DE19909920A1 - Sicherheitsschaltung für einen pneumatischen Motor - Google Patents

Abstract

Es wird eine Sicherheitsschaltung (40) für einen pneumatischen Motor (12) vorgeschlagen, bei der zwei in Reihe geschaltete 5/2-Schaltventile (13, 14) hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen. Beim Abschalten des Motors (12) sind beide Schaltventile (13, 14) so parallel geschaltet, daß auch bei einer Fehlschaltung mit Hängenbleiben eines Schaltventils in seiner Mittelstellung mindestens ein voller definierter Öffnungsquerschnitt zum Entlüften verfügbar ist. Die Sicherheitsschaltung (40) gewährleistet eine Einfehlersicherheit und läßt sich trotzdem mit standardmäßigen 5/2-Schaltventilen in Längsschieberbauweise kostengünstig realisieren.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sicherheitsschaltung für einen pneumatischen Motor nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.

In Anlagen mit pneumatischen Motoren, deren Antriebe Bewegungen mit hohem Gefährdungspotential ausführen, muß bei Zutritt eines Maschinenbedieners oder in Gefahrensituationen gewährleistet sein, daß die pneumatische Energie sicher abgeschaltet wird. Dabei erfordert die Sicherheit der Maschinensteuerung ab einem bestimmten Gefährdungspotential eine Redundanz dieser Sicherheitsfunktion. Es sind deshalb Sicherheitsschaltungen in Form von Ventilanordnungen gesucht, die bei Ausfall eines Bauteils nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen, also für ein sicheres Abschalten der pneumatischen Energie sorgen und die auch ein unerwünschtes Wiedereinschalten verhindern.

Eine solche Sicherheitsschaltung ist nach einem internen Vorschlag der Anmelderin bekannt, bei der die Abschalteinrichtung bereits mit zwei gleichen 5/2- Wegeventilen als Schaltventilen arbeitet, wobei standardmäßige Schaltventile mit längsbeweglichen Steuerschiebern verwendbar sind. Dabei sind beide Schaltventile in Serie zwischen eine Druckmittelquelle und den Motor so geschaltet, daß bei Fehlschaltungen ein hohes Maß an Abschaltsicherheit erreicht wird und auch ein unbeabsichtigtes Wiedereinschalten verhindert wird. Bei dieser Sicherheitsschaltung ist beim Entlüften des Motors nur das innerhalb der Reihenschaltung motorseitig gelegene Schaltventil wirksam. Es könnte dabei nun der Fall auftreten, daß der Steuerschieber dieses motorseitigen Schaltventils in einer Mittelstellung hängenbleibt und damit der Entlüftungsquerschnitt nicht einwandfrei definiert ist, so daß die erwünschte Einfehlersicherheit bei derartigen Sicherheitsschaltungen beeinträchtigt sein könnte.

Ferner ist aus der DE 29 21 954 eine Sicherheitsschaltung für einen doppeltwirkenden Motor bekannt, die mit zwei identischen Schaltventilen und einem vorgeschalteten 4/3- Wegeventil arbeitet. Die Sicherheitsschaltung baut sehr aufwendig, da die Schaltventile als 8/2-Wegeventile ausgeführt sind und der doppeltwirkende Motor ein hydraulisch wirkender Arbeitszylinder ist, so daß sich diese Verhältnisse nicht auf eine pneumatische Sicherheitsschaltung übertragen lassen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung für einen pneumatischen Motor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein höheres Maß an Sicherheit mit relativ geringem Aufwand erreicht wird. So ist mit dieser Sicherheitsschaltung die Forderung nach der sog. Einfehlersicherheit erfüllbar, da auch bei Ausfall eines Schaltventils immer ein voller, definierter Entlüftungsquerschnitt eines Schaltventils zur Verfügung steht, da in der Grundstellung beim Entlüften beide Schaltventile parallel zueinander geschaltet sind. Bei dieser Sicherheitsschaltung lassen sich wie bisher einfache Schaltventile verwenden, so daß standardmäßige Wegeventile in Längsschieberbauweise einsetzbar sind. Die Sicherheitsschaltung baut kostengünstig, zudem relativ einfach und ist leicht an verschiedene Einsatzfälle anpaßbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Sicherheitsschaltung für einen pneumatischen Motor möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine vorbekannte Sicherheitsschaltung für einen pneumatischen Motor nach dem eingangs angegebenen Stand der Technik in vereinfachter Darstellung und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung für einen pneumatischen Motor, ebenfalls in vereinfachter Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt als vorbekannten Stand der Technik die eingangs erwähnte Sicherheitsschaltung 10 für einen pneumatischen Motor in vereinfachter Darstellung. Die Sicherheitsschaltung 10 ist zwischen eine Druckmittelquelle 11 und einen pneumatischen Motor 12 geschaltet, der z. B. ein Pressenarbeitszylinder sein kann.

