DE2038615C3 - Sicherheitsventil zur Steuerung druckmittelbetriebener einfachwirkender Verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil zur Steuerung druckmittelbetriebener einfachwirkender Verbraucher, mit einer dem Verbraucher führenden AnschkiBöffnung und einer Rücklauföffnung, ferner mit zwei parallelgeschalteten, in einer Achse liegenden und jeweils ein Dreiwege-Schaltventil in Sitzbauweise bildenden Ventilkolben zur Steuerung der Zu- und Abfuhr des Druckmittels, die z. B. über elektromagnetisch auslösbare Vorsteuerventile durch das Druckmittel betätigbar sind, und mit einer Druckwaage zum Abschalten des Verbrauchers bei Fehlschaltungen eines der Schaltventile oder Vorsteuerventile.

Ein solches Sicherheitsventil ist aus der DE-AS 11 68 257 bekannt. Bei diesem Sicherheitsventil für Pressensteuerungen wird das Druckmittel durch mehrfache Umlenkung der Bewegungsrichtung vom Verbraucher zurückgeführt. Infolge der mehrmaligen Umlenkung der Strömungsrichtting des Druckmittels treten bei diesem Ventil beim Schalten relativ hohe Verzögerungen auf.

Aus der US-PS JO 59 621 und der US-PS 30 68 897 sind Sicherheitsventile für druckmittelbetriebene Verbraucher bekannt, die mit einer Einrichtung verschen sind, durch die bei einer Fehlschaltung des jeweiligen Sicherheitsventils die Anlage abgeschaltet wird.

Diese bekanntenVentile sind konstruktiv sehr aufwendig gestaltet, sie haben hohe Strömungswiderstände und relativ lange Schaltzciten bzw. lange Füll- und Entleeriingszeiten.

Schließlich ist es aus der DE-PS 3 34 491 bekannt, bei einem Vierwegehahn das Strömungsmittel geradlinig durch den f lahn hindurchziifUhren.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einem Sicherheitsventil der eingangs genannten Art zur Ermöglichung einer schnellen Entlüftung des Verbrauchers die Kanalführung zwischen Verbraucher- und Rücklaufanschluß zu vereinfachen und gleichzeitig die Sicherheitseinrichtung baulich einfach und zuverlässig auszubilden.

^ Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sicherheitsventil zwischen der Anschlußöffnung und der Rücklauföffnung einen im wesentlichen geradlinig ausgebildeten Durchgangskanal besitzt, daß die Rücklauföffnung aus zwei getrennten Schlitzen gebildet ist, von denen je einer in dem dem betreffenden Venlilkolben /ugeordnelen, kegelig geformten Ventilsitz ausgebildet ist, und daß die Arbeitsräume der Druckwaage über Kanäle an von den Vorsteuervcntilcn zu den Vcntilkolben verlaufende, den Speisedruck

^Μ führende Leitungen angeschlossen sowie über Kanäle, die in die Veniilsit/.e münden, mit dem Durchgangskanal verbindbar sind.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung gehen

aus den Unteransprüchen hervor.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 im Schnitt eine erste Ausführungsform eines Sicherheitsventils in Nullstellung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie U-II von Fig. I,
Fig. 3 das Ventil nach Fr g. I in Schaltstellung,
F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV von F i g. J, F i g. 5 das Ventil nach F i g. I bei einer Fehlschaltung, F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI von F i g. 5, F i g. 7 im Schnitt eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsventils in Nullstellung,

Fig.8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII von Fig.7,

F i g. 9 das Ventil nach F i g. 7 in Schaltstellung und
F i g. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X von F i g. 9. Das Sicherheitsventil 10 besteht aus einem Gehäuse 12, in welchem zwei Ventilkolben 14 und 16 in Bohrungen 15 und 17 beweglich angeordnet sind. Die beiden Kolben liegen in einer Achse und sind aufeinander zu- und voneinander wegbewegbar. Die einander zugewandten Stirnseiten 18 und 20 der beiden Kolben sind ebenso wie die ihnen zugeordneten Ventilsitze 22 und 24 kegelförmig ausgebildet, wobei die Bohrungen 15 und 17 durch eine Zwischenbohrung 25 miteinander in Verbindung stehen.

