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Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Eingang, an dem ein pneumatischer Eingangsdruck anliegt und einem Ausgang, an dem ein in seiner Höhe veränderbarer Ausgangsdruck anliegt.
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In der
US 4,269,233 wird ein Ventil beschrieben, das einstellbar und rückstellbar ist. Dieses Ventil reagiert automatisch auf einen übermäßigen Druckabfall, einhergehend mit einem unzulässig hohen Volumenstrom, und schließt das Ventil, wenn eine bestimmte Höhe des Druckes an der Ausgangsseite unterschritten wird. Nach einer Behebung der Federursache kann das Ventil durch die Betätigung einer Handstange (Vorrichtung) wieder in Betrieb gesetzt werden.
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Bei pneumatischen Anlagen oder Systemen kommt es immer wieder zu einer Betriebsstörung, weil beispielsweise durch das Platzen eines Luftschlauches oder einer schadhaften Druckverbindung an Arbeitsgeräten der Arbeitsprozess unterbrochen wird. Ein solcher Zustand ist für Druckluftwerkzeuge oder druckluftgesteuerte Pumpensysteme ein anormaler Zustand, weil diese Werkzeuge oder Vorrichtungen plötzlich nicht mehr mit ihren Betriebsgeschwindigkeiten betrieben werden können. Dieses führt zu dauerhaften Beschädigungen dieser Werkzeuge oder Vorrichtungen und damit zu Betriebsstillständen und Ausfällen und erzeugt damit einen nicht zumutbaren Kostenfaktor.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese aufgezeigten Nachteile so zu vermeiden, dass die durch das Ventil mit einem Betriebsdruck versorgten Werkzeuge, Einrichtungen oder dergleichen, keinen Schaden nehmen.
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Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 5. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gegenstand handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um ein als Modul ausgebildetes Ventil, dessen Bauform, zur Kombination mit anderen drucktechnischen Modulen, im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein kann. Dabei sind an zwei gegenüberliegenden Seiten Anschlüsse in Form eines Einganges für den anstehenden Eingangsdruck und im Wesentlichen gegenüberliegend ein Ausgang mit einem stufenlos eingestellten Ausgangsdruck vorhanden. Zur Einstellung des Ausgangsdruckes wird eine Membran mit einer Druckfeder belastet. Diese Druckfeder wird durch einen von einer Federhaube umgebenen Aufbau eingeschlossen. Die durch die Druckfeder erzeugten Kräfte können beispielsweise durch ein mit der Druckfeder in Wirkverbindung stehendem Handrad stufenlos eingestellt werden. An der Gegenseite der Membran liegt ein federbelasteter Ventilkegel an, der die gewünschte Öffnung eines Ventilsitzes bestimmt und damit die Höhe des Ausgangsdruckes festlegt.
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Um die Detektion eines plötzlichen Druckabfalles, aufgrund eines Defektes auf der Ausgangsseite des Ventils zu erkennen, wird ein Steuerglied verwendet, das sowohl mit dem Ausgangsdruck als auch mit dem Eingangsdruck des Ventils beaufschlagt wird. Der Ausgang des Steuergliedes ist drucktechnisch mit einem in der Federhaube vorhandenen Federraum des Ventils verbunden. So kann im Normalfall der Ausgangsdruck des Steuergliedes direkt auf die Oberseite der Membran einwirken. Ein solches Steuerglied übernimmt eine Überwachungsfunktion hinsichtlich eines korrekten Ausgangsdruckes und hilft somit Schäden an nachgeschalteten Vorrichtungen oder Einrichtungen zu vermeiden.
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Das Steuerglied ist so ausgebildet, dass im Normalbetrieb der eingestellte Ausgangsdruck des Ventils auf den Federraum oberhalb der Membran durchgeschaltet ist. Wenn bei einer Betriebsstörung, in Form eines Defektes an einem Schlauch oder dergleichen, der Ausgangsdruck unterhalb des eingestellten Betriebsdruckes fällt, wird nach dem Prinzip der Druckwaage der Ventilsitz, aufgrund eines Kraftüberschusses durch den Eingangsdruck auf der Membranunterseite, geschlossen. Der Ausgangsdruck wird auf 0 bar gesenkt, dadurch ist kein Volumenstrom am Ausgang mehr gegeben. Da ein solcher Vorgang sehr schnell ausgeführt wird, kommt es somit nicht zu einer Beschädigung von Anlagen, Werkzeugen oder dergleichen, denn ein automatisches Wiederanfahren des Ventils ist nicht möglich, dieses kann erst durch eine bewusste Betätigung des Steuergliedes erreicht werden.