Die Sicherheitsschaltung 10 weist zwei Schaltventile 13 und 14 auf, die jeweils als 5-Wege-2-Stellungs-Ventil ausgebildet sind und hintereinander zwischen die Druckmittelquelle 11 und den Motor 12 geschaltet sind. Bei beiden Schaltventilen 13, 14, die untereinander gleich ausgebildet sind, handelt es sich um standardmäßige Wegeventile in Längsschieberbauart. Da beide Schaltventile 13, 14 identisch sind, wird im folgenden nur die Bauart des ersten Schaltventils 13, das näher zur Druckmittelquelle 11 liegt, erläutert.

Das erste Schaltventil 13 ist als handelsübliches Wegeventil mit fünf Arbeitsanschlüssen ausgeführt, von denen nach der üblichen Norm ein erster Anschluß 1 in der Regel zum Anschließen der Druckmittelversorgung vorgesehen ist. Ein zweiter und vierter Anschluß sind in der Regel zum Anschließen des pneumatischen Motors vorgesehen. Ferner sind für die Entlüftung ein dritter und fünfter Anschluß vorgesehen. Ein Längsschieber des ersten Schaltventils 13 wird von einer Feder 15 in einer Grundstellung 16 zentriert, in welcher der erste Anschluß mit dem zweiten Anschluß und der vierte Anschluß mit dem fünften Anschluß verbunden sind, während der dritte Anschluß blockiert ist. Das Schaltventil 13 weist ferner eine elektropneumatische Vorsteuereinrichtung 17 auf, durch die sein Längsschieber gegen die Kraft der Feder 15 in eine Arbeitsstellung 18 auslenkbar ist, in welcher der erste Anschluß 1 mit dem vierten Anschluß 4 verbunden wird, während der zweite Anschluß mit dem dritten Anschluß Verbindung hat und in welcher der fünfte Anschluß gesperrt ist. Das zweite Schaltventil 14 weist die gleichen genormten Anschlüsse und die gleichen Schaltverbindungen auf wie das erste Schaltventil 13.

In der Sicherheitsschaltung 10 ist nun vom ersten Schaltventil 13 der Anschluß 5 über eine erste Zuführleitung 19 mit der Druckmittelquelle 11 verbunden. Dazu parallel ist der Anschluß 3 über eine zweite Zuführleitung 21 ebenfalls mit der Druckmittelquelle 11 verbunden. Beide Schaltventile 13, 14 sind über zwei Brückenleitungen miteinander verbunden, wobei eine erste Brückenleitung 22 den Anschluß 4 des ersten Schaltventils 13 mit dem Anschluß 5 des zweiten Schaltventils 14 verbindet, während eine zweite Brückenleitung 23 den Anschluß 2 des ersten Schaltventils 13 mit dem Anschluß 3 des zweiten Schaltventils 14 verbindet. Der Anschluß 1 des ersten Schaltventils 13 ist durch eine Entlastungsleitung 24 entlüftet, während in entsprechender Weise der Anschluß 1 des zweiten Schaltventils 14 durch eine Entlastungsleitung 25 entlüftet ist. Vom Anschluß 2 des zweiten Schaltventils 14 führt eine Arbeitsleitung 26 zum pneumatischen Motor 12. Vom Anschluß 4 des zweiten Schaltventils 14 geht eine erste Steuerleitung 27 ab, die sich einerseits zu einem elektropneumatischen Druckschalter 28 und andererseits zu einem Eingang 29 eines Wechselventils 31 verzweigt. Ein zweiter Eingang 32 des Wechselventils wird von der Arbeitsleitung 26 her beaufschlagt, während von einem Ausgang 33 des Wechselventils 31 eine zweite Steuerleitung 34 zu den Vorsteuereinrichtungen 17 der beiden Schaltventile 13, 14 führt.

