DE102020213812B3

DE102020213812B3 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102020213812B3
Application number: DE102020213812.5A
Authority: DE
Inventors: Tilman Bork; Bastian Behnke; Dominik Schubert; Hartmut Bulling
Original assignee: Festo Vertrieb & Co Kg GmbH; Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo Vertrieb & Co Kg GmbH; Festo SE and Co KG
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2040-11-04
Also published as: US20220137652A1; CN114439816A; US11556141B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (5) zur Beeinflussung eines Fluidstroms für einen Fluidverbraucher (4), mit einer ersten Ventileinrichtung (21), der eine erste Betätigungseinrichtung (31) zugeordnet ist, mit einer zweiten Ventileinrichtung (61), der eine zweite Betätigungseinrichtung (71) zugeordnet ist, wobei die beiden Ventileinrichtungen (21, 61) in einer ersten Funktionsstellung als Parallelschaltung einer ersten Fluidleitung (44, 51, 55) zugeordnet sind, und in einer zweiten Funktionsstellung als Reihenschaltung einer zweiten Fluidleitung (41, 43, 45, 51, 55) zugeordnet sind, wobei die Ventileinrichtungen (21, 61) in der ersten Funktionsstellung für eine Ansteuerung der jeweils anderen Betätigungseinrichtung (31, 71) ausgebildet sind und in der zweiten Funktionsstellung für eine Abschaltung der jeweils anderen Betätigungseinrichtung (31, 71) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Beeinflussung eines Fluidstroms für einen Fluidverbraucher.
Aus der DE 10 2019 211 992 A1 ist ein fluidisches System bekannt, umfassend: einen fluidischen Aktor mit einer ersten Druckkammer und einem Aktorglied, auf das durch Beaufschlagung der ersten Druckkammer mit einem Druckfluid eine fluidische Antriebskraft ausgeübt werden kann, um das Aktorglied in seiner Stellung zu verändern, eine Steuerventileinrichtung, die ausgebildet ist, zur Steuerung der Stellung des Aktorglieds die erste Druckkammer wahlweise mit einer Druckfluid-Versorgungsleitung zu verbinden, um der ersten Druckkammer das Druckfluid zuzuführen, oder mit einer Druckfluidsenke zu verbinden, um das Druckfluid aus der ersten Druckkammer abzulassen, eine Sicherheitseinrichtung zur Bereitstellung eines Sicherheitszustands, bei dem auf das Aktorglied keine fluidische Antriebskraft ausgeübt wird, wobei die Sicherheitseinrichtung ein parallel zur Steuerventileinrichtung zwischen die erste Druckkammer und die Druckfluid-Versorgungsleitung geschaltetes erstes Rückschlagventil sowie eine Sicherheitsventileinheit umfasst, die ausgebildet ist, in einer Sicherheitsschaltstellung die Druckfluid-Versorgungsleitung mit der Druckfluidsenke zu verbinden, so dass in der ersten Druckkammer vorhandenes Druckfluid über das erste Rückschlagventil und die Druckfluid-Versorgungsleitung in die Druckfluidsenke abgelassen werden kann, um den Sicherheitszustand bereitzustellen.
Die DE 10 2017 009 374 A1 offenbart eine Ventilanordnung, umfassend einen ersten und einen zweiten, mit einem pneumatischen Antrieb verbindbaren Arbeitsanschluss und ein erstes und ein zweites, jeweils elektropneumatisch vorgesteuertes Wegeventil, bei der eines oder beide Wegeventile den Arbeitsanschlüssen zu deren Beaufschlagung und Entlüftung vorgeordnet ist oder sind, wobei die Vorstufen beider Wegeventile selbsttätig rückstellend ausgebildet sind und das zweite Wegeventil zur abwechselnden Einnahme einer Ruhe- und einer Schaltstellung ausgebildet ist und die Vorstufe des ersten Wegeventils einen externen Steueranschluss aufweist, welcher über das zweite Wegeventil in dessen Schaltstellung beaufschlagbar und in dessen Ruhestellung entlüftbar ist und wobei das zweite Wegeventil als Rückstelleinrichtung für eine Hauptstufe eine extern über das erste Wegeventil beaufschlagbare und entlüftbare Luftfeder aufweist und ein Zustandswechsel zwischen Beaufschlagung oder Entlüftung der Luftfeder des zweiten Wegeventils nach der Einnahme einer Schaltstellung durch das erste Wegeventil nur in Abhängigkeit von der Änderung des Schaltzustands des ersten Wegeventils erfolgt und ein Zustandswechsel zwischen Beaufschlagung oder Entlüftung an einem der beiden Arbeitsanschlüsse nach einer zuvor mit der Einnahme der Schaltstellung durch das zweite Wegeventil erfolgten Beaufschlagung oder Entlüftung nur in Abhängigkeit von der Einnahme der Ruhestellung durch das zweite Wegeventil erfolgt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventilanordnung zur Beeinflussung eines Fluidstroms für einen Fluidverbraucher bereitzustellen, mit der ein sicherer Betrieb eines als Aktor zur Bereitstellung einer Bewegung ausgebildeten Fluidverbrauchers gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird für eine Ventilanordnung mit den nachstehend angeführten Merkmalen gelöst: die Ventilanordnung weist einen Versorgungseingang, einen Entlüftungsausgang und einen Verbraucheranschluss auf. Ferner umfasst die Ventilanordnung eine erste Ventileinrichtung, die ein erstes Steuerventil und ein erstes Verbraucherventil aufweist und der eine erste Betätigungseinrichtung zugeordnet ist, die einen ersten Steuersignalanschluss und einen ersten Steuerluftanschluss aufweist und die für eine Umschaltung des ersten Steuerventils und des ersten Verbraucherventils zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung bei Vorliegen eines Steuersignals am ersten Steuersignalschluss und eines Steuerdrucks am ersten Steuerluftanschluss ausgebildet ist, sowie eine zweite Ventileinrichtung, die ein zweites Steuerventil und ein zweites Verbraucherventil umfasst und der eine zweite Betätigungseinrichtung zugeordnet ist, die einen zweiten Steuersignalanschluss und einen zweiten Steuerluftanschluss aufweist und die für eine Umschaltung des zweiten Steuerventils und des zweiten Verbraucherventils zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung bei Vorliegen eines Steuersignals am zweiten Steuersignalschluss und eines Steuerdrucks am zweiten Steuerluftanschluss ausgebildet ist, wobei das erste Verbraucherventil und das zweite Verbraucherventil in der ersten Funktionsstellung als Parallelschaltung einer ersten Fluidleitung zugeordnet sind, die zwischen dem Verbraucheranschluss und dem Entlüftungsausgang erstreckt ist, wobei das erste Verbraucherventil und das zweite Verbraucherventil in der zweiten Funktionsstellung als Reihenschaltung einer zweiten Fluidleitung zugeordnet sind, die zwischen dem Versorgungseingang und dem Verbraucheranschluss erstreckt ist, wobei das zweite Steuerventil in der ersten Funktionsstellung für eine Bereitstellung eines Steuerdrucks an eine erste Steuerdruckleitung, die mit dem ersten Steuerluftanschluss verbunden ist, und in der zweiten Funktionsstellung für eine Abschaltung des Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckleitung ausgebildet ist, wobei das erste Steuerventil in der ersten Funktionsstellung für eine Bereitstellung eines Steuerdrucks an eine zweite Steuerdruckleitung, die mit dem zweiten Steuerluftanschluss verbunden ist und in der zweiten Funktionsstellung für eine Abschaltung des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdruckleitung ausgebildet ist.
Die Ventilanordnung kann beispielhaft aus diskreten Einzelkomponenten aufgebaut werden, die durch fluidische Verbindungsleitungen, insbesondere Fluidschläuche, miteinander verbunden werden. Rein exemplarisch handelt es sich bei den Einzelkomponenten um Serienprodukte der Anmelderin. Alternativ kann vorgesehen werden, dass die Ventilanordnung als integrierte Baugruppe ausgebildet ist, bei der die Steuerventile, die Verbraucherventile, die Betätigungseinrichtungen sowie die zur Verbindung der Ventile erforderlichen Fluidkanäle in einem Grundkörper angeordnet bzw. ausgebildet sind. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass das erste Steuerventil und/oder das erste Verbraucherventil in Abhängigkeit von der jeweiligen Funktionsstellung eine fluidische Verbindung mit Versorgungsanschlüssen und/oder Ausgangsanschlüssen der ersten Ventileinrichtung aufweisen, die in der anderen Funktionsstellung mit dem ersten Verbraucherventil oder dem ersten Steuerventil stehen.