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Erst nach der Behebung der Betriebsstörung kann das Ventil wieder in Betrieb genommen werden. Eine solche Wiederinbetriebnahme nach Behebung des Schadens kann nur mittels des Steuergliedes erzielt werden. Das Steuerglied weist dafür einen manuell oder elektronisch oder pneumatisch bedienbaren Taster auf. Das Steuerglied für diese bevorzugte Ausführungsform ist als 3/2-Wegeventil aufgebaut. Durch die Betätigung des Steuergliedes wird druckmäßig ein kurzer Impuls des Volumenstromes erzeugt, der eine Umschaltung der Druckeingänge an dem Steuerglied bewirkt. Der Ventilkegel wird durch die Membran wieder heruntergedrückt, was eine schnelle Betriebsbereitschaft des Druckmediums über das Ventil wieder ermöglicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass das Steuerglied nicht mit einem Taster ausgestattet wird, sondern dass der Ventilkegel mit einem außerhalb des Ventils befindlichen Taster in Verbindung steht. Durch eine kurze Zugbewegung des Tasters, nach einer Schadensbehebung, öffnet sich der Ventilkegel und stellt am Ausgang des Ventils die gewünschten eingestellten Druckverhältnisse wieder her. Das Steuerglied ist in dieser Ausführung quasi als bistabiles Schaltelement ausgebildet. Während bei dieser Ausführungsform das Stellglied dem Ventil zugeordnet ist, ist es bei der ersten beschriebenen Ausführungsform technisch möglich das Stellglied außerhalb des Ventils, beispielsweise in einer Schaltwarte, zu platzieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, das Steuerglied nur mit dem Eingangsdruck drucktechnisch zu beaufschlagen. Bei einer solchen Ausführungsform würde das Steuerglied als 2/2-Wegeventil ausgeführt werden. Zum Start des Ventiles dieser Ausführungsform ist es notwendig, dass das Steuerglied kurz betätigt wird wodurch der Eingangsdruck nicht nur an dem Eingang des Ventils sondern auch in den Federraum geleitet wird. Dadurch entsteht erst einmal eine oberseitige und unterseitige gleichmäßige Belastung der Membran. Da aber die Membran von einem Stößel durchdrungen wird, der andererends mit dem Ventilsitz in Verbindung steht, kann durch einen innerhalb des Stößels vorhandenen Kanal, der eine Verbindung von dem Federraum zum Ausgang des Ventiles beinhaltet, kurzzeitig der Eingangsdruck gleichzeitig an den Ausgang gelangen. Dadurch wird es, aufgrund der die Membran belastenden Druckfeder, über die Membranbewegung zu einer Öffnung des Ventilsitzes über den Stößel kommen. Durch diese Anordnung wird der Eingangsdruck auf den eingestellten Ausgangsdruck durchgeschaltet. Bei einem Druckabfall am Ausgang des Ventiles wird das Gleichgewicht der die Membran belastenden Kräfte verändert, was zu einer Umschaltung des Steuergliedes, in Verbindung mit dem Ventilsitz zu einer Schießung des Ausganges des Ventils führen.
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Ein solches Ventil weist vorzugsweise eine modulare Bauform auf, die es gestattet in einer linienförmigen Ausbildung mit weiteren Modulen einer drucktechnischen Anlage verwendet zu werden. Dieses können insbesondere Wartungseinheiten sein, die aneinandergereiht beispielsweise aus einem Filter, einem Druckregler und einem Nebelöler bestehen können. Derartige Wartungseinheiten haben die Aufgabe, eine verbrauchsgerechte Druckluft als Betriebsmittel von flüssigen und festen Bestandteilen zu reinigen, den Druck zu regeln und die Druckluft mit feinst vernebeltem Öl zur Schmierung von Zylindern, Ventilen, druckluftgesteuerten Werkzeugen, Pumpen oder dergleichen anzureichern.
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Die Erfindungen werden nachfolgend anhand von verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine Schnittdarstellung durch ein Ventil in einer Ausführungsform eines ersten Steuergliedes;
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2 ein Ventil in einer Ausführung mit einem Taster, der auf einen Ventilkegel einwirkt;
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3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Ventils mit einer Modifikation des Steuergliedes.
