DE19703459C2 - Pneumatisches Sicherheitsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Sicherheitsventil, mit einem Ventilgehäuse mit einem mit einer Druckluftquelle verbind­ baren Einlaß und einem mit wenigstens einem Verbraucher verbind­ baren Auslaß, mit einem zwischen dem Einlaß und dem Auslaß ver­ laufenden Versorgungskanal, in den eine Absperrventileinrichtung eingeschaltet ist, die ein zwischen einer den Fluiddurchgang un­ terbindenden Sperrstellung und einer den Fluiddurchgang freige­ benden Freigabestellung bewegbares Absperrglied aufweist, das zwei entgegengesetzt gerichtete Beaufschlagungsflächen aufweist, deren eine vom einlaßseitigen Fluiddruck in Sperrichtung und deren andere vom auslaßseitigen Fluiddruck in Freigaberichtung beaufschlagt ist, und mit einer Einstelleinrichtung zur Vorein­ stellung der Umschaltempfindlichkeit des Absperrgliedes, die eine hinsichtlich ihrer Betätigungskraft variabel einstellbare Federeinrichtung aufweist.

Ein derartiges Sicherheitsventil geht aus dem deutschen Ge­ brauchsmuster 295 03 689 hervor. Es wird in die Verbindung zwischen einer Druckluftquelle und einem Verbraucher eingeschal­ tet, um im Falle eines auslaßseitig auftretenden Lecks eine au­ tomatische Unterbrechung der Druckluftströmung herbeizuführen.

Sehr häufig sind Verbraucher, beispielsweise pneumatisch ange­ triebene Geräte und Maschinen, über einen Schlauch an eine Druckluftquelle angeschlossen. Bei einem Bruch des Schlauches besteht die Gefahr, daß durch peitschende Bewegungen Verletzun­ gen oder Beschädigungen hervorgerufen werden. Ist hingegen zwi­ schen den Schlauch und die Druckluftquelle ein Sicherheitsventil der eingangs genannten Art eingeschaltet, werden die geschilder­ ten Probleme durch einen selbsttätigen Absperrvorgang im Defekt­ falle vermieden.

Das bekannte Sicherheitsventil bietet eine zuverlässige Be­ triebsweise. Voraussetzung ist allerdings ein merklicher stati­ scher Druckabfall zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Sicher­ heitsventils im Defektfalle. Dies ist in der Regel nicht gewähr­ leistet, wenn ein Defekt am weit entfernten Ende eines sehr langen, an den Auslaß angeschlossenen Schlauches auftritt, der selbst einen großen Druckabfall bewirkt. Dem kann bei dem be­ kannten Ventil nur dadurch begegnet werden, daß man eine Ein­ stellung vornimmt, bei der das Absperrglied einen nur geringen Abstand zum zugeordneten Ventilsitz hat. Dadurch reagiert das Sicherheitsventil jedoch sehr empfindlich schon auf geringste auslaßseitige Druckschwankungen. Außerdem ist der durch den Ver­ sorgungskanal maximal hindurchströmende Volumenstrom stark be­ grenzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das unter Gewährleistung hoher Durchflußwerte unabhängig von den auslaßseitig herrschenden Zuständen im Defektfalle zuverlässig arbeitet und gegen Druckschwankungen unempfindlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Versorgungska­ nal einen dem Einlaß zugeordneten ersten Kanalabschnitt auf­ weist, dessen Strömungsquerschnitt wesentlich größer ist als der Strömungsquerschnitt eines näher am Auslaß liegenden zweiten Ka­ nalabschnittes, daß den beiden Kanalabschnitten jeweils eine Druckerfassungsstelle zum Abgriff des im ersten Kanalabschnitt herrschenden ersten statischen Druckes und zum Abgriff des im zweiten Kanalabschnitt herrschenden zweiten statischen Druckes zugeordnet ist, daß die beiden statischen Drücke zu einer Vor­ steuereinrichtung geführt sind und dort zwei entgegengesetzt ge­ richtete Steuerflächen eines zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung beweglichen Vorsteuerorganes beaufschla­ gen, wobei der zweite statische Druck in Schließrichtung wirkt, daß die Einstelleinrichtung Bestandteil der Vorsteuereinrichtung ist und mit ihrer Federeinrichtung das Vorsteuerorgan ebenfalls in Schließrichtung beaufschlagt, und daß das Vorsteuerorgan einen Entlüftungskanal beherrscht, der mit einer Hauptsteuerkam­ mer kommuniziert, die von der vom auslaßseitigen Fluiddruck be­ aufschlagten Beaufschlagungsfläche des Absperrgliedes begrenzt ist.

Auf diese Weise liegt ein Sicherheitsventil vor, das auch ohne nennenswerten statischen Druckabfall zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Versorgungskanals ein zuverlässiges Absperren der Luftdurchströmung bewirkt, wenn eine an den Auslaß angeschlos­ sene, verhältnismäßig lange Leitung, beispielsweise infolge ei­ nes Bruches, ein Leck bekommen sollte. Im Anschluß an den mit einer ersten Druckerfassungsstelle ausgestatteten ersten Kanal­ abschnitt des Versorgungskanals befindet sich ein zweiter Kanal­ abschnitt, in dessen Bereich ein wesentlich geringerer Strö­ mungsquerschnitt vorliegt als im Bereich des ersten Kanalab­ schnittes und in dessen Bereich eine weitere Druckerfassungs­ stelle angeordnet ist, die den dort herrschenden zweiten stati­ schen Druck mißt. Dieser ist infolge der höheren Strömungsge­ schwindigkeit der Luft erheblich geringer als im Bereich der er­ sten Druckerfassungsstelle, so daß an dem Vorsteuerorgan der Vorsteuereinrichtung eine verhältnismäßig hohe Druckdifferenz anliegt. Dadurch ergeben sich schon bei geringen Änderungen in der Druckdifferenz ausreichende Änderungen in der das Steueror­ gan beaufschlagenden resultierenden fluidischen Stellkraft, wo­ bei durch die Einstelleinrichtung eine sehr exakte Einstellung der Umschaltempfindlichkeit vorgenommen werden kann.

