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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsventilvorrichtung, insbesondere für Pressen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
DE 38 17 123 A1 ist eine Sicherheitsventilvorrichtung mit einem hydraulischen Ventil für den vorgenannten Einsatzzweck bekannt, das durch zwei elektromagnetisch betätigbare Vorsteuerventile angesteuert wird. Das Ventil weist zwei gegenläufig zueinander bewegbare Ventilkörper mit Steuerkolben auf und mittels der Steuerkolben werden die Verbindungen zwischen einem Druckversorgungsanschluss, zwei Nutzanschlüssen sowie zwei Tankanschlüssen gesteuert. Das angesprochene Ventil bleibt bei jeder Fehlschaltung hydraulisch verriegelt und kann erst nach Beseitigung des Fehlers durch Druckentlastung an der Druckversorgungsquelle wieder in die Grundstellung gebracht und dann in Betrieb genommen werden.
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Um den dahingehenden Stand der Technik zu verbessern, ist in
EP 1 203 161 B1 eine Sicherheitsventilvorrichtung vorgeschlagen worden, die in der Lage ist möglichst kurze Kuppel- und Bremsvorgänge an einer mechanischen Presse bei gleichzeitig möglichst hoher Betriebssicherheit bereitzustellen. Hierfür werden zwei Arbeitsventile eingesetzt, die mittels eines elektrisch ansteuerbaren Steuerventils betätigbar sind, wobei die beiden Arbeitsventile als Sitzventile ausgebildet sind und gegenläufig derart betrieben werden, dass das erste Arbeitsventil im offenen Zustand einen Druckversorgungsanschluss mit einem Nutz- oder Arbeitsanschluss verbindet und das zweite Arbeitsventil im offenen Zustand den Nutzanschluss mit einem Tankanschluss verbindet, wobei das zweite Arbeitsventil mittels einer Federkraft beaufschlagt stromlos offen ist.
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Die
DE 10 2019 131 980 A1 beschreibt eine Sicherheitsventilvorrichtung, insbesondere für Pressen, zumindest bestehend aus einem hydraulischen Verbraucher und einer diesen versorgenden Druckversorgungseinrichtung sowie mit einer die Druckversorgung steuernden Ventilsteuereinrichtung, wobei die Ventilsteuereinrichtung zwei zueinander parallel geschaltete Ventile aufweist, die gleichgerichtet verfahrbar in einer gemeinsamen Schaltstellung den hydraulischen Verbraucher entlasten.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lösungen dahingehend weiter zu verbessern, dass die Sicherheit im Betrieb noch weiter erhöht ist. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Sicherheitsventilvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Ventile in der anderen weiteren Schaltstellung den Verbraucher betätigen.
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Dadurch, dass die Ventilsteuereinrichtung zwei zueinander parallel geschaltete Ventile aufweist, die gleichgerichtet verfahrbar in einer gemeinsamen Schaltstellung den hydraulischen Verbraucher entlasten und in der anderen weiteren Schaltstellung den Verbraucher betätigen, ist sichergestellt, dass bei Ausfall eines dieser Pressensicherheitsventile kein unbeabsichtigter Fehlanlauf eines Pressenstößels erfolgt und ein sicheres Abschalten einer mechanischen Presse nach DIN EN ISO 16092-2 (April 2021) erreicht ist.