Die Wirkungsweise einer derartigen Sicherheitsschaltung 10 ist an sich bekannt, wobei mit ihr die Sicherheitsfunktionen hinsichtlich Abschalten und Wiedereinschalten von pneumatischer Energie in hohem Maße erfüllbar sind. Durch die Reihenschaltung zweier Schaltventile 13, 14 ist dabei eine Redundanz dieser Sicherheitsfunktion gegeben, so daß mit ihnen ein sicheres Abschalten über die zwei Schaltventile erreichbar ist. Auch sorgt die Sicherheitsschaltung 10 dafür, daß nicht mehr eingeschaltet werden kann, wenn eines der beiden Schaltventile 13, 14 nicht mehr zurückschaltet. Ein Wiedereinschalten ist nur möglich, wenn sich beide Ventile 13, 14 in Grundstellung (Arbeitsleitung 26, 23 entlüftet, Steuerleitung 27 beaufschlagt) befinden. Die Sicherheitsschaltung kann dabei als Hauptventil verwendet werden, so daß zum Beispiel bei einer Schaltung NOT-AUS der Motor 12 drucklos geschaltet wird. Die Sicherheitsschaltung 10 arbeitet nur im folgenden Falle nicht optimal, wenn beim Abschalten der pneumatischen Energie der Längsschieber des zweiten Schaltventils 14 nicht durchschaltet und in einer Mittelstellung hängenbleibt, so daß der Lüftungsquerschnitt nicht einwandfrei definiert ist. In diesem Fall kann die Sicherheitsfunktion unter Umständen ungünstig beeinflußt werden, bzw. könnte zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.

Die Fig. 2 zeigt nun in vereinfachter Darstellung eine erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung 40 für einen pneumatischen Motor 12, die sich von der Sicherheitsschaltung 10 nach Fig. 1 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden.

Die zweite Sicherheitsschaltung 40 arbeitet mit den gleichen Schaltventilen 13, 14 wie die erste Sicherheitsschaltung 10 nach Fig. 1, wobei auch deren Anschlüsse 1 bis 5 sowie deren interne Schaltverbindungen in der Grundstellung 16 und der Arbeitsstellung 18 unverändert bleiben. Es handelt sich also um die gleichen standardmäßigen 5/2-Schaltventile in Längsschieberbauart, wie bei Fig. 1.