Selbst wenn eine am Auslaß angeschlossene, verhältnismäßig lange Leitung brechen sollte, über deren Länge ein verhältnismäßig großer Druckabfall stattfindet, so bewirkt dies im Bereich des zweiten Kanalabschnittes eine Erhöhung der Strömungsgeschwindig­ keit, die eine Verringerung des dort herrschenden zweiten stati­ schen Druckes zur Folge hat, die ausreicht,um die Vorsteuerein­ richtung zu betätigen. Der Druckabfall ist an der zweiten Druck­ erfassungsstelle im Bereich des zweiten Kanalabschnittes infolge des geringeren Strömungsquerschnittes größer als im Bereich des ersten Kanalabschnittes und der dort vorgesehenen ersten Druck­ erfassungsstelle. Dadurch ergibt sich eine größere Druckdiffe­ renz, die in der Vorsteuereinrichtung zu einer Erhöhung der in Öffnungsrichtung wirkenden fluidischen Stellkraft führt, was letztlich ein Umschalten des Steuerorganes aus der Schließ­ stellung in die Offenstellung nach sich zieht. Bei betätigter Vorsteuereinrichtung wird der Entlüftungskanal geöffnet und es findet in der Hauptsteuerkammer ein praktisch schlagartiger Druckabfall statt, welcher bewirkt, daß das Absperrglied auf­ grund der geänderten relativen Beaufschlagungskräfte in die Sperrstellung umschaltet. Der Schaltpunkt des Sicherheitsventils läßt sich vorzugsweise volumenstromabhängig einstellen, außerdem ergibt sich ein zumindest annähernd lineares Einstellverhalten. Die Umschaltempfindlichkeit kann mit Hilfe der Einstelleinrich­ tung sehr fein dosiert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen aufgeführt.

Zweckmäßigerweise liegt der einen geringeren Strömungsquer­ schnitt aufweisende zweite Kanalabschnitt in Strömungsrichtung nach der Absperrventileinrichtung, wobei sich an diesen zweiten Kanalabschnitt im Bereich des Auslasses vorzugsweise ein dritter Kanalabschnitt anschließt, der wieder einen größeren Strömungs­ querschnitt aufweist, welcher vorzugsweise zumindest annähernd demjenigen des ersten Kanalabschnittes entspricht.

Um zwischen dem ersten und zweiten Kanalabschnitt im Bereich de­ ren erster und zweiter Druckerfassungsstelle einen möglichst ho­ hen statischen Druckabfall zu erzielen, ist es vorteilhaft, den ersten Kanalabschnitt mit einem möglichst großen Strömungsquer­ schnitt im Einströmbereich zu versehen. Hierzu kann es zweckmä­ ßig sein, den Versorgungskanal im Anschluß an den Einlaß mög­ lichst stark zu erweitern, um die Strömungsgeschwindigkeit abzu­ senken.

Die Steuerflächen des Vorsteuerorganes sind zweckmäßigerweise an einem beweglichen Beaufschlagungsglied angeordnet, das praktisch eine Druckwaage bildet und zwei Vorsteuerkammern unter Abdich­ tung voneinander abtrennt, wobei die erste Vorsteuerkammer mit dem ersten Kanalabschnitt und die zweite Vorsteuerkammer mit dem zweiten Kanalabschnitt kommuniziert. Die Einmündungsbereiche der Vorsteuerkanäle in die vorgenannten Kanalabschnitte bilden die Druckerfassungsstellen.

Eine besonders einfache und reibungsarm realisierbare Bauform einer Vorsteuereinrichtung liegt vor, wenn als Beaufschlagungs­ glied ein biegeflexibles Membranglied vorgesehen ist, das zumin­ dest teilweise biegeflexibel ausgebildet ist.

In den die erste Druckerfassungsstelle mit der ersten Vorsteuer­ kammer verbindenden ersten Vorsteuerkanal ist zweckmäßigerweise eine insbesondere als Festdrossel ausgebildete Drosselstelle eingeschaltet. Dadurch findet der Druckaufbau in der ersten Vor­ steuerkammer leicht zeitverzögert statt, beispielsweise mit ei­ ner Zeitverzögerungsspanne von etwa 10 ms. Damit ist unter an­ derem gewährleistet, daß bei Inbetriebnahme die Vorsteuerein­ richtung nicht sofort in die Offenstellung umschaltet.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Hauptsteuerkammer über einen Zuströmkanal mit einem der Absperrventileinrichtung nachgeordne­ ten Kanalabschnitt des Versorgungskanals kommuniziert und von dort mit dem auslaßseitig herrschenden Druck beaufschlagt wird. Um das Schaltverhalten des Absperrgliedes nicht zu beeinträchti­ gen, ist der Zuströmquerschnitt des Zuströmkanals allerdings vorzugsweise geringer ausgebildet als der Abströmquerschnitt des geöffneten Entlüftungskanals, so daß der zum Umschalten erfor­ derliche Druckabfall beim Öffnen des Entlüftungsventils mit Si­ cherheit auftritt und nicht durch rasch nachströmende Luft aus­ geglichen wird.