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Insbesondere ist die Schaltung derart aufgebaut, dass die hydraulische Steuerung mit den beiden Ventilen redundant „sicher“ ausgeführt ist, d.h. bei Not-Aus-Betätigung ist sichergestellt, dass die Bremse dabei sicher entlastet wird und einen Brems- oder Schließvorgang durchführt. Dafür ist die Schaltung in einer ihrer Schaltstellungen dadurch charakterisiert, dass die beiden parallel zu-einander geschalteten Ventile doppelt durchströmt sind, ebenso wie vorzugsweise ein drittes Ventil, das an die Druckversorgung der Schaltung angeschlossen ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsventilvorrichtung ist vorgesehen, dass die beiden parallel geschalteten Ventile jeweils schaltstellungsüberwacht sind. Dergestalt kann von außen her mittels entsprechender Wegesensoren die jeweilige Schaltstellung für die beiden Ventile mit überwacht werden, so dass Fehlschaltungen auf jeden Fall vermieden sind.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsventilvorrichtung ist vorgesehen, dass die Druckversorgungseinrichtung über ein Zuschaltventil, das in eine Versorgungsstellung geschaltet ist sowohl den hydraulischen Verbraucher als auch die beiden Ventile mit Druckfluid vorgebbaren Druckes versorgt, die in ihre Versorgungsstellung geschaltet den hydraulischen Verbraucher gleichermaßen mit diesem Druckfluid vorgebbaren Druckes versorgen. Vorzugsweise ist dabei ferner vorgesehen, dass sofern das Zuschaltventil in seiner die Druckversorgung unterbindenden Sperrstellung ist, die beiden Ventile in ihre Entlastungsstellung geschaltet, den hydraulischen Verbraucher zur Tankseite hin entlasten. Befindet sich das Zuschaltventil in seiner Grundstellung ist es in seiner sperrenden oder geschlossenen Position gehalten und somit die Druckversorgung regelmäßig in Form einer Hydropumpe vom sonstigen System getrennt, was eine sichere Bedienung der Sicherheitsventilvorrichtung erlaubt.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsventilvorrichtung ist dabei vorgesehen, dass das Zuschaltventil eine Bypassleitung aufweist, die in der Versorgungsstellung sicherstellt, dass das Zuschaltventil vonseiten der Druckversorgung doppelt durchströmt ist. Dergestalt ist sichergestellt, dass die beiden schaltstellungsüberwachten Ventile im Rahmen der Entlastungsfunktion für die Bremse doppelt durchströmt werden, so dass bei gleicher Leistung der Vorrichtung eine Ventilnenngröße übersprungen werden kann. Da aufgrund der Bypassleitung das Zuschaltventil doppelt durchströmt ist, ist ein möglichst niedriger Druckverlust und somit ein hoher Volumenstrom zum Öffnen der hydraulischen Bremse erreicht.
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Zusätzlich verhindert das pumpenseitige Zuschaltventil, dass die Hydropumpe oder ein in den hydraulischen Kreis geschalteter Hydrospeicher während der Entlastung der Bremse respektive der Kupplung nicht in das System fördern. Dadurch kann die Abschaltzeit bis zum sicheren Stillstand der Maschine verkürzt werden.
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Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsventilvorrichtung ist vorgesehen, dass der hydraulische Verbraucher, in der Art einer Bremse ausgestaltet, mindestens einen hydraulischen Arbeitszylinder aufweist, der fremdkraftbetätigt, insbesondere mittels eines Energiespeichers, vorzugsweise in Form einer Druckfeder, im entlasteten Zustand unter Betätigen der Bremse das Druckfluid in Richtung des Tanks ausschiebt und im mit Druckfluid vorgebbaren Druckes beaufschlagten Zustand entgegen der Wirkung des Energiespeichers die Bremse löst, und dass dabei die beiden parallel geschalteten Ventile in der einen bzw. der anderen Ventilstellung sich befinden. Dadurch, dass die Bremse fremdkraftbetätigt in ihre Bremsstellung gelangt, ist ein sicheres Fahren der Bremse erreicht, auch wenn die hydraulische Ansteuerung im Versagensfall nicht mehr betriebsbereit sein sollte.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsventilvorrichtung ist vorgesehen, dass die Druckversorgungseinrichtung einen Versorgungsstrang mit einer hydraulischen Speichereinrichtung aufweist, die mittels mindestens eines Speichersicherheitsventiles an die beiden parallel geschalteten Ventile anschließbar ist. Bei der Verwendung eines Hydraulikspeichers können optional die notwendigen Speichersicherheitsventile innerhalb der Sicherheitsventilvorrichtung platzsparend integriert werden. In jedem Fall kann der Hydraulikspeicher als Energiespeicher Hydraulikmittel zum Lösen der Bremse unter Vorspannung abgeben.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsventilvorrichtung ist vorgesehen, dass die beiden Ventile und/oder ein Speichersicherheitsventil aus elektromagnetisch betätigbaren 4/2- oder 2/2-Wegeventilen gebildet sind. In vorteilhafter Weise können dabei weiter Speichersicherheitsventile vorgesehen sein in Form eines manuellen und/oder eines elektrischen Entlastungsventiles. Dergestalt lässt sich mit einem geringen Aufwand an Verrohrung in kostengünstiger Weise eine funktionssichere Sicherheitsventilvorrichtung erhalten.