Jeder der Ventilkolben ist mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden zentralen durchgehenden Bohrung 26 bzw. 28 (F i g. 2) versehen, durch welche das Druckmittel zugeleitet wird. In den beiden miteinander fluchtenden Bohrungen 26, 28 ist eine Druckfeder 30 angeordnet, deren beide Enden sich an Schultern 32 bzw. 34 abstützen, die in den Bohrungen 26 und 28 vorgesehen sind. Die Druckfeder 30 sucht die beiden Ventilkolben 14 und 16 auseinanderzudrücken. In jeder der Bohrungen 26 bzw. 28 ist ferner ein Rückschlagventil 36 bzw. 38 eingebaut.

Das Sicherheitsventil ist, wie in F i g. 2 dargestellt, mit einer AnschluBöffnung 40 versehen, die zum Verbraucher führt. Es besitzt ferner eine Rücklauföffnung 42, durch welche das Druckmedium drucklos abströmen kann.

Die beiden öffnungen 40 und 42 sind über einen im wesentlichen geradlinigen Durchgangskanal 44 miteinander verbunden.

Der Durchgangskanal 44 besteht aus zwei Teilen 45 und 47, von denen der Teil 45 zum Verbraucher und der Teil 47 zum Rücklauf führen. Der Teil 45 des Kanals steht über eine einzige Affnung 46 mit dem zentralen Raum 49 in Verbindung, aus welchem das durch die Bohrungen 26 und 28 zugeführte Druckmittel durch den Teil 45 des Kanals 44 zum Verbraucher oder durch den Teil 47 des Kanals 44 zum Rücklauf abströmen kann. Der Teil 47 des Kanals steht mit diesem zentralen Raum

49 über zwei Schlit/.c 48 und 50 in Verbindung, die durch einen Steg 52 getrennt sind (Fig. 2).

Die zur Rücklauföffnung 42 führenden Schlitze 48 und

50 öffnen sich, wie insbesondere aus Fig.4 ersichtlich ist, in die Ventilsitze 22 und 24.

Die aus den Ventilkolbon und ihren Ventilsitzen gebildeten Schaltventil 76 und 78, d. h. ihre Arbeitskammcrn 77 und 79 stehen über Leitungen 72 und 74 mit Vorsteuervcnlilcn 54 und 56 in Verbindung, welche Ventilsitze 58,68 bzw. 60, 70 aufweisen. Die Ventilsitze 58 und 60 der beiden Vorstcuervcntile sind über Zulaufkanäle 62, 64 und 66 an eine nicht gezeigte Einrichtung zur Lieferung des Druckmittels angeschlossen. Die Ventilsitze 68 und 70 der Vorsteuerventile dienen zur Entlüftung.

Das Sicherheitsventil 10 ist, wie insbesondere die Fig. I, 3 und 5 zeigen, mit einer Druckwaage 80 als ■> Sicherheitseinrichtung ausgerüstet, die aus einem Doppelkolben 82 besteht, der in einem Zylinder 83 beweglich ist. Zylinder und Doppelkolben sind beide im Gehäuse 12 angeordnet Die beiden Stirnflächen 84 und 86 des Doppelkolbens sind entsprechend durch

ίο Druckfedern 88 und 90 beaufschlagt. Die Arbeitsräume 85 und 87 (F i g. 3) der Druckwaage sind über Kanäle 92 und 94 direkt an die Leitungen 72 und 74 angeschlossen, die von den Vorsteuerventilen zu den Schaltventilen führen, sowie außerdem über Kanäle 96 und 98 an die Räume 97 und 99 vor den Ventilkolben 14 und 16 (F i g. 1). Die Kanäle 96 und 98 öffnen sich, wie z. B. die Fig. 1 und 3 zeigen, in die Ventilsitze 22 und 24 der Schaltventile.

In die Kanäle 92 und 94 sind Rückschlagventile 100 bzw. 102 sowie Drosselstellen 103 bzw. 105 eingebaut Der Doppelkolben 82 ist ferner m.i 'Schragflachen 104 und 106 versehen, durch welche ein als Ganzes mit 110 bezeichneter elektrischer Schalter betätigbar ist.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Sicherheitsventils beschrieben:

In Jer Stellung nach F i g. 1 sind die beiden Vorsteuerventile 54 und 56 geschlossen, d. h. der Zulauf des Druckmitteis ist an den beiden Ventilsitzen 58 und 60 unterbrochen. Weder die Schaltventile 76 und 78

ω noch die Druckwaage 80 werden in dieser Stellung (Fig. I und 2) beaufschlagt. Der Doppelkolben 82 befindet sich in Mittellagc, in welche er durch die beiden Federn 88 und 90 eingestellt wird. Der Schalter 110 wird nicht betätigt. Die Ventilkolben 14 und 16 befinden sich in zurückgezogener Stellung, so daß der Verbraucher mit dem Rücklauf verbunden ist.

