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Servosteuerung mit Sicherheitseinrichtung für mindestens einen Druckverbraucher,
insbesondere Pressensteuerung Die Erfindung betrifft eine Servosteuerung mit Sicherheitseinrichtung
für mindestens einen Druckverbraucher, insbesondere Pressensteuerung, dem das Servomittel
über zwei getrennte parallel geschaltete und gleichzeitig durch elektromagnetisch
auslösbare Hilfsventile zu betätigende Dreiwegeschaltventile zu-und abgeführt wird
und dessen Servomittelzu- und -abführung bei Störungen oder Fehlschaltungen eines
der Schaltventile unterbrochen wird.
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Es sind Servosteuerungen mit Sicherheitseinrichtüngen, insbesondere
für Pressensteuerungen, bekannt, bei denen an jedem der parallel geschalteten Mehrwegeventile
mit einer magnetelektrisch zu schaltenden Hilfsventilauslösung eine zusätzliche
und selbsttätig arbeitende Drucküberwachung erfolgt. Das Ergebnis dieser Drucküberwachung
untereinander wird über Meßglieder, z. B. in Form von Kolben, verglichen, die bei
einer vorliegenden Druckdifferenz Abschaltmittel betätigen. Hierbei werden zusätzliche
Meßglieder benötigt, deren einwandfreie Funktion jedoch nicht mehr überwacht wird.
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Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Sicherheitssteuerung zu schaffen,
die auf zusätzliche und selbsttätige Meßglieder mit Abschaltmitteln verzichtet und
die auch bei Ausfall eines der Umschaltventile in seinem mechanischen Teil oder
in seinem Servoteil oder in seiner Hilfsventfauslösung den Druckverbraucher vom
Zulauf trennt. Ein eventuell vorhandener Restdruck im Druckverbraucher kann dabei
über eines der Umschaltventile in bekannter Weise abgebaut werden.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Ventilspindeln
beider Schaltventile in einer Achse spiegelbildlich zueinander liegen und ihre inneren
Spindelenden einander zugekehrt sind und durch eine Abdichtung hindurch in einen
mit dem Servomittelzulauf verbundenen Raum ragen, wobei die Arbeitsräume für die
Umschaltung der Schaltventile an den jeweiligen äußeren gegenüberliegenden Enden
der Spindeln liegen, daß bei entlasteten Arbeitsräumen der Servozulauf zum Verbraucher
gemeinsam über die hohl ausgebildeten inneren Ventilspindelenden erfolgt, während
bei druckbelasteten Arbeitsräumen sich die Ventilspindelenden selbst gegenseitig
abdichten und den Zulauf zum Verbraucher absperren.
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Die Ventilspindelenden sind in dem Gehäuse so gelagert, daß jede dem
Bewegungsspiel der anderen bei einseitiger Arbeitsraumbelastung innerhalb eines
bestimmten vorgeschriebenen Weges folgen kann, bei gleichzeitigem Druckabbau am
Verbraucher, falls eine Störung an den Abdichtungsstellen aus vollem Betrieb heraus
vorliegt. Die Querschnitte der inneren Ventilspindelenden an den Abdichtungen im
Gehäuse sind dabei größer gewählt als die Berührungsstellen der inneren Ventilspindelenden,
um eine Differenzdruckbildung für die Öffnungsbewegung beider Ventilspindeln zu
erreichen.
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Dadurch ist sichergestellt, daß mit Hilfe praktisch normaler Mehrwegeumschaltventile,
und zwar entweder in Form von Sitz- oder Schieberventilen, die inneren Ventilspindelenden
im Sinne eines Verschlußstückes bei normaler abgeschalteter Stellung sich dauernd
gegenseitig abdichten, so daß an den beiden zu einem einzigen Anschluß vereinigten
Abgängen zum Verbraucher kein Druckaufbau erfolgt, und daß bei Fehlschaltung eines
der Ventile, dieses den gemeinsam dichtgehaltenen Zulauf an den Spindelenden nicht
zu öffnen vermag.
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Der Verbraucher bleibt nach wie vor vom Zulaufdruck abgeschlossen,
und beide Ventilspindeln gehen in eine Endstellung über, und die beiden Abgänge
zum Verbraucher sind geöffnet, so daß gegebenenfalls in diesem noch vorhandener
Restdruck abgebaut werden kann.