Um das Sicherheitsventil aus der Sperrstellung in die Freigabe­ stellung zurückzuschalten, ist zweckmäßigerweise eine Rückstell­ einrichtung vorhanden, die über ein bewegliches Verschlußglied verfügt, welches in einen Rückstellkanal eingeschaltet ist, der den einlaßseitigen Bereich des Versorgungskanals mit dem auslaß­ seitigen Bereich des Versorgungskanals verbindet, wobei das Ver­ schlußglied in der üblicherweise eingenommenen Grundstellung einen Fluiddurchgang durch den Rückstellkanal unterbindet. Zum Umschalten des Sicherheitsventils wird es in eine wirksame Stel­ lung gebracht, in der ein Fluiddurchgang möglich ist, so daß im Auslaßbereich und somit auch in der zweiten Vorsteuerkammer ein neuerlicher Druckaufbau stattfindet, der letztlich ein Zurück­ schalten des Absperrgliedes in die Freigabestellung zur Folge hat.

Das Sicherheitsventil kann ein separates Ventil sein, das zwi­ schen eine Druckmittelquelle und einen Verbraucher eingeschaltet ist. Denkbar wäre auch eine vorteilhafte Bauform, bei der das Sicherheitsventil unmittelbarer Bestandteil eines pneumatischen Gerätes, beispielsweise eines Steuerventils ist und praktisch in ein solches pneumatisches Steuerventil integriert ist. Hierbei könnte dann der Einlaß des Versorgungskanals den Einlaß des Steuerventils bilden, während der Auslaß des Sicherheitsventils intern im Innern des Steuerventils mit einem Einlaß-Ventilkanal kommuniziert, der von einem Ventilglied beherrscht wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Sicher­ heitsventils im Längsschnitt in der Freigabestel­ lung des Absperrgliedes, wobei strichpunktiert die Sperrstellung des Absperrgliedes angedeutet ist,

Fig. 2 eine weitere Bauform des Sicherheitsventils mit einer modifizierten Vorsteuereinrichtung, wobei lediglich der Bereich der Vorsteuereinrichtung ab­ gebildet ist, und

Fig. 3 schematisch ein pneumatisches Steuerventil mit in­ tegriertem Sicherheitsventil.

Das beispielsgemäße pneumatische Sicherheitsventil 10 verfügt über ein Ventilgehäuse 1, das von einem Versorgungskanal 2 mit vorzugsweise linearer Erstreckung durchsetzt wird. Der Versor­ gungskanal 2 ist über einen Einlaß P und einen Auslaß A zu zwei entgegengesetzten Außenflächen des Ventilgehäuses 1 hin offen. Der Einlaß P ist mit einer Druckluftquelle verbindbar, der Aus­ laß A mit einem oder mehreren Verbrauchern. Zur Herstellung der Verbindungen kommen regelmäßig Druckmittelleitungen zur An­ wendung. Im Bereich des Einlasses P und des Auslasses A sind am Ventilgehäuse 1 Verbindungsmittel 3 vorgesehen, beispielsweise Anschlußgewinde, die das Anbringen der Druckmittelleitungen oder von Kupplungselementen ermöglichen, wie es beim Ausführungsbei­ spiel im Bereich des Auslasses bei 4 angedeutet ist. Die Verbin­ dung zwischen dem Auslaß A und einem jeweiligen Verbraucher ge­ schieht in der Regel über eine flexible schlauchartige Druck­ mittelleitung.

In den Verlauf des Versorgungskanals 2 ist eine Absperrventil­ einrichtung 5 eingeschaltet. Sie unterteilt den Versorgungskanal 2 in einen Einlaßabschnitt 6 und einen Auslaßabschnitt 7. Sie enthält ein zwischen einer Freigabestellung 8 und einer Sperr­ stellung 9 bewegliches Absperrglied 12, das in einer zwischen dem Einlaßabschnitt 6 und dem Auslaßabschnitt 7 liegenden Auf­ nahmekammer 13 des Ventilgehäuses 1 angeordnet ist. Dem Absperr­ glied 12 ist ein gehäusefestes Verschlußglied 14 zugeordnet. In der in Fig. 1 in durchgezogenen Linien gezeigten Freigabestel­ lung 8 ist das Absperrglied 12 mit Abstand zu dem Verschlußglied 14 angeordnet, so daß eine Fluidströmung durch den Versorgungskanal 2 hindurch möglich ist. In der strichpunktiert angedeute­ ten Sperrstellung 9 arbeitet das Absperrglied 12 dichtend mit dem Verschlußglied 14 zusammen und sperrt den Versorgungskanal 2 ab, so daß ein Hindurchströmen von Druckluft ausgeschlossen ist.

Beim Ausführungsbeispiel verfügt das Absperrglied 12 über eine rohrähnliche Absperrpartie 15 und eine daran angeordnete Betäti­ gungspartie 16, die vorzugsweise nach Art eines Kolbens ausge­ bildet ist. Mit der Betätigungspartie 16 ist das Absperrglied 12 axial verschiebbar in der Aufnahmekammer 13 gelagert, die dabei unter Abdichtung in eine Beaufschlagungskammer 17 und eine Hauptsteuerkammer 18 unterteilt wird. Die Beaufschlagungskammer 17 kommuniziert mit dem Einlaßabschnitt 6 des Versorgungskanals 2. Dieser mündet vorzugsweise direkt in die Beaufschlagungskam­ mer 17 ein. Die Hauptsteuerkammer 18 steht mit dem Auslaßab­ schnitt 7 in Verbindung. Hierzu ist ein im Ventilgehäuse 1 ver­ laufender Zuströmkanal 22 vorgesehen, der einenends in die Hauptsteuerkammer 18 und andernends radial in den Auslaßab­ schnitt 7 mündet.