Der Versorgungseingang ist zur Verbindung mit einer Fluidquelle, insbesondere einer Druckluftquelle, ausgebildet. Am Versorgungseingang erfolgt eine Druckluftbereitstellung für die Ventile der Ventilanordnung. Der Entlüftungsausgang dient zur Fluidabfuhr von druckbeaufschlagtem Fluid, das an den Fluidverbraucher bereitgestellt wurde, in die Umgebung oder in einen geeigneten Fluidspeicher und kann beispielsweise mit einem Schalldämpfer versehen werden. Der Verbraucheranschluss dient zur Verbindung der Ventilanordnung mit einem Fluidverbraucher, bei dem es sich beispielsweise um einen Pneumatikzylinder oder einen Schwenkantrieb oder einen pneumatischen Muskel oder weitere Ventile handeln kann.
Die Ventilanordnung umfasst eine erste Ventileinrichtung, die ein erstes Steuerventil und ein erstes Verbraucherventil aufweist und der eine erste Betätigungseinrichtung zugeordnet ist, die einen ersten Steuersignalanschluss und einen ersten Steuerluftanschluss aufweist und die für eine Umschaltung des ersten Steuerventils und des ersten Verbraucherventils zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung bei Vorliegen eines Steuersignals am ersten Steuersignalschluss und eines Steuerdrucks am ersten Steuerluftanschluss ausgebildet ist.
Die Aufgabe des ersten Steuerventils besteht darin, in Abhängigkeit von einer Schaltstellung des ersten Steuerventils einen Teil der am Versorgungseingang bereitgestellten Druckluft als Steuerdruckluft an die erste Betätigungseinrichtung umzulenken.
Die erste Betätigungseinrichtung ist dazu eingerichtet, bei gleichzeitigem Vorliegen eines Steuerdrucks am ersten Steuerluftanschluss, der durch die Steuerdruckluft hervorgerufen werden kann, sowie eines Steuersignals, bei dem es sich beispielsweise um ein elektrisches Signal oder um ein fluidisches Signal, handeln kann und das am ersten Steuersignalanschluss angelegt werden kann, eine, insbesondere fluidische, Betätigung des ersten Steuerventils und des ersten Verbraucherventils vorzunehmen. Die hierdurch bewirkte Betätigung resultiert in einer Umschaltung des ersten Steuerventils und des ersten Verbraucherventils aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung. Die Betätigungseinrichtung kann als Vorsteuerventil bezeichnet werden, das bei Vorliegen des Steuersignals den Steuerdruck an das erste Steuerventil und das erste Verbraucherventil bereitstellt, um deren Umschaltung aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung zu erzielen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zweite Ventilanordnung identisch zur ersten Ventilanordnung ausgebildet ist und damit in gleicher Weise wie die erste Ventilanordnung betrieben werden kann.
Für die Erfüllung von Sicherheitsvorgaben, die für den Betrieb des von der Ventilanordnung anzusteuernden Fluidverbrauchers zugrundegelegt werden, ist vorgesehen, dass der Fluidverbraucher auch bei Auftreten eines ersten Fehlers in einen sicheren Zustand überführt werden kann. Beispielhaft wird als sicherer Zustand für den Fluidverbraucher eine Unterbrechung der Druckluftversorgung angesehen. Ein erster Fehler kann beispielsweise darin bestehen, dass ein Ventil, mit dem die fluidische Verbindung zwischen einer Druckluftquelle und dem Fluidverbraucher beeinflusst werden soll, eine Fehlfunktion aufweist. Diese Fehlfunktion kann darin bestehen, dass das Ventil trotz eines entsprechenden Steuersignals bzw. einer Abschaltung des Steuersignals nicht aus der Öffnungsstellung in eine Schließstellung zurückkehrt und somit der sichere Zustand für den Fluidverbraucher nicht erreicht wird.
Um eine sichere Betriebsweise für die Fluidverbraucher mit Hilfe der Ventilanordnung zu gewährleisten, sind mehrere Maßnahmen vorgesehen, durch deren Zusammenwirken die Ventilanordnung auch bei Auftreten eines ersten Fehlers eine zuverlässige Trennung der fluidischen Verbindung zwischen dem Versorgungseingang und dem Verbraucheranschluss gewährleistet.
Eine erste Maßnahme besteht darin, dass das erste Verbraucherventil und das zweite Verbraucherventil derart fluidisch miteinander verschaltet sind, dass sie in der ersten Funktionsstellung, in der eine Entlüftung des Fluidverbrauchers gewährleistet werden soll, eine Parallelschaltung bilden, so dass ein Abströmen von Druckluft des am Verbraucheranschluss angeschlossenen Fluidverbrauchers zum Entlüftungsausgang jeweils unabhängig voneinander sowohl über das erste Verbraucherventil als auch über das zweite Verbraucherventil erfolgen kann. Dementsprechend liegt für die Entlüftung des Fluidverbrauchers eine gegenseitige Unabhängigkeit zwischen der Funktionsfähigkeit des ersten Verbraucherventils und der Funktionsfähigkeit des zweiten Verbraucherventils vor.
Eine zweite Maßnahme besteht darin, dass das erste Verbraucherventil und das zweite Verbraucherventil derart fluidisch miteinander verschaltet sind, dass sie in der zweiten Funktionsstellung, in der eine Bereitstellung von Druckluft vom Versorgungseingang an den Verbraucheranschluss stattfinden soll, eine Reihenschaltung bilden. Somit wird nur bei einer tatsächlichen Umschaltung sowohl des ersten Verbraucherventils als auch des zweiten Verbraucherventils aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung eine fluidische kommunizierende Verbindung zwischen Versorgungseingang und Verbraucheranschluss freigegeben. Wird hingegen nur eines der beiden Verbraucherventile aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung umgeschaltet, während das andere Verbraucherventil beispielsweise aufgrund eines Fehlers in der ersten Funktionsstellung verbleibt, so erfolgt keine Freigabe der fluidisch kommunizierenden Verbindung zwischen dem Versorgungseingang und dem Verbraucheranschluss. Dementsprechend liegt für die Fluidversorgung des Fluidverbrauchers eine Abhängigkeit zwischen der Funktionsfähigkeit des ersten Verbraucherventils und der Funktionsfähigkeit des zweiten Verbraucherventils vor.