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Die Anlage ist auf diese Weise stillgelegt und kann nicht in Betrieb
genommen werden, bevor die einseitige Störung beseitigt ist oder bevor durch Neueinschaltung
erst einmal die normale Mittelstellung, d. h. Ausgangsstellung, wieder eingeführt
wird. Diese Mittelstellung kann dadurch sichergestellt werden, daß beide Arbeitsräume
der Ventile wieder an den Zulaufdruck z. B. durch entsprechende Abschaltung der
Hilfsventile angeschlossen werden. Auf diese Weise kehrt die Einrichtung in ihre
normale Mittelstellung zurück, d. h., beide Ventilspindeln nehmen ihre normale Lage
neu ein, ohne daß sich die Ventilspindelenden gegenseitig dabei abheben.
Liegt
eine einseitige Bewegung der beiden Ventilspindelenden vor, dann kann eine Alarm-
oder sonstige Sicherheitseinrichtung von diesen betätigt werden, die gegebenenfalls
auch die Ventilspindeln in der einen oder anderen einseitig verschobenen Stellung
vorübergehend oder für dauernd festhält, bis diese Verriegelung von Hand oder durch
einen anderen Eingriff gelöst wird. Diese Verriegelungsmittel, die von einer nur
einseitig erfolgenden Ventilspindelbewegung aus zur Betätigung kommen, sind insbesondere
dann vorzusehen, wenn die Einrichtung nach der Erfindung auch für die Fälle verwendet
wird, um eintretende undichte Stellen z. B. an den Verschlußstücken od. dgl., beispielsweise
auch bei mechanischem Hängenbleiben eines der Ventile mit in den überwachungsablauf
einzubeziehen, da auch bei einem vorübergehenden Druckaufbau am Verbraucher, sein
Druckabbau nach wie vor sichergestellt ist, sobald sich eine einseitige Verschiebung
der Ventilspindeln und ihre gegenseitige Berührung der inneren Ventilspindelenden
abgespielt hat.
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Mit Rücksicht darauf, daß der Druckaufbau in den Arbeitsräumen für
die Umschaltung der beiden Ventilspindeln, beispielsweise über druckbelastete Arbeitskolben,
geringe zeitliche Verschiebungen aufweisen kann, die entweder aus unterschiedlichen
Strömungsverhältnissen in dem abgezweigten Servohilfskreislauf oder aus Schaltzeitdifferenzen
der vorzugsweise elektromagnetisch gleichzeitig auszulösenden beiden Hilfsventile
herrühren können, wird in den Zulaufkanälen zu den Arbeitskolben, d. h. den beiden
Hilfsventilen nachgeschaltet, je eine von Hand einstellbare Drosselstelle vorgesehen,
mit dem Ziel, den Druckaufbau innerhalb der beiden Arbeitsräume aufeinander genau
abzustimmen, damit Schwankungen und unzulässige Verschiebebewegungen der beiden
Ventilspindeln nach der einen oder anderen Richtung beim normalen Einschaltvorgang
unterbleiben oder sich nur in gewollten Grenzen halten. Man kann auf diese Weise
auch die Empfindlichkeit der Steuerung nach der Erfindung beeinflussen, d. h. die
Geschwindigkeit des Umschaltvorganges in der einen oder anderen Richtung, wenn eine
Störung eintritt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich, an den mit
kleinerem Durchmesser als die Lagerstelle der Ventilspindel ausgebildeten inneren
Ventilspindelenden gleichzeitig in diese so entstehende Ausnehmung ein Schaltglied,
vorzugsweise in Form eines axial im Gehäuse dicht verschiebbar gelagerten Kolbens,
hineinragen zu lassen, welches bei unzulässig großer einseitiger Ventilspindelbewegung
nach der einen oder anderen Richtung angehoben wird und welches dann entweder einen
elektrischen Schalter für die elektrische Stillegung der Einrichtung betätigt oder
welches ein zusätzliches Verschlußstück im gemeinsamen Hauptzulauf im Sinne eines
Anschlusses verriegelt. Erst durch gesonderten Handeingriff soll dann die elektrische
Einrichtung oder das verriegelte Verschlußstück im Servohauptzulauf freigegeben
werden können. Der Querschnitt des axial verschiebbaren und in die Ausnehmung der
Ventilspindelenden hineinragenden Kolbens ist dabei so groß gegenüber einer Rückstellkraft
bemessen, daß bei unzulässig hohem Druckanstieg im Servozulauf t dieser Kolben bereits
eine axiale Verschiebebewegung gegenüber seinen Abschaitmitteln durchzuführen in
der Lage ist. Auf diese Weise ist die Steuereinrichtung noch zusätzlich gegen unzulässigen
Druckanstieg abgesichert. Die Rückstellkraft für diesen axial verschiebbaren Kolben
kann in ihrer Größe vorzugsweise einstellbar sein, um diesen Sicherheitsschalter
auf verschiedene Druckhöhen zu begrenzen.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dar. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt einer Steuerung mit zwei als
Doppelsitzventile ausgebildeten Dreiwegeventilen in einer normalen abgeschalteten
Mittelstellung, F i g. 2 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform ebenfalls
in einer abgeschalteten normalen Mittelstellung und F i g. 3 die Einrichtung nach
F i g. 2 bei einer Fehlschaltung.