Die Sicherheitsschaltung 40 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 vor allem durch eine andere Verschaltung der beiden Schaltventile 13, 14. So führt die erste Zuführleitung 19 von der Druckmittelquelle 11 zum Anschluß 2 des ersten Schaltventils 13; eine zweite Zuführleitung entfällt. Über die erste Brückenleitung 22 ist nun der Anschluß 1 des ersten Schaltventils 13 mit dem Anschluß 5 des zweiten Schaltventils 14 verbunden. Die zweite Brückenleitung 23 führt nun vom Anschluß 3 des ersten Schaltventils 13 zum Anschluß 3 des zweiten Schaltventils 14. Am ersten Schaltventil 13 ist nun der Anschluß 5 durch die erste Entlastungsleitung 24 entlüftet. Am zweiten Schaltventil 14 ist der Anschluß 1 durch die zweite Entlastungsleitung 25 entlüftet. Während der Anschluß 2 des zweiten Schaltventils 14 wie bisher über die Arbeitsleitung 26 mit dem Motor 12 in Verbindung steht, ist dieser Motor 12 über eine zusätzliche; parallele Zweigleitung 41 mit dem Anschluß 4 des ersten Schaltventils 13 verbunden. Das Wechselventil 31 und der Druckschalter 28 sind in gleichsinniger Weise wie bei der ersten Sicherheitsschaltung 10 an das zweite Schaltventil 14 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der zweiten Sicherheitsschaltung 40 ist hinsichtlich ihrer Sicherheitsfunktion noch weiter optimiert, so daß eine sogenannte Einfehlersicherheit erreicht wird, somit ein Fehlerausschluß nicht mehr notwendig ist. Beim Abschalten der pneumatischen Energie nehmen die Längsschieber beider Schaltventile 13, 14 jeweils ihre federzentrierte Grundstellung 16 ein. Der Motor 12 ist dadurch über die Zweigleitung 41, vom ersten Schaltventil 13 über seine Anschlüsse 4 und 5 zur ersten Entlastungsleitung 24 entlüftet, während der Motor 12 zugleich in paralleler Weise über die Arbeitsleitung 26 und das zweite Schaltventil 14 mit seinen Anschlüssen 2 und 1 sowie die zweite Entlastungsleitung 25 entlüftet ist. Somit steht beim Abschalten durch diese parallele Entlüftung auch bei Ausfall eines Schaltventils immer ein voller definierter Entlüftungsquerschnitt im anderen Schaltventil zur Verfügung, so daß die Sicherheitsfunktion immer erfüllt wird; dies gilt besonders dann, wenn eines der betätigten Schaltventile 13, 14 in einer Mittelstellung hängenbleibt und damit dessen Entlüftungsquerschnitt nicht einwandfrei definiert ist.

Wenn die beiden Schaltventile 13, 14 jeweils ihre Grundstellung 16 einnehmen, kann sich der von der Druckmittelquelle 11 kommende Druck über die erste Zuführleitung 19, das erste Schaltventil 13 mit seinen Anschlüssen 2 und 1, die erste Brückenleitung 22, und das zweite Schaltventil 14 mit seinen Anschlüssen 5 und 4 auch über die erste Steuerleitung 27 und das Wechselventil 31 in den Vorsteuereinrichtungen 17 aufbauen und dort der Vorsteuerung dienen. Ebenso erhält der Druckschalter 28 ein vergleichbares Drucksignal.

Ein Einschalten kann nur erfolgen, wenn beide Schaltventile sich zuvor in ihren Grundstellungen 16 befinden und daraufhin beide Schaltventile 13, 14 mit ihren Vorsteuereinrichtungen 17 gleichzeitig betätigt werden. Beide Schaltventile 13, 14 sind während des Einschaltens in Reihe geschaltet. Werden beide Schaltventile 13, 14 gleichzeitig in ihre Arbeitsstellungen 18 betätigt, so strömt nun Druckmittel von der Druckmittelquelle 11 über die erste Zuführleitung 19 und das erste Schaltventil 13 mit seinen Anschlüssen 2 und 3 in die zweite Brückenleitung 23 und über die Anschlüsse 3 und 2 des zweiten Schaltventils 14 in die Arbeitsleitung 26 und weiter zum Motor 12. Dabei kann gleichzeitig Druckmittel von der Arbeitsleitung 26 über die parallele Zweigleitung 41 zum Anschluß 4 des ersten Schaltventils 13 strömen, der in Arbeitsstellung 18 mit dem Anschluß 1 verbunden ist. Die vom Anschluß 1 des ersten Schaltventils 13 abgehende erste Brückenleitung 22 wird aber im zweiten Schaltventil 14 in dessen Arbeitsstellung 18 im Anschluß 5 pneumatisch blockiert, so daß die Druckmittelversorgung des Motors 12 nicht gefährdet ist.