Das Absperrglied 12 ist vom Innenraum 23 der rohrförmigen Ab­ sperrpartie 15 koaxial durchsetzt. Dieser Innenraum 23 bildet einen Abschnitt des Versorgungskanals 2 und stellt eine Fluid­ verbindung her zwischen der Beaufschlagungskammer 17 und einem weiteren Abschnitt des Versorgungskanals 2, der vom Innenraum 24 eines Rohrkörpers 25 gebildet ist, der ausgehend von dem der Be­ aufschlagungskammer 17 entgegengesetzten axialen Ende der Auf­ nahmekammer 13 in diese hineinragt. Die rohrförmige Absperrpar­ tie 15 taucht mit ihrem freien Ende voraus je nach Schaltstel­ lung mehr oder weniger tief koaxial in den Rohrkörper 25 hinein. Ein Dichtring 26 sorgt für einen ständigen fluiddichten Kontakt zwischen dem Rohrkörper 25 und dem Absperrglied 12, so daß ein direktes Überströmen von Fluid aus dem Versorgungskanal 2 in die Hauptsteuerkammer 18 ausgeschlossen ist.

Das beispielsgemäße Verschlußglied 14 der Absperrventileinrich­ tung 5 ist als Verschlußdorn 14' ausgebildet, der von der Seite des Auslaßabschnittes 7 her koaxial in den Rohrkörper 15 hinein­ ragt. Sein Querschnitt ist geringer als derjenige des Innenrau­ mes 24 des Rohrkörpers 25, so daß ein im Querschnitt ringförmi­ ger Strömungskanal verbleibt, der als Ringkanal 27 bezeichnet sei. In der Freigabestellung 8 des Absperrgliedes 12 liegt zwi­ schen der Absperrpartie 15 und dem Verschlußdorn 14' ein Strö­ mungsspalt 31 ausreichender Größe vor, der ein Hindurchströmen der Druckluft gestattet. In der Sperrstellung 9 ist das Absperr­ glied 12 in Richtung zum Rohrkörper 25 verschoben, wobei es mit seiner rohrähnlichen Absperrpartie 15 koaxial in den Ringkanal 27 eintaucht und dabei dichtend mit dem Verschlußdorn 14' zu­ sammenwirkt. Es ist hierbei vorzugsweise koaxial auf den Ver­ schlußfinger 14' aufgeschoben, der am Außenumfang im Kontaktbe­ reich mit der Absperrpartie 15 einen Dichtring 32 trägt.

Der Verschlußdorn 14' verfügt über eine Basispartie 33, mit der er im Versorgungskanal 2 in dem sich an den Rohrkörper 25 an­ schließenden Bereich des Ventilgehäuses 1 festgelegt ist. Die Basispartie 33 kann beispielsweise eingepreßt oder eingeklebt sein. Im vorliegenden Falle ist die Basispartie 33 ein ursprüng­ lich zylindrisches Teil, dessen Querschnitt demjenigen des zuge­ ordneten Abschnittes des Versorgungskanals 2 entspricht und das im Bereich der Umfangsfläche an vorzugsweise diametral gegen­ überliegenden Seiten abgeflacht ist. Eine der Abflachungen ist bei 30 angedeutet. Infolge der Abflachung ergibt sich zwischen dieser und der radial gegenüberliegenden Fläche des Versorgungs­ kanals 2 ein Zwischenraum, der ein Hindurchströmen der Druckluft ermöglicht.

Das Absperrglied 12 verfügt über eine der Beaufschlagungskammer 7 zugewandte erste Beaufschlagungsfläche 34 und eine dieser ent­ gegengesetzte, der Hauptsteuerkammer 18 zugewandte zweite Beauf­ schlagungsfläche 35. Sie sind vorzugsweise betragsmäßig gleich groß. Die erste Beaufschlagungsfläche 34 wird vom einlaßseitigen Fluiddruck in Sperrichtung, also in Richtung der Sperrstellung beaufschlagt. Die zweite Beaufschlagungsfläche 35 wird in entge­ gengesetzter Freigaberichtung von dem in der Hauptsteuerkammer 18 herrschenden auslaßseitigen Fluiddruck beaufschlagt. Zwar ist die der Beaufschlagungskammer 34 zugewandte Axialfläche des Ab­ sperrgliedes 12 insgesamt größer als die zweite Beaufschlagungs­ fläche 35. Die Flächendifferenz ist jedoch druckausgeglichen, weil das Absperrglied 12 auch rückseitig teilweise vom einlaß­ seitigen Druck beaufschlagt wird. Für die Kräftebilanz verblei­ ben somit zwei gleiche Beaufschlagungsflächen 34, 35.

Desweiteren ist in der Hauptsteuerkammer 18 noch eine beispiels­ gemäß von einer Schraubendruckfeder gebildete Rückstellfederein­ richtung 36 enthalten, die sich zwischen dem Ventilgehäuse 1 und dem Absperrglied 12 abstützt und letzteres in Freigaberichtung, also in Richtung der Freigabestellung beaufschlagt. Die von ihr ausgeübte Federkraft ist geringer als die vom einlaßseitigen Fluiddruck in Schließrichtung auf das Absperrglied 12 ausgeübte Stellkraft. Die Summe der Federkraft und der Fluidkraft, die bei geöffneter Absperrventileinrichtung in der Hauptsteuerkammer 18 auf das Absperrglied 12 einwirkt, ist allerdings größer ist als die in Sperrichtung wirkende Fluidkraft.

