DE2203266B1 - Einrichtung zur ueberwachung von steuerteilen - Google Patents

Description

laß gibt, auch wenn kein eigentlicher Fehler am Ventilsystem selbst auftritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Überwachungseinrichtung zu schaffen, die möglichst einfach und wartungsfrei ist und dennoch die Voraussetzungen für eine Betriebsunterbrechung im Fehlerfall und für ein schnelles Einschalten nach Auffinden des Fehlers besitzt.

Die Erfindung besteht darin, daß an jedem Ventileinsatz symmetrisch zueinander ein aus magnetischem Material bestehender Körper fest angebracht ist, der jeweils im Bereich der freien Enden eines drehbar gelagerten, in seiner Grundstellung auf die Synchronlage der Ventileinsätze eingestellten und bei einer Drehung aus der Grundstellung ein Signal zum Stillsetzen des Antriebes auslösenden Magnetstäbchens liegt und dieses magnetisch beeinflußt.

Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß bei Synchronlauf der beiden Ventileinsätze die Magnetkräfte auf das Magnetstäbchen an beiden Enden jeweils gleich groß sind, so daß die Stellung des Magnetstäbchens unbeeinflußt bleibt. Bei asynchronem Lauf dagegen wird das Magnetstäbchen aus seiner Grundstellung heraus bewegt und diese Ausschlagbewegung des Magnetstäbchens kann zur Auslösung eines Impulses zur Fehleranzeige und beispielsweise auch zum Stillsetzen des Steuerventile» und damit einer Presse ausgenützt werden. Die neue Überwachungseinrichtung kann ohne Verschleißteile ausgeführt werden und ist damit unbegrenzt wartungsfrei. Die Ausführung selbst kann verhältnismäßig einfach und damit billig erfolgen.

Zweckmäßig ist es, das Magnetstäbchen durch Federkraft in der Grundstellung zu halten, so daß die Überwachungseinrichtung lageunabhängig wird. Um die Magnetkräfte auf möglichst einfache Weise groß zu gestalten, kann das Magnetstäbchen aus Weicheisen bestehen und in einem ringförmig umgebenden Magnetkörper angeordnet sein. Dieser Magnetkörper kann beispielsweise eine Elektromagnetspule sein; besonders einfach wird als Magnetkörper jedoch ein Permanentmagnet vorgesehen, der als ringförmig geschlossene Weicheisenbrücke ausgebildet ist. Zur Lagerung des Magnetstäbchens kann ein Torsionstab vorgesehen sein, so daß auch hier keine reibungsbedingten Verschleißerscheinungen auftreten.

Zur Auslösung eines Fehleranzeigeimpulses ist es besonders einfach, wenn das Magnetstäbchen beiderseits seines Drehpunktes an Stößeln anliegt, die mit elektrischen Schaltern in Verbindung stehen. Jeder Ausschlag des Stäbchens löst somit einen Schaltvorgang aus. Es hat sich dabei als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Federkraft des Torsionstabes so auf die Magnetkräfte abgestimmt ist, daß das Magnetstäbchen eine durch die Federkraft bestimmte stabile Grundstellung und zwei durch die Magnetkräfte bestimmte Störstellungen besitzt, aus denen es nur durch einen gesonderten Schaltvorgang in die Grundstellung zurückbewegbar ist. Mit dieser Ausgestaltung kann die Voraussetzung erfüllt werden, daß im Falle eines Fehlers das Ventil solange nicht wieder in Betrieb genommen werden kann, bis ein gesonderter Schaltvorgang nach der Behebung des Fehlers ausgelöst wird. Dabei hat sich gezeigt, daß infolge des quadratischen Kräfteverlaufes der Magnetkräfte sich zwei Kippunkte für das Magnetstäbchen von der stabilen Grundlage in die jeweils wieder stabilen Störstellungen ergeben, und daß auf Grund dieser Eigenschaft das Magnetstäbchen nach Überschreiten der Kippunkte nicht schleichend, sondern schlagartig ausschlägt, so daß leistungsstarke Endschalter mit den Betätigungsstößeln verbunden werden können. Die Anordnung von Mikroschaltern und die zusätzliche Anordnung von Leistungsschaltern entfällt somit. Schließlich kann bei Sicherheitsventilen mit elektromagnetisch betätigten HilfsSteuerventilen