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Sofern vorzugsweise im Nebenzweig zu der Druckversorgung für den hydraulischen Verbraucher mindestens eine Druckerfassungseinrichtung geschaltet ist, wie ein Druckmessumformer oder ein Druckschalter, ist eine verbesserte Überwachung der hydraulischen Ansteuerung für die Bremse erreicht.
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Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Sicherheitsventilvorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung in der Art von hydraulischen Schaltplänen die
- 1 den grundsätzlich schematischen Aufbau der Sicherheitsventilvorrichtung, wobei mögliche Ergänzungen des Schaltplans mit strichpunktierten Blöcken wiedergegeben sind;
- 2 und 3 in einer Grundstellung (Bremse schließt) bzw. in einer geschalteten Stellung (Bremse öffnet) den Schaltplan nach der 1, ergänzt um jeweils mögliche Optionen; und
- 4 die um eine weitere Option ergänzte Schaltplandarstellung nach der 1.
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In der 1 sind die wesentlichen Komponenten der Sicherheitsventilvorrichtung gezeigt, die in einem Ventilblock 10 zusammengefasst sind, der in der 1 strichliniert wiedergegeben ist. An einem Nutzanschluss A des Ventilblockes 10 ist ein hydraulischer Verbraucher 12 in Form eines federbelasteten, hydraulischen Arbeitszylinders angeschlossen, wobei eine Kolben-Stangen-Einheit 14 des Verbrauchers 12 in ein Zylindergehäuse 15 einfährt sobald auf der Kolbenseite der Fluiddruck sich verringert und unter der Kraftwirkung eines Energiespeichers in Form einer Druckfeder 16 die Kolben-Stangen-Einheit 14 in Blickrichtung auf die 1 gesehen von rechts nach links in ihre Ausgangsstellung verfährt, was einem Betätigen der hydraulischen Bremse durch Schließen derselben entspricht (vgl. 2). Im umgekehrten Fall, also bei Druckbeaufschlagung der Kolbenseite, fährt der hydraulische Verbraucher 12 respektive der Arbeitszylinder aus, d.h. die Kolben-Stangen-Einheit 14 verfährt entgegen der Wirkung der Druckfeder 16 in Blickrichtung auf die 1 gesehen von links nach rechts und löst die Bremse (vgl. 3). Die eigentliche Bremse, die zum Steuern einer mechanischen Presse dient, ist ebenso wie die Presse selbst im Stand der Technik nachweisbar, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Anstelle der genannten hydraulischen Bremse kann auch eine für solche Pressen übliche Kupplungseinrichtung mittels des hydraulischen Verbrauchers 12 angesteuert werden.
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In Blickrichtung auf die 1 gesehen ist auf der Unterseite des Ventilblockes 10 ein weiterer Nutzanschluss A vorhanden, der als zusätzliche Anschlussmöglichkeit für einen hydraulischen Verbraucher (nicht dargestellt) vorgesehen ist, sei es in Form einer Bremse wie dargestellt; sei es in Form einer hydraulisch betätigbaren Kupplungseinrichtung.