Der Einlaßabschnitt 6 des Versorgungskanals 2 bildet einen er­ sten Kanalabschnitt 42, dessen Strömungsquerschnitt wesentlich größer ist als der Strömungsquerschnitt eines der Absperrventil­ einrichtung 5 nachgeordneten zweiten Kanalabschnittes 43. Dieser zweite Kanalabschnitt 43 ist beim Ausführungsbeispiel von dem Ringkanal 27 gebildet, und zwar vorzugsweise von dessen dem Ein­ laß P axial abgewandten Endbereich. In diesem Endbereich ist der Strömungsquerschnitt am geringsten, vorgelagert ist eine Beruhi­ gungsstrecke 44, über deren Länge der Strömungsquerschnitt all­ mählich und/oder abgestuft verringert wird.

In der Regel ist der Strömungsabschnitt des Versorgungskanals 2 im unmittelbaren Bereich des Einlasses P, bedingt durch An­ schlußnormen, auf ein gewisses Maximalmaß beschränkt. Es wäre dann möglich, den Kanalabschnitt 42 als sich an den Einlaßbe­ reich anschließenden erweiterten Abschnitt des Versorgungskanals 2 auszuführen (in Fig. 1 bei 41 strichpunktiert angedeutet), was hier höhere statische Drücke ermöglicht als im vorgelagerten Einlaßbereich. Dies hat den Vorteil, daß im Bereich des zweiten Kanalabschnittes 43 mit Nennweite gearbeitet werden kann und so­ mit nahezu keine Strömungsverluste entstehen.

Im Betrieb des Sicherheitsventils treten in dem zweiten Kanalab­ schnitt 43 wesentlich höhere Strömungsgeschwindigkeiten auf als im ersten Kanalabschnitt. Dementsprechend herrscht im zweiten Kanalabschnitt 43 ein statischer Druck, der wesentlich geringer ist als derjenige im ersten Kanalabschnitt 42. Im Anschluß an den zweiten Kanalabschnitt 43 folgt auf die umströmte Basispar­ tie 33 des Verschlußgliedes 14 ein dem Auslaß A zugeordneter dritter Kanalabschnitt 45, in dessen Bereich zumindest in etwa der gleiche Strömungsquerschnitt vorliegt als im ersten Kanalab­ schnitt 42. Man hat also am Eingang und Ausgang des Sicherheits­ ventils annähernd die gleichen Querschnittsverhältnisse für die Fluidströmung.

Im ersten Kanalabschnitt 42 ist eine erste Druckerfassungsstelle 46 vorgesehen. Desgleichen befindet sich im zweiten Kanalab­ schnitt 43 eine zweite Druckerfassungsstelle 47. An ihnen werden die in den beiden Kanalabschnitten 42, 43 herrschenden ersten und zweiten statischen Drücke abgegriffen. Beispielsgemäß ge­ schieht dies dadurch, daß an den Druckerfassungsstellen 46, 47 erste und zweite Vorsteuerkanäle 48, 49 radial einmünden, die in Fig. 1 teilweise strichpunktiert angedeutet sind, weil sie par­ tiell außerhalb der Zeichenebene verlaufen.

Die beiden Vorsteuerkanäle 48, 49 führen jeweils zu einer von zwei Vorsteuerkammern 52, 53, die zu einer allgemein mit 54 be­ zeichneten Vorsteuereinrichtung des Sicherheitsventils gehören. Die Einmündungen der Vorsteuerkammern 52, 53 sind bei 55 ange­ deutet.

Die beiden Vorsteuerkammern 52, 53 sind von Teilräumen eines Aufnahmeraumes 56 gebildet, die von einem in dem Aufnahmeraum 56 in einer Steuerrichtung 57 axial beweglichen Beaufschlagungs­ glied 58 unter Abdichtung voneinander abgeteilt werden. Das Be­ aufschlagungsglied 58 gemäß Fig. 1 ist als Kolbenglied aus­ gebildet, das in dem Aufnahmeraum 56 unter Abdichtung ver­ schiebbar geführt ist.

Das Beaufschlagungsglied 58 verfügt an seinen einander entgegen­ gesetzten, der jeweils benachbarten Vorsteuerkammer 52, 53 zuge­ wandten Axialseiten über Steuerflächen 62, 63, die von dem in den Vorsteuerkammern 52, 53 befindlichen Druckmedium beauf­ schlagt werden. Die Steuerflächen 62, 63 sind vorzugsweise gleich groß.

Das Beaufschlagungsglied 58 ist Bestandteil eines Vorsteuerorga­ nes 64 der Vorsteuereinrichtung 54. Dieses verfügt desweiteren über ein Ventilglied 65, das einen Entlüftungskanal 66 be­ herrscht. Der Entlüftungskanal 66 kommuniziert einerseits mit der Hauptsteuerkammer 18 und andererseits mit der Umgebung bzw. Atmosphäre.

Das Vorsteuerorgan 64 ist zwischen zwei Schaltstellungen beweg­ bar. Bei der einen, in Fig. 1 gezeigten Schaltstellung handelt es sich um eine Schließstellung. Hier ist der Entlüftungskanal 66 durch das Ventilglied 65 verschlossen, so daß die Hauptsteu­ erkammer 18 von der Atmosphäre abgetrennt ist. In der zweiten Schaltstellung ist das Ventilglied 65 in Fig. 1 nach links ver­ lagert und gibt den Durchgang durch den Entlüftungskanal 66 frei. Diese Schaltstellung sei als Offenstellung bezeichnet. Hier wird die Hauptsteuerkammer 18 an die Umgebung entlüftet.