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In dem Gehäuse 1 befinden sich zwei Dreiwegeumschaltventile in Form
von Sitzventilen, und zwar steuern die Verschlußstücke 2 auf den Ventilspindeln
3 die Sitze 4 für die beiden Abgänge 5 zum Druckabbau aus den beiden gemeinsamen
vereinigten Leitungen 6 vom Verbraucher 7.
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Die Ventilspindeln 3 werden in dem Ausführungsbeispiel durch die beiden
Arbeitskolben 8 durch Druckauf- und -abbau in den Arbeitsräumen 9 betätigt. Der
Druckauf- und -abbau in den Arbeitsräumen erfolgt durch einen ' am Zulauf
10 abgezweigten Servohilfskreislauf 11, der durch je ein Hilfsventil 12 die
Verbindung zwischen Zulauf 10 und den Arbeitsräumen 9 herstellt. Die beiden Hilfsventile
12 in Form von Dreiwegeventilen können dabei vorzugsweise elektrisch durch Schaltmagnete
13 ausgelöst werden, und zwar durch gemeinsame Ein- und Ausschaltung dieser beiden
Schaltmagnete, so daß die Hilfsventile 12 gemeinsam beide Leitungen 11 zu den Arbeitsräumen
9 freigeben bzw. absperren und dann diese Arbeitsräume 9 über die Abgänge
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entlüften. Bei Entlüftung der Arbeitsräume 9 nehmen die Arbeitskolben 8
ihre Mittelstellung ein, vorzugsweise unter dem Einfluß der beiden Federn 30, deren
Größe gegebenenfalls einstellbar ist.
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Die Ventilspindeln 3 gehen an ihren freien inneren Enden 15 in eine
gemeinsame Abdichtstelle 16 über und sind mit je einer Bohrung 17 versehen. Diese
Bohrung geht in eine Querbohrung 18 über, um auf diese Weise den Zulauf mit den
beiden Anschlüssen 6 für den Druckverbraucher 7 verbinden zu können, sobald die
beiden Ventilspindelenden 15 sich gegenseitig nicht mehr berühren.
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Die beiden Ventilspindelenden bilden also gemeinsam ein Verschlußstück
und können gegebenenfalls an Stelle eines Sitzes sich auch gegenseitig etwas nach
Art eines Steuerschiebers überdecken. Die inneren einander zugekehrten Ventilspindelenden
besitzen einen kleineren Querschnitt als die Lagerstellen 32 dieser Ventilspindeln,
so daß bei Entlüftung der beiden Arbeitsräume 9 über die geöffneten Abgänge
14
an den Hilfsventilen 12 infolge dieser Querschnittsdifferenz aus der Lagerstelle
32 und der Berührungsstelle 15 der Ventilspindelenden ein Druckaufbau stattfindet,
im Sinne einer gegenseitigen Verschiebung der Ventilspindeln. Die Berührungsflächen
15 der Ventilspindelenden öffnen sich, und der Druck vom Anschluß 10 kann
über die Längs- und Querbohrung 17, 18 zum Druckverbraucher 7 gelangen.
