DE2002890B2 - Doppeltes dreiwegeventil als sicherheitssteuerung - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein doppeltes Dreiwegeventil zur pneumatischen oder hydraulischen Steuerung von Verbrauchern, insbesondere Pressen, mit zwei im Gehäuse untergebrachten Auslaßtellern, von denen jeder mit einem Absperrund einem Einlaßteller starr verbunden ist, wobei die zwischen den Auslaß- und den Absperrtellern liegenden Räume ständig miteinander und mit den Verbrauchern sowie außerdem in abgeschalteter Stellung mit der Niederdruckleitung und in eingeschalteter Stellung mit der Hochdruckleitung über Räume verbunden sind, welche unter den Absperrtellern liegen und welche kreuzweise mit den Räumen über den Einlaßtellern verbunden sind, welche ihrerseits mit den Räumen für die Zufuhr des Druckmittels in Verbindung stehen, wobei das Ein- und Abschalten des Ventils durch Servomechanismus erfolgt.

Ein solches Ventil ist, z.B. aus Morgenstern »Die Steuerung moderner Exzenterpressen« (Maschinenbautechnik 1965, Nr. 6, S. 300 bis 304) bekannt.

Iu diesem doppelten Dreiwegeventil gelangt das Druckmittel, wenn eines der Ventile beschädigt ist und nicht abgeschaltet wird, in den stangenseitigen Raum dieses Ventils und über den Kreuzkanal in den Absperrraum des anderen Ventils, der in diesem Augenblick geschlossen ist.

Damit das Ventil beim zufälligen Einschalten des Servomechanismus nicht eingeschaltet wird, soll die durch den Druck des Druckmittels gebildete, auf den Absperr- und Einlaßteller wirkende Kraft größer als jene sein, die vom Servomechanismus erzeugt wird.

Das doppelte Ventil führt in diesem Falle dem Verbraucher kein Druckmittel zu; da aber der Servomechanismus ein Wechselstrommagnet ist, so kann er zerstört werden (durchbrennen).

Ist die Kraft des Servomechanismus größer als die Summe der Kräfte, die auf die Teller durch das Druckmittel wirkt, so wird beim Einschalten das intakte Ventil ansprechen, und das Druckmittel gelangt zum Verbraucher, was unerwünschte Folgen für das Bedienungspersonal nach sich ziehen kann.

Eine Veränderung (Zunahme oder Verminderung) der Summe der Kräfte, die auf die Teller wirken, kann durch Schwankungen des Drucks in der Hochdruckleitung hervorgerufen werden.

Aus dem oben gesagten geht also hervor, daß bei dem bekannten doppelten Dreiwegeventil die Sperrung des Verbrauchers nicht zuverlässig genug ist und von den Schwankungen des Drucks des Druckmittels abhängt.

Es ist noch ein druckmittelbetätigtes, hilfsgesteuertes Dreiwegeventil der gleichen Zweckbestimmung aus der deutschen Auslegeschrift 1 290 022 bekannt, bei dem die Sicherheit durch eine Hintereinanderschaltung zweier Ventile erreicht wird. Bei störungsfreiem Betrieb arbeiten beide Ventile gleichzeitig und gleichsinnig, während bei einer Störung eines der beiden Ventile abgeschaltet ist und dadurch die Druckmittelzufuhr zum Ausführungsorgan, d. h. zum Verbraucher sperrt.

Nachteilig ist hierbei noch, daß alle Durchgangsquerschnitte für den vollen Druckmittelstrom dimensioniert sein müssen und dadurch eine voluminöse Ventileinheit entsteht.

Ähnliches gilt für eine aus der britischen Patentschrift 1 060 230 noch bekannte Doppelventilanordnung, bei der auch zwei Absperrteller strömungsmäßig hintereinander geschaltet sind. Bei dieser Ausbildung sind auch Aufnahmegefäße verwirklicht, die über Drosseln in Kontroileitungen geschaltet sind.