Eine dritte Maßnahme besteht darin, dass das zweite Steuerventil in der ersten Funktionsstellung für eine Bereitstellung eines Steuerdrucks an eine erste Steuerdruckleitung, die mit dem ersten Steuerluftanschluss verbunden ist, und in der zweiten Funktionsstellung für eine Abschaltung des Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckleitung ausgebildet ist, wobei das erste Steuerventil in der ersten Funktionsstellung für eine Bereitstellung eines Steuerdrucks an eine zweite Steuerdruckleitung, die mit dem zweiten Steuerluftanschluss verbunden ist und in der zweiten Funktionsstellung für eine Abschaltung des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdruckleitung ausgebildet ist. Durch die pneumatische Kopplung zwischen dem zweiten Steuerventil und der ersten Betätigungseinrichtung wird erreicht, dass die erste Betätigungseinrichtung nur dann eine Umschaltung des ersten Steuerventils und des ersten Verbraucherventils zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung bewirken kann, wenn sich das zweite Steuerventil noch in der ersten Funktionsstellung befindet. Hat das zweite Steuerventil hingegen die erste Funktionsstellung verlassen, ist aufgrund der Konfiguration des zweiten Steuerventils sichergestellt, dass der Steuerdruck in der ersten Steuerdruckleitung abgeschaltet wird. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass in der zweiten Funktionsstellung des zweiten Steuerventils eine Entlüftung der ersten Steuerdruckleitung vorgenommen wird. In gleicher Weise gilt dies für das erste Steuerventil, das den Steuerdruck in der zweiten Steuerdruckleitung in Abhängigkeit von seiner jeweiligen Funktionsstellung beeinflusst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßig ist es, wenn das erste Steuerventil und das erste Verbraucherventil zwangsgekoppelt ausgebildet sind und/oder wenn das zweite Steuerventil und das zweite Verbraucherventil zwangsgekoppelt ausgebildet sind. Durch diese Zwangskopplung zwischen dem jeweiligen Steuerventil und dem jeweiligen Verbraucherventil wird gewährleistet, dass die Umschaltung zwischen den beiden Funktionsstellungen für das jeweilige Steuerventil und das damit zwangsgekoppelte Verbraucherventil synchron erfolgen. Beispielhaft ist vorgesehen, dass das Steuerventil und das Verbraucherventil in einem gemeinsamen Ventilgehäuse verwirklicht sind und ein gemeinsames Ventilglied, beispielsweise ein Ventilschieber, aufweisen, der die jeweilige Blockierung oder Freigabe eines dem Steuerventil zugehörigen Steuerkanals und eines dem Verbraucherventil zugehörigen Verbraucherkanals bewirkt.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem zwischen dem ersten Verbraucherventil und dem zweiten Verbraucherventil erstreckten ersten Abschnitt der Fluidleitung eine erste Verbraucherdruckleitung angeschlossen ist, die mit dem ersten Steuerluftanschluss verbunden ist und/oder dass an einem zwischen dem zweiten Verbraucherventil und dem Verbraucheranschluss erstreckten zweiten Abschnitt der Fluidleitung eine zweite Verbraucherdruckleitung angeschlossen ist, die mit dem zweiten Steuerluftanschluss verbunden ist.
Die Funktion der ersten Verbraucherdruckleitung besteht darin, eine Bereitstellung von Steuerdruckluft an den ersten Steuerluftanschluss zu gewährleisten, sofern sich das erste Verbraucherventil in der zweiten Funktionsstellung befindet, wodurch eine Druckbeaufschlagung des ersten Abschnitts der Fluidleitung, die sich zwischen dem ersten Verbraucherventil und dem zweiten Verbraucherventil erstreckt, erfolgt. Mit der Druckluft, die in diesem ersten Abschnitt der Fluidleitung bereitgestellt wird, kann über die zugeordnete Verbraucherdruckleitung die erste Betätigungseinrichtung mit Steuerdruckluft versorgt werden, so dass diese unter der zusätzlichen Voraussetzung des Vorliegens eines Steuersignals am ersten Steuersignalanschluss bewirkt, dass das erste Steuerventil und das erste Verbraucherventil in der zweiten Funktionsstellung verbleiben. Hiermit wird ein Selbsthalten der zweiten Funktionsstellung für die erste Ventilanordnung bis zur Abschaltung des ersten Steuersignals ermöglicht.
Die Funktion der zweiten Verbraucherdruckleitung besteht darin, eine Bereitstellung von Steuerdruckluft an den zweiten Steuerluftanschluss zu gewährleisten, sofern sich das erste Verbraucherventil und das zweite Verbraucherventil in der zweiten Funktionsstellung befinden und damit, aufgrund der hierbei zu berücksichtigenden Reihenschaltung des ersten Verbraucherventils und des zweiten Verbraucherventils, eine Versorgung des zweiten Abschnitts der Fluidleitung, die sich zwischen dem ersten Verbraucherventil und dem zweiten Verbraucherventil erstreckt, erfolgt. Mit der Druckluft, die in diesem zweiten Abschnitt der Fluidleitung bereitgestellt wird, kann über die zugeordnete Verbraucherdruckleitung die zweite Betätigungseinrichtung mit Steuerdruckluft versorgt werden, so dass diese unter der zusätzlichen Voraussetzung des Vorliegens eines Steuersignals am zweiten Steuersignalanschluss bewirkt, dass das zweite Steuerventil und das zweite Verbraucherventil in der zweiten Funktionsstellung verbleiben. Hiermit wird ein Selbsthalten der zweiten Funktionsstellung für die zweite Ventileinrichtung bis zur Abschaltung des zweiten Steuersignals und unter der Voraussetzung ermöglicht, dass auch die erste Ventileinrichtung in der zweiten Funktionsstellung verbleibt.
Vorteilhaft ist es, wenn ein Ausgangsanschluss eines ersten Wechselventils mit dem ersten Steuerluftanschluss verbunden ist und dass die erste Steuerdruckleitung und die erste Verbraucherdruckleitung mit einem jeweils zugeordneten Eingangsanschluss des ersten Wechselventils verbunden sind und/oder dass ein Ausgangsanschluss eines zweiten Wechselventils mit dem zweiten Steuerluftanschluss verbunden ist und dass die zweite Steuerdruckleitung und die zweite Verbraucherdruckleitung mit einem jeweils zugeordneten Eingangsanschluss des zweiten Wechselventils verbunden sind. Die Aufgabe des Wechselventils besteht darin, das jeweils höhere Druckniveau in der ersten Steuerdruckleitung oder in der ersten Verbraucherdruckleitung an den ersten Steuerluftanschluss bereitzustellen bzw. das jeweils höhere Druckniveau in der zweiten Steuerdruckleitung oder in der zweiten Verbraucherdruckleitung an den zweiten Steuerluftanschluss bereitzustellen. Ferner verhindert das Wechselventil ein Abströmen der Steuerdruckluft, die am jeweiligen Steuerluftanschluss bereitgestellt wird, in diejenige Leitung, in der ein niedrigeres Druckniveau vorliegt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass parallel zum ersten Verbraucherventil ein an einem zweiten Versorgungsanschluss der ersten Ventileinrichtung und an einem zweiten Ausgangsanschluss der ersten Ventileinrichtung angeschlossenes erstes Rückschlagventil in Sperrrichtung gegenüber dem zweiten Versorgungsanschluss angeordnet ist und/oder dass parallel zum zweiten Verbraucherventil ein an einem zweiten Versorgungsanschluss der zweiten Ventileinrichtung und an einem zweiten Ausgangsanschluss der zweiten Ventileinrichtung angeschlossenes zweites Rückschlagventil in Sperrrichtung gegenüber dem zweiten Versorgungsanschluss angeordnet ist. Die Aufgabe des ersten Rückschlagventils und des zweiten Rückschlagventils liegt darin, auch dann eine zuverlässige Entlüftung des Fluidverbrauchers zu gewährleisten, wenn die erste und/oder die zweite Ventileinrichtung nicht vollständig aus der zweiten Funktionsstellung in die erste Funktionsstellung umgeschaltet werden konnten.