Die Verknüpfung der Druckerfassungsstellen 46, 47 mit den Vor­ steuerkammern 52, 53 ist derart gewählt, daß der im ersten Ka­ nalabschnitt 42 herrschende erste statische Druck über den er­ sten Vorsteuerkanal 48 in Öffnungsrichtung und der im zweiten Kanalabschnitt 43 abgegriffene zweite statische Druck über den zweiten Vorsteuerkanal 49 in Schließrichtung auf die Steuerflächen 62, 63 einwirkt. Infolge des Druckgefälles ergibt sich hierbei eine resultierende Stellkraft in Öffnungsrichtung. Dieser wirkt jedoch zusätzlich die Betätigungskraft einer Feder­ einrichtung 67 entgegen, die Bestandteil einer der Voreinstel­ lung der Umschaltempfindlichkeit dienenden Einstelleinrichtung 68 ist, die ebenfalls zu der Vorsteuereinrichtung 54 gehört.

Die Betätigungskraft der Federeinrichtung 67 ist variabel ein­ stellbar. Zu diesem Zweck ist die Federeinrichtung 67 so ange­ ordnet, daß sie sich zum einen an dem Vorsteuerorgan 64 und zum anderen an einem mit dem Ventilgehäuse 1 verbundenen Einstell­ element 72 abstützt. Die Wirkungsrichtung der Federeinrichtung 67 verläuft in Richtung der Schaltbewegung 57 des Vorsteuerorga­ nes 64, wobei sie dieses ständig in Schließrichtung beauf­ schlagt.

Das Einstellelement 72 ist beim Ausführungsbeispiel ein Schraub­ element, das im Ventilgehäuse 1 verschraubbar gelagert ist. Durch Verdrehen des Einstellelementes 72 wird der Abstand zwi­ schen ihm und dem Vorsteuerorgan 64 verändert, woraus eine ver­ änderte Vorspannung und daraus eine veränderte Betätigungskraft der Federeinrichtung 67 resultiert.

Die Einstelleinrichtung 68 wird so justiert, daß die Summe aus der Betätigungskraft der Federeinrichtung 67 und der Fluidkraft des in der zweiten Vorsteuerkammer 53 herrschenden zweiten sta­ tischen Druckes im Normalbetrieb geringfügig größer ist als die in Öffnungsrichtung wirkende, von dem in der ersten Vorsteuer­ kammer 52 herrschenden ersten statischen Druck hervorgerufene Öffnungskraft. Somit bleibt das Vorsteuerorgan 64 in der Schließstellung und der in der Hauptsteuerkammer 18 herrschende auslaßseitige Druck ist zusammen mit der Rückstellfedereinrich­ tung 36 in der Lage, das Absperrglied 12 in der Freigabestellung zu halten. Somit wird der Versorgungskanal 2 durchströmt und der oder die angeschlossenen Verbraucher mit Druckluft versorgt.

Tritt nun ausgangsseitig ein Leck auf, beispielsweise bedingt durch den Bruch einer an den Auslaß A angeschlossenen Druck­ mittelleitung, so führt dies innerhalb des Versorgungskanals 2 im Bereich des zweiten Kanalabschnittes 43 zu einem Abfall des statischen Druckes. Auch im Bereich des ersten Kanalabschnittes 42 wird ein gewisser Abfall des statischen Druckes auftreten, der jedoch wegen des größeren Strömungsquerschnittes geringer als im Bereich des zweiten Kanalabschnittes 43. Dadurch ändert sich in der Vorsteuereinrichtung 54 die Druckdifferenz zwischen den beiden Vorsteuerkammern 52, 53 zugunsten einer höheren re­ sultierenden Differenzdruckkraft in Öffnungsrichtung. Das Beauf­ schlagungsglied 58 arbeitet hier praktisch als Druckwaage. Auf­ grund einer entsprechenden Einstellung der Einstelleinrichtung 68 ist die vorgenannte Differenzdruckkraft größer als die ent­ gegenwirkende Betätigungskraft der Federeinrichtung 67, so daß das Vorsteuerorgan 64 in die Offenstellung umschaltet. Aufgrund des nun geöffneten Entlüftungskanals 66 wird die Hauptsteuer­ kammer 18 schlagartig entlüftet, so daß in dieser ein Druckab­ fall stattfindet. Damit durch über den Zuströmkanal 22 nach­ strömendes Fluid kein rascher Druckausgleich erfolgen kann, ist dessen Zuströmquerschnitt erheblich geringer gewählt als der Ab­ strömquerschnitt des geöffneten Entlüftungskanals 66. Als Resul­ tat des Druckabfalls in der Hauptsteuerkammer 18 ändern sich die an dem Absperrglied 12 angreifenden Kräfteverhältnisse zugunsten der in Sperrichtung wirkenden Kräfte, so daß das Absperrglied 12 schlagartig in die Sperrstellung umschaltet und ein weiteres Strömen von Fluid durch den Versorgungskanal 12 hindurch unter­ bindet.