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Die 1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine bevorzugte Ausführungsform eines Ventiles 1, dessen Gehäuse einen Eingang 3 für einen Eingangsdruck P1 und einen im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden Ausgang 4 für einen eingestellten Ausgangsdruck P2 aufweist. Der Eingangsdruck P1 wird über einen Ventilsitz 11 in seinem gewünschten Betrag des Betriebsdruckes zum Ausgang 4 durchgeleitet. Über ein Handrad 14, das auf eine Druckfeder 6, die auf eine Oberseite einer Membran 7 einwirkt, kann eine stufenlose Druckeinstellung vorgenommen werden. Der Ventilsitz 11 selbst ist federbelastet und drückt einen Ventilkegel 10 gegen die Unterseite der Membran 7. Durch diesen Aufbau ist es möglich, dass durch die Veränderung der Federkraft der Druckfeder 6 eine Veränderung des Ausgangsdruckes P2 am Ausgang 4 stufenlos einstellbar ist. Dieser eingestellte Ausgangsdruck P2 kann durch Arretierungen 16, die sich an dem Handrad befinden, in der gewählten Stellung arretiert werden, damit keine unbeabsichtigte Druckveränderung stattfinden kann.
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Oberhalb der Membran 7 ist in dem Gehäuse des Ventils ein Federraum 17 für die Druckfeder 6 vorhanden. Der Federraum 17 wird nach außen hin durch eine Federhaube 5, die Bestandteil des Gehäuses ist, umschlossen. Unterhalb der Membran 7 ist ein Druckraum 9 vorhanden, der über eine Bohrung 8 mit dem Eingang 3 verbunden ist, so dass der Eingangsdruck P1 auf die Membranunterseite geleitet wird.
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Der Eingangsdruck P1 und der Ausgangsdruck P2 werden drucktechnisch zu einem Steuerglied 12 weitergeleitet, wobei das Steuerglied 12 Bestandteil des Ventils 1 sein kann, vorzugsweise aber auch einer Schalt- oder Überwachungswarte zugeordnet sein kann. Das Steuerglied 12 kann beispielsweise als 3/2-Wegeventil ausgebildet sein. Der Ausgang des Steuergliedes 12 ist drucktechnisch mit der Federhaube verbunden, so dass P1 oder P2 die Oberseite der Membran 7 belastet. Somit kann je nach Stellung des Steuergliedes 12 entweder der Eingangsdruck P1 oder der Ausgangsdruck P2 auf die Oberseite der Membran 7 einwirken.
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Im Normalbetrieb ist das Steuerglied 12 so durchgeschaltet, dass der Ausgangsdruck P2 in den Federraum 17 geleitet wird. Bei einem plötzlichen Druckabfall des Ausgangsdruckes P2, was beispielsweise durch ein Platzen eines Luftschlauches oder dergleichen geschehen kann, gerät die Membran 7 in ein Kraftungleichgewicht, was automatisch unmittelbar zu einer Schließung des Ventilsitzes 11 führt. Somit wird nach der Schließung des Ventilsitzes 11 an dem Ausgang der Ausgangsdruck P2 schnell auf 0 bar absinken. Durch die beschriebene Anordnung wird eine schnelle Reaktion auf eine Ausgangsdruckänderung, die nicht dem Normalzustand der angeschlossenen Anlage oder dergleichen entspricht, an dem Ausgang 4 erzielt. Mögliche Beschädigungen von Einrichtungen und Systemen in pneumatischen Betriebseinrichtungen werden durch dieses Abschalten des Betriebsdruckes vermieden.
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Um ein Wiederdurchschalten des abgeschalteten Eingangsdruckes P1 in Höhe des gewünschten Ausgangsdruckes P2 zu bewirken, ist es notwendig, das Steuerglied 12 durch eine manuelle oder pneumatische oder elektrische Betätigung eines Tasters 19 umzuschalten. Eine solche Umschaltung des Steuergliedes 12 bewirkt, dass innerhalb des Federraumes 17 wieder die für den Betrieb benötigten Druckverhältnisse hergestellt werden. Die Membran 7 wird oberseitig mit dem Druck P1 belastet, wodurch über den Ventilkegel 10 eine Öffnung des Ventilsitzes 11 herbeigeführt wird.