Zweckmäßig ist es, wenn das erste Steuerventil in der zweiten Funktionsstellung für eine Verbindung der ersten Steuerdruckleitung mit dem Entlüftungsausgang ausgebildet ist und/oder dass das zweite Steuerventil in der zweiten Funktionsstellung für eine Verbindung der zweiten Steuerdruckleitung mit dem Entlüftungsausgang ausgebildet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die erste Steuerdruckleitung entlüftet wird, sobald das zweite Steuerventil in die zweite Funktionsstellung umgeschaltet ist und dass die zweite Steuerdruckleitung entlüftet wird, sobald das erste Steuerventil in die zweite Funktionsstellung umgeschaltet ist. Beispielhaft wird hierdurch sichergestellt, dass die zweite Ventileinrichtung nicht mehr aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung überführt werden kann, wenn die erste Ventileinrichtung bereits aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung überführt worden ist, da das erste Steuerventil in der zweiten Funktionsstellung die zweite Steuerleitung entlüftet und damit für die zweite Betätigungseinrichtung eine der beiden für die Umschaltung der zweiten Ventileinrichtung zwingend notwendigen Voraussetzungen, nämlich das Vorliegen eines ausreichenden Steuerdrucks am zweiten Steuerluftanschluss und das Vorliegen eines Steuersignals am zweiten Steuersignalanschluss, nicht erfüllt ist. In gleicher Weise gilt dies auch für die Umschaltung der ersten Ventileinrichtung aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung, die nur dann möglich ist, wenn an der ersten Betätigungseinrichtung sowohl der erforderliche Steuerdruck als auch das erforderliche Steuersignal vorliegen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der ersten Steuerdruckleitung eine erste Drosseleinrichtung ausgebildet ist und/oder dass in der zweiten Steuerdruckleitung eine zweite Drosseleinrichtung ausgebildet ist. Die Aufgabe der ersten Drosseleinrichtung besteht darin, einen Druckabbau in der ersten Steuerdruckleitung zu verlangsamen, sofern das zweite Steuerventil bereits aus der ersten Funktionsstellung, in der eine Druckluftbereitstellung an die erste Steuerdruckleitung erfolgen kann, in die zweite Funktionsstellung, in der eine Entlüftung der ersten Steuerdruckleitung vorgesehen ist, umgeschaltet ist. Die Aufgabe der zweiten Drosseleinrichtung besteht darin, einen Druckabbau in der zweiten Steuerdruckleitung zu verlangsamen, sofern das erste Steuerventil bereits aus der ersten Funktionsstellung, in der eine Druckluftbereitstellung an die zweite Steuerdruckleitung erfolgen kann, in die zweite Funktionsstellung, in der eine Entlüftung der zweiten Steuerdruckleitung vorgesehen ist, umgeschaltet ist. Die erste Drosseleinrichtung und die zweite Drosseleinrichtung vergrößern damit eine Zeitspanne, innerhalb derer eine der beiden Ventileinrichtungen noch aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung umgeschaltet werden kann, wenn die jeweils andere Ventileinrichtung bereits aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung umgeschaltet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Ventileinrichtung als fluidisch vorgesteuertes und in die erste Funktionsstellung vorgespanntes 5/2-Wegeventil ausgebildet ist und dass die erste Betätigungseinrichtung als Vorsteuer-Magnetventil ausgebildet ist und/oder dass die zweite Ventileinrichtung als fluidisch vorgesteuertes und in die erste Funktionsstellung vorgespanntes 5/2-Wegeventil ausgebildet ist und dass die zweite Betätigungseinrichtung als Vorsteuer-Magnetventil ausgebildet ist. Aus der Gestaltung der Betätigungseinrichtung als Vorsteuer-Magnetventil ergeben sich die Anforderungen, die für eine Umschaltung der ersten und zweiten Ventileinrichtung aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung notwendig sind. Diese Anforderungen sind sowohl die Bereitstellung eines elektrischen Steuersignals, damit das Vorsteuer-Magnetventil aus einer Sperrstellung in eine Freigabestellung umgeschaltet werden kann, als auch die Bereitstellung der Steuerdruckluft an das Vorsteuer-Magnetventil, die dazu benötigt wird, ein Ventilglied, insbesondere einen Ventilschieber, des 5/2-Wegeventils aus der ersten Funktionsstellung, in die es aufgrund der Wirkung einer als Rückstelleinrichtung dienenden Vorspanneinrichtung, beispielsweise einer vorgespannten Wendelfeder, vorgespannt ist, in die zweite Funktionsstellung zu überführen, sofern das Vorsteuer-Magnetventil seine Freigabestellung eingenommen hat.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Normalschaltzeit der ersten Ventileinrichtung für eine Umschaltung zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung kleiner als eine Entlüftungszeit für die erste Steuerdruckleitung gewählt ist und/oder dass eine zweite Normalschaltzeit der zweiten Ventileinrichtung für eine Umschaltung zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung kleiner als eine Entlüftungszeit für die zweite Steuerdruckleitung gewählt ist. Unter einer Normalschaltzeit der jeweiligen Ventileinrichtung soll diejenige Zeitdauer verstanden werden, die die jeweilige Ventileinrichtung bei ordnungsgemäßer Funktion für die Umschaltung zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung benötigt. Hierbei wird die längste Zeitdauer zugrundegelegt, die die jeweilige Ventileinrichtung innerhalb ihres vorgesehenen Einsatzspektrums (maximale und minimale Temperatur, maximaler und minimaler Arbeitsdruck, maximaler und minimaler Steuerdruck, ...) benötigt. Die Entlüftungszeit für die jeweilige Steuerdruckleitung wird vom vorgesehenen Steuerdruck sowie insbesondere von den Leitungsquerschnitten der Steuerdruckleitung, der Drossel und des Steuerventils bestimmt. Für eine zuverlässige Funktion der Ventilanordnung ist vorgesehen, dass der Steuerdruck in der Steuerdruckleitung nach der Umschaltung der jeweiligen Ventileinrichtung aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung innerhalb der Normschaltzeit für die jeweils andere Ventileinrichtung trotz der stattfindenden Entlüftung der zugeordneten Steuerdruckleitung noch auf einem Niveau liegt, das die Umschaltung der anderen Ventileinrichtung noch ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Ventilanordnung zur Beeinflussung eines Fluidstroms für einen Fluidverbraucher gelöst, die zwei Ventileinrichtungen aufweist, die jeweils ein elektrisch ansteuerbares Vorsteuerventil und jeweils ein vom jeweiligen Vorsteuerventil fluidisch ansteuerbares Hauptventil aufweisen, wobei die Hauptventile jeweils zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung umschaltbar ausgebildet sind und jeweils einen schaltbaren Verbraucherzweig sowie jeweils einen schaltbaren Steuerzweig aufweisen, wobei die Hauptventile derart gekoppelt sind, dass die Verbraucherzweige in der ersten Schaltstellung eine Parallelschaltung zur Entlüftung des Fluidverbrauchers bilden und in der zweiten Schaltstellung eine Reihenschaltung zur Druckbeaufschlagung des Fluidverbrauchers bilden, wobei jedem Vorsteuerventil ein Wechselventil zugeordnet ist, das mit einem Ausgang des Steuerzweigs des jeweils anderen Hauptventils und mit einem Ausgang des Verbraucherzweigs des eigenen Hauptventils verbunden ist, um eine gegenseitige Blockierung der beiden Ventileinrichtungen bei Überschreitung einer vorgegebenen Differenz zwischen Schaltzeiten der beiden Ventileinrichtungen zu gewährleisten.
Dabei entspricht das elektrisch ansteuerbare Vorsteuerventil der vorstehend erläuterten Betätigungseinrichtung und kann beispielsweise als Vorsteuer-Magnetventil ausgebildet sein. Das vom jeweiligen Vorsteuerventil fluidisch ansteuerbare Hauptventil entspricht der vorstehend erläuterten zwangsgekoppelten Kombination des Steuerventils und des Verbraucherventils und kann insbesondere als 5/2-Wegeventil ausgebildet sein. Der schaltbare Verbraucherzweig entspricht der von den beiden Verbraucherventilen gesteuerten wahlweisen Verbindung zwischen dem Versorgungseingang und dem Arbeitsanschluss bzw. dem Arbeitsanschluss und dem Entlüftungsausgang. Der schaltbare Steuerzweig entspricht jeweils der vom jeweiligen Steuerventil beeinflussbaren Verbindung zwischen dem Versorgungseingang, der jeweiligen Steuerdruckleitung und dem Entlüftungsausgang. Die gegenseitige Blockierung der beiden Ventileinrichtungen bei Überschreitung einer vorgegebenen Differenz zwischen Schaltzeiten der beiden Ventileinrichtungen wird dadurch erzielt, dass der Steuerdruck für die Umschaltung der einen, beispielsweise der zweiten, Ventileinrichtung aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung nur solange von der anderen, beispielsweise der ersten, Ventileinrichtung bereitgestellt wird, bis die andere, beispielsweise erste, Ventileinrichtung die erste Funktionsstellung verlassen hat. Sobald die andere, beispielsweise erste, Ventileinrichtung die zweite Funktionsstellung erreicht hat, beginnt die Entlüftung des Steuerzweigs der einen, beispielsweise zweiten, Ventileinrichtung, so dass deren Umschaltung aus der ersten in die zweite Funktionsstellung nur noch so lange erfolgen kann, wie ein ausreichender Steuerdruck vorliegt. Kann die eine, beispielsweise zweite, Ventileinrichtung nicht innerhalb des vorgesehenen Zeitfensters, innerhalb dessen noch ein ausreichender Steuerdruck vorliegt, aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung umgeschaltet werden, so ist anschließend keine automatisierte Umschaltung mehr möglich, da der erforderliche Steuerdruck nicht mehr vorliegt. In diesem Fall kann dann beispielsweise ein manueller Benutzereingriff, insbesondere durch Nutzung von Handhilfsbetätigungen an der ersten und der zweiten Ventileinrichtung, vorgesehen sein.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

1 eine streng schematische Darstellung eines Fluidsystems mit einer Steuereinrichtung, einer Fluidquelle, einem Fluidverbraucher und einer Ventilanordnung, und
2 eine Detaildarstellung der Ventileinrichtung gemäß der 1.