Nach der vorliegenden Erfindung soll unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile und ausgehend von dem eingangs beschriebenen bekannten Ventil ein doppeltes Dreiwegeventil geschaffen werden, bei dem der Servomechanismus so mit dem Druckmittel verbunden ist, daß bei Beschädigung eines der beiden Ventile ein als Verbraucher angeschlossenes Ausführungsorgan vollständig gesperrt ist, d. h. bei einem unbeabsichtigten Einschalten der Servomechanismen nicht ansprechen kann. Das Ventil soll dabei von einfacher und kompakter Bauart sein.

Erfindungsgemäß ist hierzu bei einem Doppelventil der eingangs beschriebenen Art der Servomechanismus jeweils als ein Hilfsventil ausgebildet, dessen Ventiloberraum eine Verbindung des über dem als

Kolben dienenden Verschlußstück des Auslaßtellers liegenden Druckraums mit einem Auslaß und dessen Ventilunterraum eine Verbindung des Druckraurns mit dem über dem Einlaßteller liegenden Raum beherrscht, wobei in der geschlossenen Stellung des Einlaßtellers zwischen diesem und dem Gehäuse ein Spiel besteht, durch das der Raum über dem Einlaßteller mit dem Raum für die Zufuhr des Druckmittels aus der Hochdruckleitung verbunden ist.

Es ist dabei zweckmäßig, wenn die Verbindung tedes Servomechanismus mit dem stangenseitigen Raum des Einlaßtellers über ein Aufnahmegefäß und ein Drosselventil erfolgt.

Dadurch werden Fertigungsungenauigkeiten, die die gleichzeitige Tätigkeit der Ventile beeinflussen könnten, ausgeglichen und es wird d^;e erforderliche zeitliche Übereinstimmung bei der Einschaltung beider Ventile sichergestellt.

Aufnahmegefäße und Drosselventile sind in solchem Zusammenhang an sich bekannt.

Es ist weiterhin zweckmäßig, die Aufnahmegefäße untereinander durch eine Signaleinrichtung zu verbinden, die beim Ausfall eines der doppelten Ventile anspricht.

Die Ausführung ermöglicht es festzustellen, ob das Versagen des Verbrauchers durch das doppelte Dreiwegeventil verursacht ist.

Nachstehend wird ein konkretes Ausführungsbeispiel der Anwendung dieser Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung angeführt, in der das erfindungsgemäße doppelte Dreiwegeventil (Längsschnitt) bei verschiedener Stellung der Ventile dargestellt ist.

Das doppelte Dreiwegeventil besitzt ein Gehäuse 1, in dem zwei Dreiwegeventile untergebracht sind. Jedes dieser Ventile verfügt über einen Auslaßteller, der als Kolben 3 ausgeführt ist. Der Kolben 3 ist durch eine Stange 4 mit Absperrteller 5 und Einlaßteller 6 starr verbunden. Der Absperrteller 5 und Einlaßteller 6 haben einen geringeren Durchmesser als der Kolben 3; das ergibt eine Flächendifferenz, durch die ein Verschieben des Kolbens 3 ermöglicht wird.

Die zwischen Kolben 3 und Absperrteller 5 liegenden Räume stehen untereinander durch einen Kanal 8 und mit den Verbrauchern (Kupplung und Bremse der Presse, die in der Zeichnung nicht abgebildet sind) über einen Kanal 9 in Verbindung. Außerdem sind diese Räume bei abgeschaltetem Ventil mit der Niederdruckleitung (nicht abgebildet) durch einen Kanal 10 verbunden.

An der entgegengesetzten Seite der Absperrteller 5 sind Absperräume 11 vorhanden.

An den beiden Seiten jedes der Einlaßteller 6 sind Räume vorhanden: stangenseitiger Raum 12, der auf der Seite der Stange 4 liegt, welche diesen Teller mit dem Kolben 3 verbindet, und Raum 13 für die Zufuhr des Druckmittels.

Die Räume 13 sind über einen Kanal 14 miteinander und durch einen Kanal 15 mit der Hochdruckleitung (nicht abgebildet) verbunden.

Die stangenseitigen Räume 12 sind durch kreuzweise angeordnete Kanäle 16 und 17 mit Absperräumen 11 verbunden.

Die Steuerung des Ein- und Abschaltens des Ventils erfolgt durch Servomechanismen 18.