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Dieses rhythmische öffnungsspiel der Ventilspindeln bei gemeinsamer
gleichzeitiger Entlüftung der Arbeitsräume 9 wiederholt sich bei jedem normalen
Einschaltvorgang, wobei gleichzeitig die Verschlußstücke
2 die
Ventilsitze 4 für die Abgänge 5 verschließen.
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Wird eines der Hilfsventile fehlerhaft von Hand, d. h. zeitlich nicht
gleichzeitig geschaltet oder fällt eines der Hilfsventile mechanisch oder elektrisch
aus, dann erfolgt nur einseitige Druckbelastung in einem der Arbeitsräume 9. Dies
hat zur Folge, daß das belastete Ventilgestänge je nach dem Druckaufbau sofort über
seinen normalen Weg hinaus nicht nur in die Mittelstellung, sondern weiter so verschoben
wird, daß einmal keine Öffnungsbewegung an den gemeinsamen inneren Ventilspindelenden
15 durchführbar ist und darüber hinaus ein gegebenenfalls noch vorhandener Druck
am Verbraucheranschluß 7 über das einseitig offengebliebene Verschlußstück 2 in
den Abgang 5 abgebaut wird (F i g. 3).
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Diese einseitige zusätzliche Verschiebebewegung der beiden in Berührung
bleibenden Ventilspindeln muß erst durch Beseitigung der jeweiligen aufgetauchten
Störung rückgängig gemacht werden, bevor die Anlage wieder in normalen Betrieb genommen
werden kann. Die beiden inneren Ventilspindelenden bleiben also bei jeder Fehlschaltung
miteinander verbunden, so daß kein Druck über die Längs- und Querbohrungen zum Druckverbraucher
gelangt. Die Federn 30 und der jeweilig auszublasende Restdruck in den Arbeitsräumen
9 sorgen darüber hinaus dafür, daß auch bei unzulässigen Beschleunigungskräften
kein gegenseitiges Abheben der Ventilspindelenden erfolgt.
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An Stelle die beiden gegeneinanderarbeitenden und auf einer gemeinsamen
Ventilspindelachse liegenden Mehrwegeventile als Sitzventile auszubilden, ist es
naturgemäß auch möglich, die Verschlußstücke 2 gegenüber ihren Abdichtungsquerschnitten
für die jeweilige Freigabe der beiden Abgänge 5 ebenfalls als kolbenartige Schieber
auszubilden und entsprechend abzudichten, so daß die beiden Mehrwegeventile mit
ihren beiden Ventilspindeln sich einwandfrei gegeneinander im Öffnungssinne bei
normaler Schaltung bewegen und darüber hinaus die Folgebewegung der einen Ventilspindel
gegenüber der anderen bei einer Fehlschaltung sichergestellt bleibt.
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Die einander zugekehrten inneren Ventilspindelenden mit ihren Berührungsstellen
15 weisen für die Differenzdruckbildung einen kleineren Gesamtquerschnitt auf, der
eine gemeinsame Ausnehmung 19 bildet. Diese Ausnehmung kann gleichzeitig als Auslöseteil
für eine zusätzliche Verriegelungseinrichtung herangezogen werden. Im Ausführungsbeispiel
in F i g. 1 greift in diese Ausnehmung 19 mit einem bestimmten inneren freien Abstand
ein Kolbenglied 20 ein, welches axial in dem Gehäuse 1 dicht geführt ist und welches
unter dem Einfluß einer vorzugsweise einstellbaren Rückstellkraft 21 steht. Wenn
eine einseitige Verschiebung der beiden Ventilspindeln erfolgt, wird durch den Übergang
an der verstärkten Ventilspindel dieses Kolbenglied 20 gegen die Rückstellkraft
21 verschoben, und das Kolbenglied kann dabei entweder einen elektrischen Schalter
22 in an sich bekannter Weise für die elektrische Stillegung der Einrichtung auslösen
oder ein nicht dargestelltes Verschlußstück im Hauptzulauf 10 betätigen.