Ein in der 1 dargestelltes Fluidsystem 1 umfasst eine Steuereinrichtung 2, eine Fluidquelle 3, einen Fluidverbraucher 4 und eine Ventilanordnung 5. Die Steuereinrichtung 2 kann beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet sein, die in nicht näher dargestellter Weise mit einer nicht dargestellten, übergeordneten Maschinensteuerung verbunden sein kann. Die Aufgabe der Steuereinrichtung 2 besteht in der Ansteuerung der Ventilanordnung 5, damit die Ventilanordnung 5 eine Zufuhr von Druckluft an den rein exemplarisch als einfachwirkenden Pneumatikzylinder ausgebildeten Fluidverbraucher 4 sowie eine Abfuhr der Druckluft vom Fluidverbraucher 4 bewirken kann. Rein exemplarisch umfasst der Fluidverbraucher 4 ein Zylindergehäuse 6, in dem ein nicht dargestellter, linearbeweglicher Arbeitskolben aufgenommen ist, der mit einer Kolbenstange 7 verbunden ist, die aus dem Zylindergehäuse 6 ragt, so dass der Fluidverbraucher rein exemplarisch für eine Bereitstellung einer Linearbewegung ausgebildet ist. Die für eine Bewegung des Arbeitskolbens und der damit verbundenen Kolbenstange 7 notwendige Energie wird von der Fluidquelle 3 bereitgestellt, die diese Energie in Form von Druckluft an die Ventilanordnung 5 bereitstellt.
Rein exemplarisch umfasst die Ventilanordnung 5 einen Versorgungseingang 8, der mit der Fluidquelle 3 verbunden ist, einen ersten Entlüftungsausgang 9, einen zweiten Entlüftungsausgang 10 sowie einen Verbraucheranschluss 11, der mit dem Fluidverbraucher 4 verbunden ist. Ferner umfasst die Ventilanordnung 5 einen ersten Steueranschluss 12 und einen zweiten Steueranschluss 15, die für eine Einspeisung von Steuersignalen der Steuereinrichtung 2 in die Ventilanordnung 5 vorgesehen sind.
Die Ventilanordnung 5 kann beispielsweise aus diskreten Komponenten hergestellt sein, die jeweils ein eigenes Gehäuse aufweisen und die durch Fluidschläuche miteinander verbunden werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Komponenten der Ventilanordnung 5 in einem gemeinsamen Grundkörper integriert sind und mittels geeigneter Bohrungen im Grundkörper fluidisch miteinander gekoppelt sind.
Für die nachstehende Beschreibung der Ventilanordnung 5 anhand der rein schematischen Darstellung der einzigen Figur ist die Aufbauweise nicht von Bedeutung, die beschriebenen Funktionen können sowohl bei diskreter Aufbauweise als auch bei integrierter Aufbauweise oder Mischformen hiervon verwirklicht werden.
Die Ventilanordnung 5 weist eine erste Ventileinrichtung 21 auf, die rein exemplarisch als elektrisch angesteuertes und fluidisch vorgesteuertes 5/2-Wegeventil ausgebildet ist. Ferner weist die Ventilanordnung 5 eine zweite Ventileinrichtung 61 auf, die rein exemplarisch identisch wie die erste Ventileinrichtung 21 ausgebildet ist und daher nicht separat beschrieben wird. Alle nachstehenden Elemente der ersten Ventileinrichtung 21 sind bei der zweiten Ventileinrichtung 61 in gleicher Weise vorgesehen und sind mit Bezugszeichen versehen, die gegenüber der ersten Ventileinrichtung 21 mit um 40 erhöhten Ziffern versehen sind, wie dies aus der Darstellung der 2 hervorgeht.
Die erste Ventileinrichtung 21 kann funktional in ein erstes Steuerventil 22 und ein erstes Verbraucherventil 23 unterteilt, wobei dem ersten Steuerventil 22 die Aufgabe zukommt, eine Bereitstellung und Unterbrechung einer Steuerluftversorgung zu ermöglichen, während das erste Verbraucherventil 23 für eine Bereitstellung und Unterbrechung einer Druckluftversorgung des Fluidverbrauchers 4 eingesetzt wird.
Die erste Ventileinrichtung 21 weist insgesamt fünf Anschlüsse auf, die in der 2 näher dargestellt sind. Beispielhaft weist die erste Ventileinrichtung 21 einen ersten Versorgungsanschluss 24, einen zweiten Versorgungsanschluss 25, einen ersten Ausgangsanschluss 26, einen zweiten Ausgangsanschluss 27 und einen Entlüftungsanschluss 28 auf. In der praktischen Umsetzung des ersten Steuerventils 22 und des ersten Verbraucherventils 23 ist zumindest teilweise eine schaltstellungsabhängige Nutzung der Anschlüsse 24 bis 28 durch das erste Steuerventil 22 und das erste Verbraucherventil 23 vorgesehen. Dies bedeutet beispielsweise, dass das erste Steuerventil 22 in der ersten Funktionsstellung mit den ersten Versorgungsanschluss 24 mit dem ersten Ausgangsanschluss 26 fluidisch kommunizierend verbindet und das erste Verbraucherventil 23 in der ersten Funktionsposition den zweiten Ausgangsanschluss 27 mit dem Entlüftungsanschluss 28 fluidisch kommunizierend verbindet und den zweiten Versorgungsanschluss 25 sperrt, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist. Ferner ist rein exemplarisch vorgesehen, dass das erste Steuerventil 22 in der zweiten Funktionsstellung den ersten Versorgungsanschluss 24 sperrt und den ersten Ausgangsanschluss 26 fluidisch kommunizierend mit dem Entlüftungsanschluss 28, während das erste Verbraucherventil 23 in der zweiten Funktionsposition den zweiten Versorgungsanschluss 25 fluidisch kommunizierend mit dem zweiten Ausgangsanschluss 27 verbindet.
Darüber hinaus ist die erste Ventileinrichtung 21 rein exemplarisch mit einer ersten Handhilfsbetätigung 16 ausgerüstet, die eine manuelle Ansteuerung der ersten Ventileinrichtung 21 durch einen nicht dargestellten Benutzer ermöglicht, wobei hiermit insbesondere eine Überführung der ersten Ventileinrichtung 21 aus der ersten Funktionsposition gemäß der Darstellung der 1 und 2 in eine nicht dargestellte zweite Funktionsposition vorgenommen werden kann.
Der erste Versorgungsanschluss 24 ist über eine Leitung 41, die wie auch alle weiteren nachstehend beschriebenen Leitungen 42 bis 54 beispielhaft als Fluidschlauch oder als Bohrung in einem Grundkörper ausgebildet sein kann, mit dem Versorgungseingang 8 verbunden. Von der Leitung 41 zweigt eine Leitung 42 ab, die mit dem ersten Versorgungsanschluss 64 der zweiten Ventileinrichtung 61 verbunden ist. Ferner zweigt von der Leitung 42 eine Leitung 43 ab, die mit dem zweiten Versorgungsanschluss 24 verbunden ist. Am ersten Ausgangsanschluss 26 der ersten Ventileinrichtung 21 ist eine Leitung 54 angeschlossen, die mit einem ersten Eingangsanschluss 78 eines zweiten Wechselventils 77 verbunden ist. In der Leitung 54 ist eine erste Drossel 17 angeordnet, die beispielsweise als diskretes Bauelement oder als Bohrung mit definiertem Querschnitt in einem Grundkörper ausgebildet sein kann. Die erste Drossel 17 gewährleistet eine Beschränkung eines Fluidvolumenstroms, der durch die Leitung 54 strömen kann. Am zweiten Ausgangsanschluss 27 ist eine Leitung 48 angeschlossen, die mit einem zweiten Eingangsanschluss 39 eines ersten Wechselventils 37 verbunden ist. An der Leitung 48 ist eine Leitung 44 angeschlossen, die über eine Leitung 45 mit dem zweiten Versorgungsanschluss 65 der zweiten Ventileinrichtung 61 verbunden ist.