Mit der zweiten Sicherheitsschaltung 40 läßt sich somit ein sicheres Abschalten und ein sicheres Wiedereinschalten der pneumatischen Energie zum Motor 12 erreichen, wobei wie bisher zwei in Serie geschaltete 5/2-Wegeventile verwendbar sind, die als handelsübliche Standardventile mit Längsschieber ausgeführt sind, so daß sich insgesamt eine relativ einfache und kostengünstige Bauweise ergibt. Mit dem Druckschalter 28 läßt sich die Veränderung des druckabhängigen Signales in einer Steuerung so verarbeiten, daß die üblichen Unfallverhütungsvorschriften erfüllt werden können.

Selbstverständlich sind an der gezeigten Sicherheitsschaltung Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So können anstelle der elektropneumatisch vorgesteuerten Schaltventile auch direkt gesteuerte Schaltventile verwendet werden. Auch die Druckversorgung der Vorsteuereinrichtungen 17 läßt sich ändern, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Auch können die als Leitungen angesprochenen Bauelemente ohne weiteres auch als Kanäle, Bohrungen oder in anderer Weise als Druckmittelverbindungen ausgeführt werden; so daß der Begriff Leitung ganz allgemein als Druckmittelverbindung auf zufassen ist.

Claims (7)

1. Sicherheitsschaltung für einen pneumatischen Motor, insbesondere einen Arbeitszylinder, mit zwei als 5-Wege-2- Stellungs-Ventilen ausgebildeten Schaltventilen, die untereinander gleich ausgebildet sind und jeweils mit einem Steuerschieber arbeiten und von denen jedes Schaltventil einen ersten Anschluß für die Druckmittelversorgung, einen zweiten und vierten Anschluß für den Motoranschluß sowie einen dritten und fünften Anschluß für die Entlastung aufweisen, wobei in einer federzentrierten Grundstellung der erste mit dem zweiten Anschluß und der vierte mit dem fünften Anschluß verbunden sind und der dritte Anschluß gesperrt ist, während in einer ausgelenkten Arbeitsstellung der erste mit dem vierten Anschluß und der dritte mit dem zweiten Anschluß verbunden sind und der fünfte Anschluß gesperrt ist, und bei der beide Schaltventile zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei an das erste Schaltventil eine Zuführleitung für Druckmittel herangeführt ist und am zweiten Schaltventil von dessen zweitem Anschluß eine Arbeitsleitung zum Motor abgeht, zwischen beiden Schaltventilen eine erste und zweite Brückenleitung verlaufen und von jedem Schaltventil eine Entlastungsleitung abgeht, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittel- Zuführleitung (19) an den zweiten Anschluß (2) des ersten Schaltventils (13) angeschlossen ist, von dessen erstem Anschluß (1) die erste Brückenleitung (22) zum fünften Anschluß (5) des zweiten Schaltventils (14) führt, daß die zweite Brückenleitung (23) die beiden dritten Anschlüsse (3) beider Schaltventile (13, 14) miteinander verbindet und daß beim ersten Schaltventil (13) der fünfte Anschluß (5) und beim zweiten Schaltventil (14) der erste Anschluß (1) jeweils an die Entlastungsleitungen (24, 25) angeschlossen sind und daß der vierte Anschluß (4) des ersten Schaltventils (13) über eine Zweigleitung (41) parallel an den Motor (12) angeschlossen ist.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den vierten Anschluß (4) des zweiten Schaltventils (14) eine Überwachungseinrichtung, insbesondere ein elektropneumatischer Druckschalter (28) angeschlossen ist.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten und vierten Anschluß (2, 4) des zweiten Schaltventils (14) ein Wechselventil (31) mit seinen Eingängen (39, 32) geschaltet ist, über dessen Ausgang (33) die Vorsteuereinrichtungen (17) der beiden Schaltventile (13, 14) mit Steuerdruckmittel versorgbar sind.

4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltventile (13, 14) als elektropneumatisch vorgesteuerte Ventile ausgebildet sind.

5. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden identischen Schaltventile (13, 14) als handelsübliche Standardventile in Längsschieber-Bauweise ausgeführt sind.

6. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigleitung (41) parallel zur Arbeitsleitung (26) geführt ist.

7. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung für eine Pressensteuerung.