Werden nun die beiden Vorsteuerventile 54 und 56 geschaltet, so nehmen sie die in F i g. 3 gezeigte Stellung ein, d. h. die durch die Ventilsitze 68 und 70 gebildeten

■»ο Entlüftungsöffnungen werden geschlossen und die durch die Ventilsitze 58 und 60 gebildeten Durchgänge geöffnet. Das Druckmittel strömt dnnn durch die Kanäle 64 und 66 über die Ventilsitze 58 und 60 und dann durch die Leitungen 72 und 74 in die Arbeitskammsrn 77 und 79 der Schaltventile 76 und 78. Die äußeren Stirnflächen der Ventilkolben 14 und 16 werden durch das Druckmittel beaufschlagt, worauf sich die Kolben nach innen aufeinander zubewegen. Die Rückschlagventile 36 und 38, die in den Bohrungen 28 und 26 der Ventilkolben angeordnet sind, sollen zunächst einen Druckaufbau in den Arbeitskammern 77 und 79 ermöglichen, ehe das Druckmittel zum Verbraucher abströmen kann. Djs heißt, die Ventilkolbeil 14 und 16 sollen sich bei geringem Druckaufbau schließen, ehe der Durchgang

^r'' für das Druckmittel durch die Rückschlagventile freigegeben wird. Die Ventilkolben bewegen sich nun aufeinander zu, bis sie auf den Ventilsitzen 22 und 24 aufsitzen, wobei sie die zur Rücklauföffnung 42 führenden Schlitze 48 und 50 schließen, wie in Fig.4

μ) dargestellt ist. Das Druckmittel fließt nun durch die Bohrungen in den Ventilkolben hindurch zu dem zentralen Raum 49 (Fig. 3) und von diesem durch die Öffnung 46 in den zum Verbraucher führenden Teil 45 des Durchgangskanals 44.

·>"> Die Stirnflächen 84 und 86 der Druckwaage 80 werden beide gleichmäßig durch das Druckmitte! beaufschlagt, das durch die Kanäle 92 und 94 strömt. Die Kanäle 96 und 98, die sich in die Ventilsitze öffnen, sind

durch die Vcntilkolben 14 und 16 geschlossen. Die Druckwaage bleibt in ihrer Mittelstellung, so daß der Schalter 110 nicht betätigt wird.

In den F i g. 5 und 6 ist eine Fehlschaltung dargestellt. Beim Einschalten der Vorsteuerventile 54 und 56 hat nur das Ventil 54 geöffnet, während das Ventil 56 z. B. infolge eines Ausfalles der Magnetspule od. dgl. in der Nullstellung geblieben ist. Der Ventilkolben 14 wird belastet und bewegt sich auf seinen Ventilsitz zu, während der Ventilkolben 16 in seiner Nullstellung bleibt. Der Schlitz 50 wird durch den Kolben 14 geschlossen, während der Schlitz 48 geöffnet bleibt. Das Druckmittel strömt daher vom Zulauf durch den geschlossenen Ventilkolben 14 und dann durch den offenen Schlitz 48 direkt zum Rücklauf. Das Querschnittsverhältnis zwischen der Vorsfeuerung und der Bohrung des Ventilkolbens beträgt z. B. etwa 1 : 10, so daß im Innern des Ventils nur ein geringer Staudruck verbleibt, der weit unter dem Ansprechdruck des Verbrauchers liegt.

Infolge des einseitigen Druckaufbaus im Arbeitsraum 85 der Druckwaage, dem im Arbeitsraum 87 kein äquivalenter Druckaufbau gegenübersteht, da das Vorsteuerventil 56 nicht geschaltet hat. bewegt sich der Doppelkolben 82 in F i g. 5 nach links, wobei durch die Schrägfläche 106 der elektrische Schalter 110 z. B. über einen Stift 107 betätigt wird. Der Schalter 110 schaltet seinerseits den Hauptschalter z. B. einer Vrrssc ab, wodurch diese stillgesetzt wird.