Am Entlüftungsanschluss 28 der ersten Ventileinrichtung 21 und in gleicher Weise am Entlüftungsanschluss 68 sind jeweils Schalldämpfer 29 bzw. 69 angeordnet, die ein schallgedämpftes Abströmen von Druckluft in eine Umgebung des Fluidsystems 1 ermöglichen.
Die erste Ventileinrichtung 21 weist eine erste Betätigungseinrichtung 31 auf, an der ein erster Steuersignalanschluss und ein erster Steuerluftanschluss vorgesehen sind. Die erste Betätigungseinrichtung 31 kann beispielhaft als elektrisch angesteuertes Magnetventil ausgebildet sein, das bei Vorliegen eines elektrischen Steuersignals, das über eine erste Signalleitung 34 von der Steuereinrichtung 2 bereitgestellt werden kann, sowie bei Vorliegen eines Steuerdrucks am ersten Steuerluftanschluss 33 eine Umschaltung des ersten Steuerventils 22 und des ersten Verbraucherventils 23 zwischen einer in der 1 gezeigten ersten Funktionsstellung und nicht dargestellten einer zweiten Funktionsstellung bewirken kann.
Die erste Betätigungseinrichtung 31 kann auch als erstes Vorsteuerventil bezeichnet werden. Die Kombination des ersten Steuerventils 22 und des ersten Verbraucherventils 23 kann auch als fluidisch vorgesteuertes erstes Hauptventil bezeichnet werden. Beispielhaft ist dieses Hauptventil als Schieberventil ausgebildet, bei dem aufgrund der Ausgestaltung des nicht näher dargestellten Ventilschiebers eine Zwangsbewegungskopplung zwischen dem ersten Steuerventil 22 und dem ersten Verbraucherventil 23 gewährleistet ist.
Ausgehend vom ersten Ausgangsanschluss 66 der zweiten Ventileinrichtung 61 erstreckt sich eine Leitung 46 zu einem ersten Eingangsanschluss 38 des ersten Wechselventils 37. In der Leitung 46 ist eine zweite Drossel 57 eingeschleift, die die gleiche Funktion wie die erste Drossel 17 wahrnimmt. Ein Ausgangsanschluss 40 des ersten Wechselventils 37 ist mit dem ersten Steuerluftanschluss 33 der ersten Betätigungseinrichtung 31 verbunden. Das erste Wechselventil 37 ist derart konfiguriert, dass immer der höhere Druck, der an einem der beiden Eingangsanschlüsse 38, 39 anliegt, an den ersten Steuerluftanschluss 33 bereitgestellt wird.
Am zweiten Ausgangsanschluss 67 der zweiten Ventileinrichtung 61 ist eine Leitung 51 angeschlossen, die mit dem Verbraucheranschluss 11 verbunden ist. Von der Leitung 51 zweigt eine Leitung 50 ab, die mit dem zweiten Eingangsanschluss 79 des zweiten Wechselventils 77 verbunden ist. Ferner zweigt von der Leitung 51 eine Leitung 52 ab, die mit einem pneumatischen Signalgeber 19 verbunden ist, der beispielsweise in der Art eines Druckanzeigers ausgebildet sein kann und einem Benutzer eine Auskunft darüber gibt, ob in der Leitung 51 ein Versorgungsdruck anliegt oder ob dies nicht der Fall ist. Der Ausgangsanschluss 80 des zweiten Wechselventils 77 ist mit dem zweiten Steuerluftanschluss 73 der zweiten Betätigungseinrichtung 71 verbunden.
Ferner erstreckt sich zwischen der Leitung 42 und der Leitung 48 eine Leitung 53, in die ein erstes federvorgespanntes Rückschlagventil 18 eingeschleift ist, das in fluidischer Hinsicht parallel zum ersten Verbraucherventil 23 geschaltet ist. Das erste Rückschlagventil 18 ist gegenüber dem zweiten Ausgangsanschluss 27 der ersten Ventileinrichtung 21 in Sperrrichtung angeordnet. Ein zweites Rückschlagventil 50 ist in eine Leitung 44 eingeschleift, die sich zwischen dem zweiten Versorgungsanschluss 65 und dem zweiten Ausgangsanschluss 67 erstreckt, womit eine Parallelschaltung des zweiten Rückschlagventils 58 zum zweiten Verbraucherventil 63 bewirkt wird. Dabei ist das zweite Rückschlagventil 58 gegenüber dem zweiten Ausgangsanschluss 67 in Sperrrichtung angeordnet.
Eine Funktionsweise der Ventilanordnung 5 kann folgendermaßen beschrieben werden: zunächst befindet sich das Fluidsystem 1 in der Ausgangsstellung, wie sie in der 1 gezeigt ist. Sowohl die erste Ventileinrichtung 21 als auch die zweite Ventileinrichtung 61 sind in der ersten Funktionsstellung, in der sie durch die Wirkung einer nur schematisch dargestellten Vorspannfeder 30 bzw. 70 gehalten werden, solange keine Einwirkung der jeweiligen Betätigungseinrichtung 31 bzw. 71 eine Umschaltung der jeweiligen Ventileinrichtung 21 bzw. 61 bewirkt. Der von der Fluidquelle 3 bereitgestellte Versorgungsdruck liegt am ersten Versorgungsanschluss 24 und am zweiten Versorgungsanschluss 25 der ersten Ventileinrichtung 21 sowie am ersten Versorgungsanschluss 64 der zweiten Ventileinrichtung 61 an. Das erste Steuerventil 22 befindet sich in der Freigabestellung, so dass der Versorgungsdruck auch am ersten Ausgangsanschluss 26 und über die Leitung 54 auch am ersten Eingangsanschluss 78 des zweiten Wechselventils 77 anliegt.
Da am zweiten Eingangsanschluss 79 des ersten Wechselventils 77 lediglich der Umgebungsdruck anliegt, da die Leitung 50 über das zweite Verbraucherventil 63 entlüftet wird, steht der Versorgungsdruck auch am zweiten Steuerluftanschluss 73 der zweiten Betätigungseinrichtung 71 zur Verfügung. Der am ersten Versorgungsanschluss 64 der zweiten Ventileinrichtung 61 bereitgestellte Versorgungsdruck wird aufgrund der Freigabestellung des zweiten Steuerventils 62 an den ersten Ausgangsanschluss 68 und von dort über die Leitung 46 an den ersten Eingangsanschluss 38 des ersten Wechselventils 37 bereitgestellt. Da am zweiten Eingangsanschluss 39 des ersten Wechselventils über die Leitung 48 eine Verbindung mit dem Entlüftungsanschluss 28 der ersten Ventileinrichtung 21 vorliegt, ist gewährleistet, dass der Versorgungsdruck auch am ersten Steuerluftanschluss 33 anliegt.
Bei einer Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen an die erste Signalleitung 34 und die zweite Signalleitung 74 können die erste Betätigungseinrichtung 31 und die zweite Betätigungseinrichtung 71 jeweils eine Umschaltung der zugeordneten ersten und zweiten Steuerventile 22, 62 und der damit zwangsgekoppelten ersten und zweiten Verbraucherventile 23, 63 bewirken.