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Der hydraulische Verbraucher 12 ist über den Pumpenanschluss P an eine Druckversorgungseinrichtung 18 über seine Kolbenseite anschließbar, die aus einer Hydro- oder Hydraulikpumpe 18 üblicher Bauart gebildet ist. Des Weiteren ist eine die Druckversorgung steuernde Ventilsteuereinrichtung vorhanden, die zwei zueinander parallel geschaltete Ventile S1 und S2 aufweist. Diese Ventile S1, S2 haben die Funktion von Pressensicherheitsventilen auf dem Gebiet der Ansteuerung von mechanischen Presseneinrichtungen. Wie insbesondere die 2 und 3 zeigen, können die beiden Ventile S1, S2 gleichgerichtet verfahrbar in einer gemeinsamen Schaltstellung gemäß der Darstellung nach der 2 den hydraulischen Verbraucher 12 entlasten und in der anderen weiteren Schaltstellung gemäß der Darstellung nach der 3 den Verbraucher 12 betätigen, so dass einmal die Bremse betätigt oder gesperrt bzw. gelöst wird.
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Die beiden parallel geschalteten Ventile S1, S2 sind jeweils schaltstellungsüberwacht, wofür übliche Wegesensoren 20 eingesetzt werden können. Das jeweilige Ventil S1, S2 wird unter der Wirkung einer Druckfeder in der gezeigten Schaltstellung nach den 1 und 2 gehalten, bei der der hydraulische Verbraucher 12 zu einer Tankseite T entlastet wird, sofern ein Zuschaltventil S3 als Bestandteil der Druckversorgungseinrichtung 18 in seiner in den 1 und 2 gezeigten Schließstellung mittels Federkraft gehalten ist. Wird der Elektromagnet Y1 des Schaltventiles S3 bestromt, nimmt das Zuschaltventil S3 seine in der 3 gezeigte Stellung ein und der Verbraucher 12 wird betätigt, wobei die Ventile S1 und S2 jeweils über ihren Elektromagneten Y2 bzw. Y3 bereits betätigt ihre Schaltstellung nach der 3 einnehmen, bei der die fluidführende Verbindung vom jeweiligen Nutzanschluss A zum Tank T hin geschlossen wird. Von der Abfolge her ist es von Vorteil zum Lüften der Bremse respektive zum Betätigen des Verbrauchers 12 nach der 3 zuerst die Ventile S1 und S2 zu schalten und erst anschließend mittels des Elektromagneten Y1 das Zuschaltventil S3 zu betätigen, um dergestalt zu ermöglichen, dass die Hydropumpe 18 in das System fördert und insoweit die Bremse öffnet. Wie insbesondere die 3 zeigt, wird dabei das Zuschaltventil S3 über eine Bypassleitung 22, die einen Fluidausgang des Ventils S3 mit seinem Eingang verbindet in der gezeigten Schaltstellung doppelt durchströmt, um einen möglichst niedrigen Druckverlust zu erzeugen und somit einen hohen Volumenstrom auf die Zuströmseite der Bremse respektive des Verbrauchers 12 zu ermöglichen. Dabei melden die beiden Wegesensoren 20, die aus üblichen Endschaltern gebildet sein können, wie dies beispielhaft in der 4 dargestellt ist, der Sicherheitssteuerung, dass sich die beiden Ventile S1 und S2 in der geschalteten Stellung befinden und somit die Bremse gelüftet respektive geöffnet ist. In der 2 ist die Druckversorgung vonseiten der Hydropumpe 18 zu dem gesperrten Zuschaltventil S3 strichliniert wiedergegeben und der Fluidpfad von der Kolbenseite des Verbrauchers 12 zur Tankseite T hin in dicker Strichführung wiedergegeben. Ebenso ist in der 3 die Druckversorgung des Verbrauchers 12 mittels der Hydropumpe 18 strichliniert wiedergegeben und die Absperrung von Nutzanschluss A zur Tankseite T hin, ausgehend von den Ventilen S1, S2 in dicker Strichführung gezeigt.