Entsprechende Verhältnisse entstehen, wenn die Vorsteuerventile aus der in F i g. 3 gezeigten Stellung in die Nullstellung geschaltet werden, der Kolben 14 aber in Schaltstellung blockiert. Der Kolben 16 geht dann in die Nullstellung zurück, da die beiden Kolben durch die Feder 30 auseinandergedrückt werden, wobei er sowohl den Schlitz 48, der zum Rücklauf führt, wie auch die öffnung des Kanals 98, der zur Druckwaage führt, freigibt. Der Verbraucher wird entlüftet, da der Durchgangskanal 44 zur Rücklauföffnung 42 freigegeben ist. Ebenso wird der Arbeitsraum 87 der Druckwaage entlüftet, da das Druckmittel durch den Kana! 98 abströmt. Aus dem Arbeitsraum 85 der Druckwaage kann das Druckmittel dagegen nicht abfließen, da das Rückschlagventil 100 eine Entlüftung über die Vorsteuerung verhindert und der Kanal 96 durch den in seiner Schaltstellung blockierten Ventilkolben 14 geschlossen ist. Die Stirnfläche 84 des Doppelkolbens 82 bleibt daher durch das Druckmittel belastet, während die Stirnfläche 86 entlastet wird. Infolge der Druckdifferenz bewegt sich der Doppelkolben aus seiner in Fig.3 gezeigten Mittelstellung nach links, wobei wiederum der Schalter 110 betätigt wird.

Die Drosselstellen 103 und 105 gleichen kleinere Bewegungs- und Schalttoleranzen der Ventile aus, um einen gleichmäßigen Druckaufbau in der Druckwaage zu erreichen. Aus dem gleichen Grunde kann auch dei Doppelkolben 82 mit einer seine beiden Stirnseiter verbindenden Drossclstellc versehen sein.

Bei der Ausführungsform nach den I' i g. 7 bis 10 sine die Vcntilkolben 14 und 16 in ihrer äußeren Umfangsfläehe jeweils mit z. B. vier Aussparungen 140 bzw. 142 versehen, die parallel zur Symmetrieachse des jeweiligen Kolbens und über einen Teil seiner Länge verlaufen und z. B. am Umfang um je 90" versetzt sind. Der Längsschnitt der Aussparungen 140, 142 kann beispir·!-· weise kreissegmentförmig sein.

Bei der in F i g. 7 und 8 gezeigten Nullstellung sind die Vorsleucrvcntile 54 und 56 geschlossen. Die Aussparungen 140 und 142 der beiden Kolben stehen iihor

π Öffnungen 160, 162 sowie Ringkanäle 161, 163 im Gehäuse 12, ferner über die Zulaufkanälc 64 und 66 mil dem Druckmittelzuführungskanal direkt in Verbindung Im Gehäuse 12 sitzende Dichtungen 156 und liij verhindern jedoch in der Nullstellung den Durchtritt des Druckmittels aus den Aussparungen 140 und 142 in den Durchganpikanal 44. Die Dichtungen 156 und 158 wirken hierbei entsprechend mit den Teilen 148 und 150 der Ventilkolben zusammen. Nach außen zu den Leit'mgen 72 und 74 hin, die von den Vorsteuerventilen kommen, sind die Aussparungen 140 und 142 mit Hilfe von Dichtungen 152. 154 abgedichtet, die in den Teilen !+"•■bzw. 146der Ventilkolben sitzen.

Werden nun, wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt, die Vorsteuerventile 54 und 56 betätigt, so strömt das Druckmittel durch die Ventilsitze 60 und 58 in die Leitungen 72 und »4 und beaufschlagt die äußeren Stirnflächen der Ventilkolben 14 und 16, wodurch die Schlitze 48 und 50, die zur Rücklauföffnung 42 führen, geschlossen werden.

Die Aussparungen 140, 142 sind in dieser Schaltstellung nicht mehr gegen den Durchgangskanal 44, der zum Verbraucher führt, abgeschlossen. Das Druckmittel strömt durch den Zulaufkanal 62, die Kanäle 64 bzw. 66, die öffnungen 160 bzw. 162, sowie durch die Ringkanäle

«o 161, 163 in die Aussparungen 140, 142 und aus diesen durch Ringspalte 164,166(Fi g. 10) in den Durchgangskanal 44 und von dort zum Verbraucher. Zweckmäßigerweise sind hierzu im Gehäuse 12 ringkanalförmige Aussparungen 168, 170 (Fig. 10) vorgesehen, durch welche das aus den Ringspalten 164, 166 austretende Druckmittel zur Verbraucherseite geleitet wird.