Zunächst wird der Fall betrachtet, dass sowohl die erste Ventileinrichtung 21 als auch die zweite Ventileinrichtung 61 vollständig funktionsfähig sind. Die Umschaltung der ersten Ventileinrichtung 21 erfolgt im Wesentlichen zeitgleich mit der Umschaltung der zweiten Ventileinrichtung 61, wobei die Steuerluft, die von der ersten Ventileinrichtung 21 in deren erster Funktionsstellung an die zweite Betätigungseinrichtung 71 zu Verfügung gestellt, bei der synchronen Umschaltung der beiden Ventileinrichtungen 21, 61 dafür genutzt wird, das zweite Steuerventil 62 und das zweite Verbraucherventil 63 umzuschalten. Da mit der Umschaltung der ersten Ventileinrichtung 21 in die zweite Funktionsstellung die Unterbrechung der Steuerluftzufuhr vom ersten Steuerventil 22 an die zweite Betätigungseinrichtung 71 erfolgt, ist es somit zwingend, dass die zweite Ventileinrichtung 61 innerhalb der gleichen Normalschaltzeit tn umgeschaltet wird wie die erste Ventileinrichtung 21, da ansonsten die Steuerluft nicht mehr zur Verfügung steht, um den Umschaltvorgang von der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung durchzuführen. In gleicher Weise gilt dies für die Umschaltung der ersten Ventileinrichtung 21, deren erste Betätigungseinrichtung 31 vom zweiten Steuerventil 62 angesteuert wird.
Sobald die jeweilige Ventileinrichtung 21, 61 die zweite Funktionsstellung erreicht hat, kann sie diese Funktionsstellung ohne Zutun der jeweils anderen Ventileinrichtung 21, 61 halten, da die ersten und zweiten Steuerventile 22, 62, derart konfiguriert sind, dass sie in der zweiten Funktionsstellung bei Vorliegen des Versorgungsdrucks am Verbraucheranschluss 11 die Steuerluft für die jeweils eigene Betätigungseinrichtung 31 bzw. 71 selbst und unabhängig von der jeweils anderen Ventileinrichtung 21, 61 zur Verfügung stellen können.
Eine Rückstellung der jeweiligen Ventileinrichtungen 21, 61 erfolgt jeweils für den Fall, dass an der zugeordneten Betätigungseinrichtung 31, 71 das jeweilige Steuersignal abgeschaltet wird. In diesem Fall wird das fluidisch vorgesteuerte Hauptventil, das jeweils das erste Steuerventil 22 und das erste Verbraucherventil 23 bzw. das zweite Steuerventil 62 und das zweite Verbraucherventil 63 umfasst, aufgrund der Rückstellwirkung der jeweiligen Vorspannfeder 30, 70 in die erste Funktionsstellung zurückgestellt. Hierdurch wird einerseits wieder die fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem Versorgungseingang 8 und der jeweiligen Betätigungseinrichtung 31, 71 über das der jeweils anderen Ventileinrichtung 61, 21 zugeordnete Steuerventil 62, 22 hergestellt, so dass ein neuerlicher Umschaltvorgang ermöglicht wird. Zudem findet eine Entlüftung des Verbraucheranschlusses 11 und des daran angeschlossenen Fluidverbrauchers 4 über die jeweiligen Verbraucherventile 23, 63 statt, so dass der Fluidverbraucher 4 in einen sicheren Zustand gelangt.
Tritt hingegen bei der Bereitstellung der elektrischen Steuersignalen an die erste Betätigungseinrichtung 31 und die zweite Betätigungseinrichtung 71 ein Zeitverzug zwischen einer Umschaltung der ersten Ventileinrichtung 21 und der zweiten Ventileinrichtung 61 ein, so tritt der Fall auf, dass möglicherweise eine der beiden Ventileinrichtungen 21, 61 tatsächlich die zweite Funktionsstellung erreicht, während die andere der beiden Ventileinrichtungen 21, 61 die zweite Funktionsstellung nicht mehr erreichen kann, da ihre Betätigungseinrichtung 31, 71 von der Steuerluftversorgung, die in der ersten Funktionsstellung von der jeweils anderen Ventileinrichtung 21, 61 übernommen wird, abgeschnitten ist, da die andere Ventileinrichtung 21, 61 bereits die zweite Funktionsstellung erreicht hat und damit das zugehörige erste Steuerventil 22 bzw. 62 die Entlüftung der jeweils anderen Betätigungseinrichtung 31, 71 vornimmt, ohne dass die jeweilige Ventileinrichtung 21, 61 bereits die eigene Versorgung der Betätigungseinrichtung 31, 71 hätte übernehmen können, da die zweite Funktionsstellung nicht erreicht wurde. In diesem Fall ist sichergestellt, dass aufgrund der Fehlfunktion einer der Ventileinrichtungen 21, 61, die lediglich in einer verzögerten Reaktion auf die Ansteuerung durch die jeweilige Betätigungseinrichtung 31, 71 liegen kann, keine Versorgung des Fluidverbrauchers stattfindet. In diesem Fall muss beispielsweise eine manuelle Freigabe durch einen Bediener vorgenommen werden, beispielsweise durch manuelle Betätigung der Ventileinrichtung 21, 61, die noch nicht die zweite Funktionsstellung erreicht hat. Üblicherweise wird in diesem Fall jedoch eine Auswechslung derjenigen Ventileinrichtung 21, 61 vorgenommen, die nicht innerhalb der Normalschaltzeit tn von der ersten in die zweite Funktionsstellung umgeschaltet werden konnte.
Tritt hingegen eine Fehlfunktion einer der beiden Ventileinrichtungen während der Abschaltung des Fluidverbrauchers 4 auf, wobei diese Fehlfunktion insbesondere darin bestehen kann, dass eine der beiden Ventileinrichtungen 21, 61 trotz entsprechender Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 31, 71 nicht aus der zweiten Funktionsstellung in die erste Funktionsstellung überführt werden kann, ist trotzdem sichergestellt, dass die Druckversorgung des Fluidverbrauchers 4 durch die jeweils noch funktionierende Ventileinrichtung 21, 61 unterbrochen wird und die Entlüftung des Fluidverbrauchers 4 stattfindet, da das erste Verbraucherventil 23 und das zweite Verbraucherventil 63 in der ersten Funktionsstellung, die gleichbedeutend mit einer Entlüftungsstellung für den Fluidverbraucher 4 ist, parallel geschaltet sind, so dass es ausreichend ist, wenn nur eine der beiden Ventileinrichtungen 21, 61 aus der zweiten Funktionsstellung in die erste Funktionsstellung umgeschaltet werden kann.
Sofern der Fehler an einer der beiden Ventileinrichtungen 21, 61 nicht bei der Umschaltung von der zweiten Funktionsstellung in die erste Funktionsstellung aufgefallen ist so wird durch die Funktion der jeweiligen ersten und zweiten Steuerventile 22, 62 jedenfalls ein Wiedereinschalten des Fluidverbrauchers 4 verhindert. Dies ist darauf zurückzuführen, dass diejenige Ventileinrichtung 21, 61, die nicht aus der zweiten Funktionsstellung in die erste Funktionsstellung umgeschaltet werden konnte, keine Steuerluftversorgung für die Betätigungseinrichtung 31, 71 der jeweils anderen (noch funktionsfähigen) Ventileinrichtung 21, 61 bereitstellt, so dass dies die jeweils andere Ventileinrichtung 21, 61 auch nicht mehr aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung überführt werden kann.
Somit wird durch die gegenseitige Bereitstellung der Steuerluft in der ersten Funktionsposition sowie die Abschaltung der Steuerluftversorgung für die jeweils andere Ventileinrichtung 21, 61 sichergestellt, dass eine Umschaltung der beiden Ventileinrichtungen 21, 61 nur synchron erfolgen kann. Ferner wird durch die Reihenschaltung der Verbraucherventile 23, 63 in der zweiten Funktionsstellung und durch die Parallelschaltung der beiden Verbraucherventile 23, 63 in der ersten Funktionsstellung die jeweilige Funktion (Verbraucherversorgung, Verbraucherentlüftung) jeweils redundant zur Verfügung gestellt.

