this control channel can lead to the control connection, so that there directly a fluidic pressure signal can be fed as a control signal for actuating the valve member.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Ventileinheit sieht vor, dass das Sicherheitsventil über ein Ventilgehäuse verfügt, in dem eine Ventilkammer ausgebildet ist, in der das Ventilglied zwischen der Schließstellung und der Durchlassstellung linear verschiebbar aufgenommen ist. In die Ventilkammer mündet umfangsseitig zum einen der Einlassabschnitt des Arbeitskanals und zum anderen der Auslassabschnitt des Arbeitskanals. In oder an dem Ventilgehäuse des Sicherheitsventils sind unabhängig voneinander der Steueranschluss, die Drosselrückschlageinrichtung und das Handentlüftungsventil angeordnet.A particularly advantageous embodiment of the valve unit provides that the safety valve has a valve housing in which a valve chamber is formed, in which the valve member is received linearly displaceable between the closed position and the passage position. In the valve chamber opens circumferentially on the one hand, the inlet portion of the working channel and on the other hand, the outlet portion of the working channel. In or on the valve housing of the safety valve, the control connection, the throttle check device and the manual ventilation valve are arranged independently of one another.
Die Drosselrückschlageinrichtung kann prinzipiell ein integraler Bestandteil des Ventilgehäuses des Sicherheitsventils sein. Zweckmäßiger ist allerdings eine Bauform, bei der sie Bestandteil einer den Einlass aufweisenden und an dem Ventilgehäuse des Sicherheitsventils befestigten Anschlusseinheit ist. An diese Anschlusseinheit kann beispielsweise eine Fluidleitung angeschlossen werden, durch die hindurch das für den Betrieb eines angeschlossenen Antriebes erforderliche Druckfluid zuführbar und abführbar ist.The throttle check device can in principle be an integral part of the valve housing of the safety valve. However, more useful is a design in which it is part of an inlet having and attached to the valve housing of the safety valve connection unit. For example, a fluid line can be connected to this connection unit, through which the pressure fluid required for the operation of a connected drive can be supplied and discharged.
Das Ventilgehäuse des Sicherheitsventils verfügt zweckmäßigerweise über eine Unterseite, an der sich der Auslass befindet. Darüber hinaus weist es eine der Unterseite entgegengesetzte Oberseite auf, an der sich der Einlass, die Drosselrückschlageinrichtung, der Steueranschluss und das Handentlüftungsventil befinden.The valve housing of the safety valve expediently has a bottom, on which the outlet is located. In addition, it has a bottom side opposite the top, at which the inlet, the throttle check device, the control port and the hand vent valve are located.
Die angestrebte Funktionalität der Ventileinheit lässt sich vorteilhaft mit einem Sicherheitsventil realisieren, das auf einem 5/2-Wegeventil basiert, dessen nicht benötigte Anschlüsse verschlossen sind, beispielsweise durch eingeschraubte Verschlussstopfen.The desired functionality of the valve unit can be advantageously realized with a safety valve based on a 5/2-way valve, the unneeded connections are closed, for example by screwed plugs.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In this show:
Soweit im Einzelfall keine anderen Angaben gemacht werden, gelten die nachstehenden Ausführungen für alle illustrierten Ausführungsbeispiele.Unless otherwise specified in individual cases, the following statements apply to all illustrated embodiments.
Die
Die Ventileinheit
Die Ventileinheit
Der Einlass
Der Auslass
Durch das Sicherheitsventil
Die Drosselrückschlageinrichtung
Die Drosselrückschlageinrichtung
Das Sicherheitsventil
Bei dem Sicherheitsventil
Der Ventilschieber
Das Ventilglied
Bevorzugt ist das Sicherheitsventil
Eine Besonderheit des Sicherheitsventils
Bevorzugt ist das Sicherheitsventil
Beim Ausführungsbeispiel ist der Steueranschluss
Wird an dem Steueranschluss
Der Einlassabschnitt
Die Illustration in
Bei einer nicht illustrierten modifizierten Ausführungsform des Sicherheitsventils
Mit Hilfe des weiter oben bereits erwähnten Handentlüftungsventils
Bei dem in
An den Entlüftungsausgang
Das Handentlüftungsventil
Aufgrund der beim Ausführungsbeispiel der
Anders verhält es sich bei den Ausführungsbeispielen der
Das Ausführungsbeispiel der
Das Sicherheitsventil
Das Handentlüftungsventil
Eine bevorzugte Ausführungsform des Handentlüftungsventils
Die Handhabe
Bei dem Ausführungsbeispiel der
Aus den
Insgesamt ist es von Vorteil, wenn das Ventilgehäuse
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Publications (2)
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