Wie die Figuren zeigen, ist der Durchmesser der auswärts der Aussparungen 140 bzw. 142 liegenden Teile 144 bzw. 146 der Ventilkolben größer als der

so Durchmesser der einwärts der Aussparung liegenden Teile 148 und 150 der Ventilkolben. Hierdurch entsteht eine Druckdifferenz, durch die, wenn die Vorsteuerventile abgeschaltet werden, die beiden Ventilkolben 14 und 16 aus ihrer in F i g. 9 gezeigten Schaltstellung in ihre in

F i g. 7 gezeigte Nullstellung zurückgedrückt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   \, Sicherheitsventil zur Steuerung druckmittelbetriebener einfachwirkencler Verbraucher, mit einer zum Verbraucher führenden Anschlußöffnung und einer Rücklauföffnung, ferner mit zwei parallelgeschalteten, in einer Achse liegenden und jeweils ein Dreiwege-Schaltventil in Sitzbauweise bildenden Ventilkolben zur Steuerung der Zu- und Abfuhr des Druckmittels, die z. B. über elektromagnetisch auslösbare Vorsteuerventile durch das Druckmittel betätigbar sind, und mit einer Druckwaage zum Abschalten des Verbrauchers bei Fehlschaltungen eines der Schaltventile oder Vorsteuerventile, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsventil zwischen der Anschlußöffnung (40) und der Rücklauföffnung (42) einen im wesentlichen geradlinig ausgebildeten Durchgangskanal (44) besitzt, daß die Rücklauföffnung (42) aus zwei getrennten Schlitzen (48,50) gebildet ist, von denen einer in dem dem betreffenden Ventilkolben zugeordneten, kegelig geformten Ventilsitz (22, 24) ausgebildet ist, und daß die Arbeitsräume (85,87) der Druckwaage (80) über Kanäle (92, 94) an von den Vorsleuerventilen zu den Ventilkolben (14, 16) verlaufende, den Speisedruck führende Leitungen (72,74) angeschlossen sowie ifcer Kanüle (96,98), die in die Ventilsitze (22, 24) münden, mit dem Durchgangskanal (44) verbindbar sind.
2. 2. Sicherheitsventil nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ventilkolbcn (14, 16) in Längsrichtung mit einer durchgehenden Bohrung (26, 28) versehen ist, durch die das Druckmittel zuführbar ist und wöbe·, diese Bohrungen (26, 28) miteinander fluchten.
3. 3. Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Ventilkolben (14, 16) in den miteinander fluchtenden Bohrungen (26,28) eine Druckfeder (JO) angeordnet i$t, die die Ventilkolbcn in ihre arbeitsunwirksamc Stellung vorspannt.
4. 4. Sicherheitsventil nach Anspruch 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß in jede der Bohrungen (26, 28) ein vom ankommenden Druckmittel zu öffnendes, den Druckmiltelfluß zum Verbraucher verzögert freigebendes Rückschlagventil (J8, Ϊ6) eingebaut ist.
5. 5. Sicherheitsventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ventilkolben (14, 16) in seiner äußeren Umfangsfläche mit wenigstens einer Aussparung (140,142) versehen ist, die direkt an den Zulaufkanal (62) für das Druckmittel vom Zulaufkanal (62) dem Durchgangskanal (44) zuführbar ist.
6. 6. Sicherheitsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (140, 142) in der arbeitswirksamen Stellung der Ventilkolben mit dem Durchgangskanal (44) in Verbindung stehen, hingegen in der arbeitsunwirksamen Stellung mittels im Gehäuse (12) angeordneter Dichtungen (156,158) gegen den Durchgangskanal (44) geschlossen sind.
7. 7. Sicherheitsventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (140,142) im Längsschnitt im wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildet sind.
8. 8. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser jedes Ventilkolbens (14, 16) im Bereich der dem kegeligen Ventilsitz (22, 24) abgewandten Seile der

   Aussparung (140,142) einen größeren Durchmesser hat als im Bereich der diesem Ventilsitz zugewandten Seite der Aussparung.

   9, Sicherheitsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die die Arbeitsräume (85,87) der Druckwaage (80) mit den Vorsteuerventilen verbindenden Kanäle (92,94) je ein in Richtung auf diese Arbeitsräutne öffnendes Rückschlagventil (100, 102) eingebaut is_, wobei jedem Rückschlagventil eine Drosselstelle (1OJ, 105) vorgeschaltet ist