Claims

Ventilanordnung (5) zur Beeinflussung eines Fluidstroms für einen Fluidverbraucher (4), mit einem Versorgungseingang (8), einem Entlüftungsausgang (9, 10) und einem Verbraucheranschluss (11), mit einer ersten Ventileinrichtung (21), die ein erstes Steuerventil (22) und ein erstes Verbraucherventil (23) umfasst und der eine erste Betätigungseinrichtung (31) zugeordnet ist, die einen ersten Steuersignalanschluss (32) und einen ersten Steuerluftanschluss (33) aufweist und die für eine Umschaltung des ersten Steuerventils (22) und des ersten Verbraucherventils (23) zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung bei Vorliegen eines Steuersignals am ersten Steuersignalschluss (32) und eines Steuerdrucks am ersten Steuerluftanschluss (33) ausgebildet ist, mit einer zweiten Ventileinrichtung (61), die ein zweites Steuerventil (62) und ein zweites Verbraucherventil (63) umfasst und der eine zweite Betätigungseinrichtung (71) zugeordnet ist, die einen zweiten Steuersignalanschluss (72) und einen zweiten Steuerluftanschluss (73) aufweist und die für eine Umschaltung des zweiten Steuerventils (62) und des zweiten Verbraucherventils (63) zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung bei Vorliegen eines Steuersignals am zweiten Steuersignalschluss (72) und eines Steuerdrucks am zweiten Steuerluftanschluss (73) ausgebildet ist, wobei das erste Verbraucherventil (23) und das zweite Verbraucherventil (63) in der ersten Funktionsstellung als Parallelschaltung einer ersten Fluidleitung (44, 51, 55) zugeordnet sind, die zwischen dem Verbraucheranschluss (11) und dem Entlüftungsausgang (9, 10) erstreckt ist, wobei das erste Verbraucherventil (23) und das zweite Verbraucherventil (63) in der zweiten Funktionsstellung als Reihenschaltung einer zweiten Fluidleitung (41, 43, 45, 51, 55) zugeordnet sind, die zwischen dem Versorgungseingang (8) und dem Verbraucheranschluss (11) erstreckt ist, wobei das zweite Steuerventil (62) in der ersten Funktionsstellung für eine Bereitstellung eines Steuerdrucks an eine erste Steuerdruckleitung (46), die mit dem ersten Steuerluftanschluss (33) verbunden ist, und in der zweiten Funktionsstellung für eine Abschaltung des Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckleitung (46) ausgebildet ist, wobei das erste Steuerventil (22) in der ersten Funktionsstellung für eine Bereitstellung eines Steuerdrucks an eine zweite Steuerdruckleitung (54), die mit dem zweiten Steuerluftanschluss (73) verbunden ist und in der zweiten Funktionsstellung für eine Abschaltung des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdruckleitung (54) ausgebildet ist.
Ventilanordnung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerventil (22) und das erste Verbraucherventil (23) zwangsgekoppelt ausgebildet sind und/oder dass das zweite Steuerventil (62) und das zweite Verbraucherventil (63) zwangsgekoppelt ausgebildet sind.
Ventilanordnung (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem zwischen dem ersten Verbraucherventil (23) und dem zweiten Verbraucherventil (63) erstreckten ersten Abschnitt der Fluidleitung (44, 55) eine erste Verbraucherdruckleitung (48) angeschlossen ist, die mit dem ersten Steuerluftanschluss (33) verbunden ist und/oder dass an einem zwischen dem zweiten Verbraucherventil (63) und dem Verbraucheranschluss (11) erstreckten zweiten Abschnitt der Fluidleitung (51) eine zweite Verbraucherdruckleitung (50) angeschlossen ist, die mit dem zweiten Steuerluftanschluss (73) verbunden ist.
Ventilanordnung (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangsanschluss (40) eines ersten Wechselventils (37) mit dem ersten Steuerluftanschluss (33) verbunden ist und dass die erste Steuerdruckleitung (46) und die erste Verbraucherdruckleitung (48) mit einem jeweils zugeordneten Eingangsanschluss (38, 39) des ersten Wechselventils (37) verbunden sind und/oder dass ein Ausgangsanschluss (80) eines zweiten Wechselventils (77) mit dem zweiten Steuerluftanschluss (73) verbunden ist und dass die zweite Steuerdruckleitung (54) und die zweite Verbraucherdruckleitung (50) mit einem jeweils zugeordneten Eingangsanschluss (78, 79) des zweiten Wechselventils (77) verbunden sind.
Ventilanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum ersten Verbraucherventil (23) ein an einem zweiten Versorgungsanschluss (25) der ersten Ventileinrichtung (21) und an einem zweiten Ausgangsanschluss (27) der ersten Ventileinrichtung (21) angeschlossenes erstes Rückschlagventil (18) in Sperrrichtung gegenüber dem zweiten Versorgungsanschluss (25) angeordnet ist und/oder dass parallel zum zweiten Verbraucherventil (63) ein an einem zweiten Versorgungsanschluss (65) der zweiten Ventileinrichtung (61) und an einem zweiten Ausgangsanschluss (67) der zweiten Ventileinrichtung (61) angeschlossenes zweites Rückschlagventil (58) in Sperrrichtung gegenüber dem zweiten Versorgungsanschluss (65) angeordnet ist.
Ventilanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerventil (22) in der zweiten Funktionsstellung für eine Verbindung der ersten Steuerdruckleitung (46) mit dem Entlüftungsausgang (9, 10) ausgebildet ist und/oder dass das zweite Steuerventil (62) in der zweiten Funktionsstellung für eine Verbindung der zweiten Steuerdruckleitung (54) mit dem Entlüftungsausgang (9, 10) ausgebildet ist
Ventilanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Steuerdruckleitung (46) eine erste Drosseleinrichtung (17) ausgebildet ist und/oder dass in der zweiten Steuerdruckleitung (54) eine zweite Drosseleinrichtung (57) ausgebildet ist.
Ventilanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung (21) als fluidisch vorgesteuertes und in die erste Funktionsstellung vorgespanntes 5/2-Wegeventil ausgebildet ist und dass die erste Betätigungseinrichtung (31) als Vorsteuer-Magnetventil ausgebildet ist und/oder dass die zweite Ventileinrichtung (61) als fluidisch vorgesteuertes und in die erste Funktionsstellung vorgespanntes 5/2-Wegeventil ausgebildet ist und dass die zweite Betätigungseinrichtung (71) als Vorsteuer-Magnetventil ausgebildet ist.
Ventilanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Normalschaltzeit der ersten Ventileinrichtung (21) für eine Umschaltung zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung kleiner als eine Entlüftungszeit für die erste Steuerdruckleitung (46) gewählt ist und/oder dass eine zweite Normalschaltzeit der zweiten Ventileinrichtung (61) für eine Umschaltung zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung kleiner als eine Entlüftungszeit für die zweite Steuerdruckleitung (54) gewählt ist.
Ventilanordnung (5) zur Beeinflussung eines Fluidstroms für einen Fluidverbraucher (4) mit zwei Ventileinrichtungen (21, 61), die jeweils ein elektrisch ansteuerbares Vorsteuerventil (31, 71) und jeweils ein vom jeweiligen Vorsteuerventil (31, 71) fluidisch ansteuerbares Hauptventil (22, 23, 62, 63) aufweisen, wobei die Hauptventile (22, 23, 62, 63) jeweils zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung umschaltbar ausgebildet sind und jeweils einen schaltbaren Verbraucherzweig (23, 63) sowie jeweils einen schaltbaren Steuerzweig (22, 62) aufweisen, wobei die Hauptventile (22, 23, 62, 63) derart gekoppelt sind, dass die Verbraucherzweige (23, 63) in der ersten Schaltstellung eine Parallelschaltung zur Entlüftung des Fluidverbrauchers (4) bilden und in der zweiten Schaltstellung eine Reihenschaltung zur Druckbeaufschlagung des Fluidverbrauchers (4) bilden, wobei jedem Vorsteuerventil (31, 71) ein Wechselventil (37, 77) zugeordnet ist, das mit einem Ausgang des Steuerzweigs (22, 62) des jeweils anderen Hauptventils (22, 23, 62, 63) und mit einem Ausgang des Verbraucherzweigs (23, 63) des eigenen Hauptventils (22, 23, 62, 63) verbunden ist, um eine gegenseitige Blockierung der beiden Ventileinrichtungen (21, 61) bei Überschreitung einer vorgegebenen Differenz zwischen Schaltzeiten der beiden Ventileinrichtungen (21, 61) zu gewährleisten.