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Wie sich des Weiteren aus den 2 und 4 ergibt, kann aufseiten eines Speicheranschlusses SP des Ventilblockes 10 ein Hydrospeicher 24 üblicher Bauart angeschlossen sein, der im Bedarfsfall Fluid mit vorgebbaren Vorspanndruck an die beiden Ventile S1, S2 abgeben kann zwecks Ansteuern des hydraulischen Verbrauchers 12. Gemäß der Darstellung nach der 1 sind in einem weiteren Ventilblock 26 innerhalb des Gesamt-Ventilblockes 10 einzelne Speichersicherheitsventile aufgenommen, wie sie beispielhaft in der 4 gezeigt sind, bestehend aus einem elektromagnetisch betätigbaren 2/2-Wege-Schaltventil S4, einem Druckbegrenzungsventil 28 sowie einem manuellen Speicherentlastungsventil, beispielweise in Form einer einstellbaren Drossel 30. Ist das 2/2 Wege-Schaltventil S4 in seiner in der 4 gezeigten Grundstellung, ist der Verbraucher 12, in der gezeigten Schaltstellung der Ventile S1 und S2 nach der 4 mit dem Hydrospeicher 24 fluidführend verbunden und nach Betätigen des Ventils S4 mittels des Elektromagneten Y4 ist der dahingehende fluidführende Weg gesperrt. Mittels des Druckbegrenzungsventiles 28 ist die dahingehende Druckabgabe über den Hydrospeicher 24 gesichert und bei Überschreiten eines Maximaldruckes wird der Hydrospeicher 24 auf die Tankseite T geschaltet. Über die Drossel 30 lässt sich der Speicher 24 manuell entlasten.
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Wie die Darstellung nach den 2 und 3 zeigt, brauchen die gezeigten Speichersicherheitsventile 26, 28, 30, insbesondere bei Wegfall einer Versorgung über den Hydrospeicher 24, nicht mehr zwingend vorhanden sein und der weitere Ventilblock 26 ist dann mit Ventilstopfen 32 versehen, die die dann nicht benötigte, jeweilige Fluidverbindung von der Speicherleitung zum Speicheranschluss SP zu den parallel geschalteten Ventilen S1, S2 sperren. In der insoweit in der 2 gezeigten Grundstellung ist das Zuschaltventil S3 geschlossen und insoweit die Hydropumpe 18 vom Versorgungssystem getrennt. Dergestalt sind die beiden schaltstellungsüberwachten Ventile S1, S2 in der sicheren Grundstellung und die Schaltung der Pressen-Sicherheitsventilvorrichtung ist derart aufgebaut, dass in dieser gezeigten Stellung (2) der beiden Ventile S1, S2 der Nutzanschluss A mit dem Verbraucher 12 redundant zur Tankseite T hinaus entlastet ist. Die Druckfeder 16 des Verbrauchers 12, die auch aus einem Federpaket bestehen kann, schiebt somit das Öl über die beiden Ventile S1, S2 zur Tankseite T hinaus, bei gleichzeitigem Schließen der Bremse. Die beiden Ventile S1 und S2 werden dabei gemäß der Darstellung nach der 2 doppelt durchströmt, um dergestalt wiederum einen möglichst niedrigen Druckverlust zu erzeugen, und einen hohen Volumenstrom vonseiten des Verbrauchers 12 zur Tankseite T hin entlasten zu können. Die beiden Endschalter oder Wegesensoren 20 melden dabei der Sicherheitssteuerung, dass sich die beiden Ventile S1 und S2 in sicherer Grundstellung befinden und somit die Bremse respektive der Verbraucher 12 tatsächlich geschlossen ist. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
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Des Weiteren weist gemäß der Darstellung nach der 1 ein Druckanschluss MA2 sowie MP eine mögliche Überwachungseinheit 34 als optionalen Block auf, die gemäß der Darstellung nach den 2 bis 4, beispielsweise aus einem Druckschalter 36 mit zwei Schaltpunkten und Analogausgang bestehen kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit am Druckanschluss MA2 alternativ einen Druckmessumformer 38 mit Spannungsausgang anzuschließen, wie er beispielhaft an dem weiteren Druckanschluss MP nach den 2 und 3 angeschlossen ist. Ferner kann an den Druckanschlüssen MA2 und MP ein Druckmessumformer mit Stromausgang (nicht dargestellt) angeschlossen werden oder man kann die dahingehenden Anschlüsse MA2 und MP ohne Druckwertaufnahme mit einem Blindstopfen 40, wie in 4 für den Anschluss MP dargestellt, verschließen. Hier sind alle Kombinationsmöglichkeiten denkbar; so kann ein Druckschalter 36 auch für beide Anschlüsse MA2 und MP bedarfsweise vorgesehen sein (nicht dargestellt).