Ist der auslaßseitig aufgetretene Schaden repariert, läßt sich das Sicherheitsventil mit Hilfe einer Rückstelleinrichtung 73 in die Normalstellung zurücksetzen, bei der das Absperrglied 12 die Freigabestellung einnimmt. Die Rückstelleinrichtung 73 enthält beispielsgemäß einen Rückstellkanal 74, der vorzugsweise von dem ersten Vorsteuerkanal 48 abgezweigt ist und in den Auslaßab­ schnitt 7 des Versorgungskanals 2 mündet. Ein in den Verlauf des Rückstellkanals 74 eingeschaltetes Verschlußglied 75 ist zwi­ schen einer Grundstellung und einer wirksamen Stellung betätig­ bar, wobei es in der Grundstellung eine Fluidströmung durch den Rückstellkanal 74 hindurch verhindert und in der wirksamen Stel­ lung zuläßt. Während des Normalbetriebes des Sicherheitsventils nimmt das Verschlußglied 75 die Grundstellung ein. Nach einem reparierten Defekt wird das Verschlußglied 75 kurzzeitig in die wirksame Stellung verbracht, so daß Druckluft aus dem Einlaßab­ schnitt 6 unter Umgehung der Absperrventileinrichtung 5 zum Aus­ laßabschnitt 7 strömen kann und somit über die zweite Drucker­ fassungsstelle 47 die zweite Vorsteuerkammer 53 derart beauf­ schlagt wird, daß die Vorsteuereinrichtung 54 in die Schließ­ stellung umschaltet und sich in der Hauptsteuerkammer 18 neuer­ lich ein Druck aufbauen kann, der das Absperrglied 12 in die Freigabestellung zurückschaltet.

Beim Ausführungsbeispiel ist das Verschlußglied 75 von einer Schraube gebildet, die in der Grundstellung in den Rückstellka­ nal 74 eingreift und zum Umschalten in die wirksame Stellung herausgeschraubt wird. Die Rückstelleinrichtung 73 könnte aber auch als Ventil ausgestaltet sein, dessen Ventilglied das Ver­ schlußglied 75 bildet.

Um bei der Inbetriebnahme des in der Freigabestellung befindli­ chen Sicherheitsventils ein unerwünschtes Umschalten in die Sperrstellung zu vermeiden, ist in den mit dem ersten Kanalab­ schnitt 42 kommunizierenden ersten Vorsteuerkanal 48 zweckmäßi­ gerweise eine Drosselstelle 76 eingeschaltet, die in der ange­ schlossenen ersten Vorsteuerkammer 52 anfänglich einen verzöger­ ten Druckaufbau bewirkt und der volle Druck erst dann anliegt, wenn die zweite Vorsteuerkammer bereits mit dem im zweiten Ka­ nalabschnitt 43 abgegriffenen statischen Druck beaufschlagt ist.

Mit Hilfe der Einstelleinrichtung 68 kann sehr feinfühlig die Umschaltempfindlichkeit des Absperrgliedes 12 eingestellt wer­ den. Das Ventil reagiert bereits auf einen geringen zusätzlichen Druckabfall, der durch ein Leck, z. B. verursacht durch Schlauch­ bruch, in der Verbindung zwischen dem Auslaß und dem angeschlos­ senen Verbraucher hervorgerufen wird, und dies obwohl zwischen dem Einlaß P und dem Auslaß A kein nennenswerter statischer Druckabfall auftritt und das Sicherheitsventil hohe Durchström­ raten ermöglicht.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausschnitt einer weiteren Bauform des Sicherheitsventils 10, bei dem entsprechende Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen sind, liegt eine modifizierte Vorsteuereinrichtung 54' vor. Während im Falle der Fig. 1 das Beaufschlagungsglied 58 von einem Kolben gebildet ist, der über eine dynamische Dichtung 71 mit dem Ventilgehäuse zusammenar­ beitet, was Reibungskräfte verursacht, ist beim Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 2 das Beaufschlagungsglied 58 als biegeflexi­ bles Membranglied 77 ausgebildet. Es ist am äußeren Rand am Gehäuse festgelegt und trägt im zentralen Bereich ein stiftähn­ lich ausgebildetes Ventilglied 65, das nach Art eines Sitzven­ tiles mit einem in den Verlauf des Entlüftungskanals 66 einge­ schalteten Ventilsitz zusammenarbeitet. Hier ist insgesamt nur ein Dichtring 78 erforderlich, so daß die Reibungskräfte sehr gering sind und eine noch feinfühligere Einstellung der Empfind­ lichkeit vorgenommen werden kann.

Das Sicherheitsventil kann grundsätzlich als separates Gerät eingesetzt werden, das in die Verbindung zwischen einer Druck­ luftquelle und einem Verbraucher eingeschaltet wird. Es ließe sich beispielsweise in die Zuleitung zu einer Ventilbatterie einschalten, in der mehrere pneumatische Steuerventile angeord­ net sind, die dann ihrerseits mit Verbrauchern verbunden sind. Es ließe sich auch in die zu einem Verbraucher führenden Verbraucherleitungen einschalten, die am Ausgang eines Steuer­ ventils angeschlossen sind. Denkbar wäre auch eine Ausführungs­ form, bei der das Sicherheitsventil 10 einen unmittelbaren Be­ standteil eines pneumatischen Gerätes bildet, beispielsweise ei­ nes Steuerventils 82, wie im Falle der Fig. 3. Das Sicherheits­ ventil kann hier innerhalb des Steuerventils 82 dem Ventil-Spei­ sekanal 83 vorgeschaltet sein, dessen Verbindung zu einem oder mehreren angeschlossenen Verbrauchern über ein Ventilglied 84 des Steuerventils steuerbar ist. Es wäre sogar denkbar, die Funktion des Absperrgliedes 12 in das Ventilglied 84 des Steuer­ ventils 82 zu verlagern.