Nur von Hand zu betätigende Einstellglieder 23 dienen dafür, die normale Mittelstellung
wieder herbeizuführen, wenn die jeweilige Störung in der Anlage behoben ist. Solange
diese Einstellglieder 23 nicht betätigt werden, bleibt die Anlage nach wie vor stillgelegt.
Der Querschnitt des Kolbengliedes 20 und seine Rückstellkraft 21 können dabei
noch so bemessen sein, daß bei unzulässigem Druckanstieg im Zulauf 10 dieses Kolbenglied
20 sich bereits gegenüber der Rückstellkraft verschiebt und die Abschaltung der
Anlage bewirkt. Damit ist eine weitere Sicherung erreicht.
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Mit Rücksicht darauf, daß innerhalb der Servoleitungen 11 und der
jeweiligen Einschaltung der beiden Hilfsventile 12 gewisse Druckverluste oder Zeitverschiebungen
auftreten können, würde dies dazu führen, daß die beiden Ventilspindeln 3 nach der
einen oder anderen Seite sich vorzeitig auch etwas verschieben. Zur Vermeidung einer
solchen einseitig schwankenden Verschiebebewegung der beiden Ventilspindeln werden
in den Zulaufleitungen 11 zu den Arbeitsräumen 9, d. h. also zwischen Arbeitsraum
9 und Hilfsventil 12 einstellbare Drosselstellen 24 vorgesehen, um auf diese Weise
den Druckaufbau in den beiden Arbeitsräumen 9 zeitlich z. B. genau aufeinander abzustimmen
oder sogar bewußt einseitig etwas zu verschieben.
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In dem Ausführungsbeispiel in F i g. 2 ist eine Einrichtung gezeigt,
bei der als Sicherungsglieder an den äußeren Ventilspindelenden 25 je ein Schaltglied
26 eingreift. Die Schaltglieder nach diesem Ausführungsbeispiel sind dabei so ausgebildet,
daß die Ventilspindelenden im Gehäuse 1 gelagert sind und daß das Schaltglied federbelastet
mit einer Schaltklinke 27 hinter das freie Ende 28 der Ventilspindeln einzugreifen
in der Lage ist, wie dies F i g. 3 im rechten Teil der Zeichnung erkennen läßt.
An Stelle eines Eingriffes hinter das Ende 28 ist es auch möglich, die Schaltklinken
in Ausnehmungen der Ventilspindeln selbst eingreifen zu lassen. Nur durch Anheben
entgegen der Rückstellkraft 29 ist es möglich, das Schaltglied 26 wieder in seine
Normalstellung überzuführen, sobald der Schaltfehler oder die Störung in der Anlage
beseitigt ist.
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Mit Rücksicht darauf, daß praktisch zwei Dreiwegeventil in Parallelschaltung
vorgesehen sind, deren Ventilspindeln auf einer gemeinsamen Achse liegen und deren
beide Abgänge zum Verbraucher und deren beide Zuläufe vereinigt sind, wird auch
sichergestellt, daß beispielsweise bei Versagen eines der Verschlußstücke nach erfolgter
normaler Öffnung, d. h. bei Hängenbleiben eines der Verschlußstücke 2 z. B. in der
öffnungsstellung, wohl das andere Verschlußstück zurückkehrt und die beiden Ventilspindelenden
abschließt und weiterhin gleichzeitig der Druckabbau am Verbraucher sichergestellt
bleibt über den anderen Anschluß. Es ist also eine Sicherheitssteuerung erreicht,
die in allen denkbaren Schaltfolgen den Verbraucher vom Zulauf trennt, sobald in
einer der Schaltstellungen Fehler auftreten oder Fehlschaltungen. Um gegebenenfalls
sicherzustellen, daß in einer der Abschaltstellungen bei einer Fehlschaltung die
Querbohrung 18 auch eindeutig von dem jeweiligen Zulaufanschluß 6 getrennt wird,
kann ihre Lage auf dem Ventilspindelende gegenüber der Bohrung 17 so ausgebildet
werden, daß in der einen oder anderen Endstellung bei einseitiger Entlastung eines
der Arbeitsräume 8 diese Querbohrung 18 im Zulaufstrom 10 liegt oder innerhalb der
Abdichtstelle im abgedichteten Zustand verbleibt.