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Die vorteilhafte Parallelverschaltung im skizzierten Rahmen ergibt sich dadurch, dass die beiden Ventile S1, S2 aus 4/2-Wegeventilen gleichen Aufbaus gebildet sind, die sowohl auf der gleichen Eingangsseite als auch auf der gleichen Ausgangsseite jeweils permanent fluidführend miteinander in Verbindung stehen. Der weitere Eingang der Ventile S1, S2 ist permanent fluidführend an eine Versorgungsleitung 42 angeschlossen, die das Zuschaltventil S3 ausgangsseitig mit dem Nutzanschluss A verbindet. Der weitere Ausgang der Ventile S1, S2 ist hingegen permanent fluidführend mit der Tankseite T verbunden. Einzelheiten der diesbezüglichen Fluidführung ergeben sich unmittelbar aus den Figuren.
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Das Zuschaltventil S3 ist dabei vorzugsweise ebenfalls als 4/2- Wegeventil ausgebildet und gleich aufgebaut zu den Pressensicherheitsventilen S1 und S2. Die Sicherheitsventilvorrichtung ist spezifisch in den Nenngrößen 10 und 16 verfügbar, wobei die hydraulische Steuerung den sogenannten Performance Level PLe und der Kategorie 4 nach DIN EN ISO 13849 entspricht. Durch Verwendung von weiteren sicherheitsbezogenen Steuerungsteilen, wie vorstehend beschrieben, kann auch für die gesamte Maschine (Presse) der Performance Level PLe erreicht werden.
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Alle möglichen Ventile S1, S2, S3, S4, 25 und 30 lassen sich in dem Ventilblock 10 tauschbar zusammenfassen, so dass in sehr platzsparender Weise die Sicherheitsventilvorrichtung im Rahmen der hydraulischen Versorgung für eine mechanische Presse an dieser anbaubar ist. An den Anschlüssen SP, MA2 und MP lassen sich dann weitere hydraulische Komponenten, wie dargelegt anbauen. Ferner lässt sich mit geringem Verrohrungsaufwand der Ventilblock 10 über den jeweiligen Nutzanschluss A mit einem hydraulischen Verbraucher 12 koppeln zum Betätigen einer Bremse und/oder einer Kupplung bei einer mechanischen Presse.
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Wie beispielhaft die 3 zeigt, ist in die Verbindungsleitung 44 zwischen dem Schaltventil S2 und dem hydraulischen Verbraucher 12 an einer Abzweigstelle 46 einmündend die Versorgungsleitung 42 vorhanden, die zum Schaltventil S3 führt. Die Versorgungsleitung 42 weist zwei weitere Abzweigstellen 48 und 50 auf. In die Abzweigstelle 48 mündet eine weitere Verbindungsleitung 52 ein, die zu dem Ventil S2 führt. Eine dritte Verbindungsleitung 54 stellt eine fluidführende Verbindung zwischen der Abzweigstelle 50 und dem Schaltventil S1 her. Aufgrund dieser Verschaltung der genannten Komponenten miteinander werden gemäß der Darstellung nach der 3 alle Ventile S1, S2 und S3 doppelt durchströmt, was für die erfindungsgemäße Lösung von besonderer Bedeutung ist.