Jeder Servomechanismus stellt ein Hilfsventil 19 dar, dessen Ventilraum über einen Kanal 21 mit einem geschlossenen Raum 22, der über dem Kolben 3 liegt, in Verbindung steht.

Außerdem ist der Ventiloberraum 2© über einen Kanal 23 mit der Niederdruckleitung verbunden.

Der Ventilunterarm 24 des Hilfsventil 19 ist über einen Kanal 25 mit dem stangenseitigen Raum 12 verbunden.

Der Einlaßteller 6 ist im Gehäuse 1 so angeordnet, daß in der abgeschalteten Stellung des Ventils zwischen ihm und dem Gehäuse 1 ein Spiel vorhanden ist, wodurch im stangenseitigen Raum fortwährend der Druck des Druckmittels und folglich auch der erforderliche Druck im Kanal 25, der den stangenseitigen Raum mit dem Ventilunterraum 24 des Servomechanismus 18 verbindet, aufrechterhalten wird. Dies ist notwendig, damit im Augenblick nicht gleichzeitiger! Einschaltens der Ventile (ein Ventil spricht mit Verzug an), wenn in einem der stangenseitigen Räume der Druck stark abfällt, das Einschalten im Kanal 25 um eine für das Einschalten des zweiten Ventils erforderliche Zeitspanne verzögert würde.

Wegen technologischer Fehler bei der Herstellung der Ventile sprechen diese beim Einschalten nicht gleichzeitig an. Um diese Zeitdifferenz auszugleichen, sind in den Kanälen 25 Drosselventile 26 und Aufnahmegefäße 27 eingebaut, die den Druckabfall in den Steuerventilen 19 um eine für das Ansprechen dieser Ventile erforderliche Zeitspanne verzögern.

Das Drosselventil 26 stellt einen 4- bis 6mal so engen Kanal wie der Kanal 25 (im Querschnitt) dar und dient dazu, den Druckabfall im Aufnahmegefäß um eine Zeitspanne zu verzögern, die für das gleichzeitige Ansprechen der Ventile erforderlich ist. Das Aufnahmegefäß 27 dient zur Bildung eines Vorrats an Druckmittel, das für das gleichzeitige Einschalten der beiden Ventile notwendig ist.

Nachdem man die Zeitspanne zwischen dem Ansprechen der Ventile ermittelt und den entsprechenden Querschnitt des Drosselventils 26 gewählt hat, erreicht man ein gleichzeitiges Funktionieren der Ventile und die für das Einschalten des doppelten Dreiwegeventils erforderliche Zeit beträgt dann höchstens 0,06 s.

Die Aufnahmegefäße 27 sind miteinander über einen Kanal 28 verbunden, in dem eine Signalvorrichtung 29 eingebaut ist. Diese Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 30, in dem ein abgefederter Kolben 31 angeordnet ist. Dieser Kolben ist mechanisch mit einem Mikroschalter 32 verbunden, der das Signal dem Steuerpult (nicht abgebildet) der Presse zuleitet, wenn eines der Ventile beschädigt ist.

Das doppelte Dreiwegeventil wird wie folgt betrieben. Man baut dieses Ventil in der Druckluftsteuerung der Kupplung und Bremse einer Presse ein, in der als Druckmittel Druckluft dient.

Die von der Hochdruckleitung durch Kanäle 14 und 15 zugeführte Druckluft füllt die Räume 13 und 12. Dann füllt die Druckluft durch die Kanäle 16 und 17 die Räume 7.

Aus dem stangenseitigen Raum 12 gelangt die Druckluft über den Kanal 25 durch das Drosselventil 26 und das Aufnahmegefäß 27 zum Servomechanismus 18.

Beim Einschalten der Hilfsventile 19 wird die Verbindung zwischen dem Aufnahmegefäß 27 und dem geschlossenen Raum 22 durch den Ventilunterraum 24 und den Kanal 21 hergestellt.

Der Kolben 3 und die mit ihm starr verbundenen Absperrteller 5 und Einlaßteller 6 verschieben sich nach unten, wie dies am rechts dargestellten Ventil ge-

zeigt ist, wodurch freier Zutritt für die Druckluft aus den Absperräumen 11 in die Räume 7, dann in die Kanäle 8 und 9 und weiter in die Kupplung und Bremse (nicht abgebildet) geöffnet wird.