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In der 2 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Ventils 2 einer modifizierten Ausführung des Steuergliedes 12 dargestellt. Bei dieser Ausführung ist das Steuerglied 12 nicht mit einem Taster versehen, sondern der Taster ist dem Ventil 2 direkt zugeordnet. Ein Wiederanfahren nach der Druckabschaltung wird in dieser Ausführungsform durch den mit dem Ventil 2 verbundenen Taster 18 erzielt. Dieser Taster 18 ist mit dem Ventilsitz 11 verbunden und damit auch mit dem Ventilkegel 10. Durch eine kurze Betätigung (ziehen) an dem Taster 18 wird ein Zurückweichen des Ventilstiftes 10 von der Membranunterseite bewirkt. Dadurch kann der Eingangsdruck P1 aus dem Druckraum 9 durch eine Verbindungsbohrung 13, die in achsialer Richtung den Ventilkegel 10 durchdringt, zum Ausgang 4 strömen. Über die Verbindungsbohrung 13, als auch über eine Membranlagerbohrung 20, gelangt der Eingangsdruck P1 kurzzeitig an den Ausgang 4 und somit auch an das Steuerglied 12. Dadurch, dass das Steuerglied 12 bistabil ausgebildet ist, erfolgt je nach Variante, automatisch oder manuell eine Umschaltung, so dass der Ausgangsdruck P2 in der gewünschten Höhe an dem Ausgang 4 wieder zur Verfügung steht.
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In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass sowohl an dem Steuerglied 12 der Taster 19 als auch an dem Ventil 11 der Taster 18 angebracht sind. Dadurch ist eine alternative Betätigung zum Wiederstart der Anlage oder dergleichen möglich.
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Die 3 zeigt in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Ventil 21, bei dem das Steuerglied 12 als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist und nur mit dem Eingangsdruck P1 beaufschlagt wird. Der Ausgang des Steuergliedes 12 führt mit dem durchgeschalteten Eingangsdruck P1 in den Federraum 17 und belastet somit die Oberseite der Membran 7. Dadurch, dass der Eingangsdruck P1 über den Eingang 3 und die Bohrung 8 auf die Unterseite der Membran 7 gleichzeitig geleitet wird, besteht zunächst ein Kräftegleichgewicht an der Membran 7. Statt eines Ventilkegels ist hier ein Stößel 23 verwendet worden, der einerends mit dem Ventilsitz 11 kraft- und formschlüssig verbunden ist und andererseits die Membran 7 durchdringt und ebenfalls mit dieser kraftschlüssig verbunden ist. Gleichzeitig befindet sich innerhalb des Stößels 23 ein Kanal 22, der von dem Federraum 17 bis zum Ausgang 4 reicht. So ist es möglich, dass es bei einem abgeschalteten Ventil 21 den Eingangsdruck P1, nach Betätigung des Tasters 19, in die Federhaube 5 und damit in den Federraum 17 leitet. Gleichzeitig wird dadurch die Oberseite der Membran 7 belastet, wobei auch der Eingangsdruck P1 durch den Kanal 22 zu dem Ausgang 4 gelangen kann. Aufgrund dieses Kanales 22 wird somit das Gleichgewicht der Membran verändert, was dazu führt, dass sich der Ventilsitz 11 in der gewünschten Art öffnet.
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Die Ventile 1, 2 und 21 können in einer Linie, beispielsweise zu einer Wartungseinheit, zusammengesetzt werden. Eine derartige Ausführung der Ventile 1, 2, 21, in Verbindung mit einem Steuerglied 12, bewirkt die Überwachungsfunktion für einen ungewollten Wiederstart nach einem Druckabfall.
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Das Steuerglied 12 kann Bestandteil des Ventils 1, 2, 21 sein, vorzugsweise wird das Steuerglied 12 außerhalb der Ventilausführung angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventil
- 2
- Ventil
- 3
- Eingang
- 4
- Ausgang
- 5
- Federhaube
- 6
- Druckfeder
- 7
- Membran
- 8
- Bohrung
- 9
- Druckraum
- 10
- Ventilkegel
- 11
- Ventilsitz
- 12
- Steuerglied
- 13
- Verbindungsbohrung
- 14
- Handrad
- 15
- Gegendruckfeder
- 16
- Arretierung
- 17
- Federraum
- 18
- Taster
- 19
- Taster
- 20
- Membranlagerbohrung
- 21
- Ventil
- 22
- Kanal
- 23
- Stößel
- P1
- Eingangsdruck
- P2
- Ausgangsdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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