Claims (16)

1. Pneumatisches Sicherheitsventil, mit einem Ventilgehäuse (1) mit einem mit einer Druckluftquelle verbindbaren Einlaß (P) und einem mit wenigstens einem Verbraucher verbindbaren Auslaß (A), mit einem zwischen dem Einlaß (P) und dem Auslaß (A) verlaufen­ den Versorgungskanal (2), in den eine Absperrventileinrichtung (5) eingeschaltet ist, die ein zwischen einer den Fluiddurchgang unterbindenden Sperrstellung (9) und einer den Fluiddurchgang freigebenden Freigabestellung (8) bewegbares Absperrglied (12) aufweist, das zwei entgegengesetzt gerichtete Beaufschlagungs­ flächen (34, 35) aufweist, deren eine (34) vom einlaßseitigen Fluiddruck in Sperrichtung und deren andere (35) vom auslaßsei­ tigen Fluiddruck in Freigaberichtung beaufschlagt ist, und mit einer Einstelleinrichtung (68) zur Voreinstellung der Umschalt­ empfindlichkeit des Absperrgliedes (12), die eine hinsichtlich ihrer Betätigungskraft variabel einstellbare Federeinrichtung (67) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungskanal (2) einen dem Einlaß (P) zugeordneten ersten Kanalabschnitt (42) aufweist, dessen Strömungsquerschnitt wesentlich größer ist als der Strömungsquerschnitt eines näher am Auslaß (A) liegenden zweiten Kanalabschnittes (43), daß den beiden Kanalabschnitten (42, 43) jeweils eine Druckerfassungsstelle (46, 47) zum Abgriff des im ersten Kanalabschnitt (42) herrschenden ersten statischen Druckes und zum Abgriff des im zweiten Kanalabschnitt (43) herr­ schenden zweiten statischen Druckes zugeordnet ist, daß die bei­ den statischen Drücke zu einer Vorsteuereinrichtung (54, 54') geführt sind und dort zwei entgegengesetzt gerichtete Steuerflä­ chen (62, 63) eines zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung beweglichen Vorsteuerorganes (64) beaufschlagen, wobei der zweite statische Druck in Schließrichtung wirkt, daß die Einstelleinrichtung (68) Bestandteil der Vorsteuereinrich­ tung (54, 54') ist und mit ihrer Federeinrichtung (67) das Vor­ steuerorgan (64) ebenfalls in Schließrichtung beaufschlagt, und daß das Vorsteuerorgan (64) einen Entlüftungskanal (66) be­ herrscht, der mit einer Hauptsteuerkammer (18) kommuniziert, die von der vom auslaßseitigen Fluiddruck beaufschlagten Beaufschla­ gungsfläche (35) des Absperrgliedes (12) begrenzt ist.

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventileinrichtung (5) zwischen dem ersten und zweiten Kanalabschnitt (42, 43) angeordnet ist.

3. Sicherheitsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich eines auf den zweiten Kanalabschnitt (43) folgenden, den Auslaß (A) bildenden dritten Kanalab­ schnittes (45) zumindest in etwa der gleiche Strömungsquer­ schnitt vorliegt wie im ersten Kanalabschnitt (42).

4. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungskanal (2) im Bereich des ersten Kanalabschnittes (42) einen größeren Strömungsabschnitt aufweist als im unmittelbaren Bereich des vorgeschalteten Einlasses (P) selbst.

5. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagungsflächen (34, 35) an einer kolbenartigen Betätigungspartie (16) des Absperrgliedes (12) an­ geordnet sind.

6. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellfedereinrichtung (36) vorhan­ den ist, die das Absperrglied (12) in Freigaberichtung beauf­ schlagt und deren Federkraft geringer ist als die bei entlüfte­ ter Hauptsteuerkammer vom einlaßseitigen Fluiddruck in Schließ­ richtung ausgeübte Stellkraft.

7. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflächen (62, 63) des Vorsteueror­ ganes an einem Beaufschlagungsglied (58) angeordnet sind, das zwei Vorsteuerkammern (52, 53) voneinander abtrennt, die jeweils über einen Vorsteuerkanal (48, 49) mit einer der beiden Druckerfassungsstellen (46, 47) kommunizieren.

8. Sicherheitsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beaufschlagungsglied (58) von einem biegeflexiblen Mem­ branglied gebildet ist.

9. Sicherheitsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beaufschlagungsglied (58) von einem Kolbenglied gebildet ist.

10. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den zur ersten Druckerfassungsstelle (46) führenden ersten Vorsteuerkanal (48) eine Drosselstelle (76) eingeschaltet ist.

11. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptsteuerkammer (18) über einen Zu­ strömkanal (22) mit einem der Absperrventileinrichtung (5) nach­ geordneten Abschnitt (7) des Versorgungskanals (2) kommuniziert, dessen Zuströmquerschnitt geringer ist als der Abströmquer­ schnitt des geöffneten Entlüftungskanals (66).

12. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstelleinrichtung (73) zum Umschal­ ten des in der Sperrstellung befindlichen Absperrgliedes (12) in die Freigabestellung vorhanden ist, die ein bewegliches Ver­ schlußglied (75) aufweist, das in einen den einlaßseitigen Be­ reich (6) des Versorgungskanals (2) mit dem auslaßseitigen Bereich (7) des Versorgungskanals (2) verbindenden Rückstellkanal (74) eingeschaltet ist.

13. Sicherheitsventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellkanal (74) ein vom ersten Vorsteuerkanal (48) abzweigender Zweigkanal ist.

14. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrglied (12) eine rohrähnlich aus­ gebildete Absperrpartie (15) aufweist, die koaxial verschiebbar in einen ventilgehäusefesten Rohrkörper (25) eingreift, wobei sich innerhalb des Rohrkörpers (25) ein feststehender Verschluß­ dorn (14') erstreckt, der mit dem Rohrkörper (25) einen Ringka­ nal (27) definiert, in den die Absperrpartie (15) in der Sperr­ stellung koaxial eintaucht.

15. Sicherheitsventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kanalabschnitt (43) von dem Ringkanal (27) ge­ bildet ist.

16. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bestandteil eines pneumatischen Steu­ erventils (82) ausgebildet ist.