Beim Abschalten der Hilfsventile 19 werden die geschlossenen Räume 22 über die Kanäle 21 und 23 mit der Niederdruckleitung (Außenluft) verbunden.

Der Kolben 3 und die mit ihm verbundenen Teller verschieben sich nach oben, in die Ausgangsstellung (wie man am links dargestellten Ventil sieht).

Ist eines der Ventile beschädigt (spricht etwa nicht an, was der Stellung des links dargestellten Ventils, oder läßt sich nicht abschalten, was der Stellung des rechts dargestellten Ventils entspricht), so gelangt die Druckluft in die Räume 13 und durch das zwischen dem Einiaßtelier 6 und dem Gehäuse i des linken Ventils vorhandene Spiel in den stangenseitigen Raum 12 des linken Ventils und von da aus durch den Kanal 17 in den Absperraum 11 des rechten Ventils und durch den offenen Absperrteller 5 in den Raum 7 sowie ferner durch Kanäle 8, Raum 7 des linken Ventils und Kanal 10 des linken Ventils in die Niederdruckleitung.

Aus dem stangenseitigen Raum 12 des rechten Ventils gelangt die Druckluft durch den Kanal 16 in den Absperraum 11 des linken Ventils, da sich aber dieses Ventil in der Ausgangsstellung (abgeschaltet) befindet, bleibt die Druckluft im Absperraum 11.

Auf diese Weise gelangt die Druckluft nicht in den Kanal 9 und die Kupplung und Bremse werden abgeschaltet.

Im stangenseitigen Raum 12 des linken Ventils und folglich auch im Kanal 25 dieses Ventils, der mit dem Ventilunterraum 24 des Servomechanismus 18 in Verbindung steht, fällt der Druck praktisch auf Null ab und das Einschalten des linken Ventils ist so lange ausgeschlossen, bis die Störung beseitigt ist; auf diese Weise wird die Sperrung der Verbraucher (Kupplung und Bremse) bewerkstelligt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Doppeltes Dreiwegeventil zur pneumatischen oder hydraulichen Steuerung von Verbrauchern, insbesondere Pressen, mit zwei im Gehäuse untergebrachten Auslaßtellern, von denen jeder mit einem Absperr- und einem Einlaßteller starr verbunden ist, wobei die zwischen den Auslaß- und den Absperrtellern liegenden Räume ständig miteinander und mit den Verbrauchern sowie außerdem in abgeschalteter Stellung mit der Niederdruckleitung und in eingeschalteter Stellung mit der Hochdruckleitung über Räume verbunden sind, welche unter den Absperrtellern liegen und welche kreuzweise mit den Räumen über den Einlaßtellern verbunden sind, welche ihrerseits mit den Räumen für die Zufuhr des Druckmittels in Verbindung stehen, wobei das Ein- und Abschalten des Ventils durch Servomechanismen erfolgt, so dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechnismus (18) jeweils ein Hilfsventil (19) darstellt, dessen Ventiloberraum (20) eine Verbindung des über dem als Kolben dienenden Verschlußstück des Auslaßtellers (3) liegenden Druckraums (22) mit einem Auslaß (23) und dessen Ventilunterraum (24) eine Verbindung des Druckraums (22) mit dem über dem Einlaßteller (6) liegenden Raum (12) beherrscht, wobei in der geschlossenen Stellung des Einlaßtellers (6) zwisehen diesem und dem Gehäuse (1) ein Spiel besteht, durch das der Raum (12) über dem Einlaßteller mit dem Raum (13) für die Zufuhr des Druckmittels aus der Hochdruckleitung (14, 15) verbunden ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eines jeden Servomechanismus (18) mit dem stangenseitigen Raum (12) des Einlaßteilers (6) über ein Aufnahmegefäß (27) und ein Drosselventil (26) erfolgt.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmegefäße (27) miteinander durch eine Signalvorrichtung (29) verbunden sind, die beim Ausfall eines der Ventile (2) anspricht.