ίο für die Ventileinsätze zur Rückstellung des Magnetstäbchens in die Grundstellung vorgesehen sein, daß ein die mit den Stößeln in Verbindung stehenden elektrischen Schalter überbrückender und im Stromkreis der Hilfsventile liegender Kurzschlußschalter vorgesehen ist, der bei seiner Betätigung beide Ventileinsätze in eine synchrone Lage und damit durch das dann erfolgende Übergewicht der Rückstellfederkräfte auch eine Rückstellung des Magnetstäbchens in die Grundstellung bewirkt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Sicherheitsventil mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung,

Fig. 2 die Überwachungseinrichtung in vergrößertem Maßstab in der Betriebsstellung, die linke und die rechte Figurenhälfte zeigen dabei verschiedene Möglichkeiten für die Ausgestaltung des Magnetstäbchens,

Fig. 3 die Überwachungseinrichtung der Fig. 2, jedoch in der Störungsstellung und

Fig. 4 ein Diagramm mit der Darstellung der Kräfteverhältnisse an dem Magnetstäbchen der Überwachungseinrichtung.

In der F i g. 1 sind innerhalb des Gehäuses 1 eines Sicherheitsventiles zwei Ventileinsätze 2 und 3 angeordnet, die jeweils aus einer Ventilspindel 2 α bzw. 3 a, einem kolbenartig ausgebildeten Ventilteil 4 und einem auf der Ventilspindel befestigten Tellerventilteil 5 bestehen. Die Ventileinsätze 2 und 3 sind so innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet, daß sie bei ihrer Auf- und Abbewung jeweils Ventilsitze 6 und 7 abschließen oder freigeben, welche eine obere Druckmittelkammer 8 und eine untere Druckmittelkammer 9 miteinander verbinden, die in nicht näher dargestellter Weise von Druckmittel beaufschlagt sind.

In der dargestellten Lage schließen die Ventilteller S jeweils den unteren Ventilsitz 7 ab, so daß die Verbindung zwischen den Kammern 8 und 9 unterbrochen wird. Wird Druckmittel in den Raum 10, der jeweils über den Kolben 4 liegt, eingeleitet, so bewegen sich die Ventileinsätze 2 und 3 nach unten, die Tellerventile geben die Ventilsitze frei und die Druckkammern 8 und 9 sind miteinander verbunden. Die Zu- und Abströmungswege des Druckmittels in die Kammern 8 und 9 sind nicht dargestellt.

Das Druckmittel gelangt in die Kammern 10 über den Kolben 4 über die Hilfssteuerventile 11, die elektromagnetisch gesteuert sind und in einem Stromkreis 12 liegen, in dem zwei Schalter 13 angeordnet sind, auf die später noch eingegangen werden wird.

Ventile der dargestellten Art werden beispielsweise zur Steuerung hydraulischer Pressen verwendet, wo es auf eine einwandfreie Funktion des Ventiles ankommt, um beispielsweise Verletzungen des Bedienungspersonales auszuschalten. Zu diesem Zweck sind die beiden Ventileinsätze 2 und 3 parallel ge-

schaltet, so daß auch dann, wenn ein Ventileinsatz auf Grund eines Fehlers ausfallen sollte, die einwandfreie Funktion des Sicherheitsventiles gewährleistet ist. Voraussetzung dafür ist, daß die Ventileinsätze 2 und 3 jeweils synchron bewegt werden und für den Fall, daß die Synchronbewegung nicht vorhanden ist, ein Störsignal aufgelöst wird, das dafür sorgt, daß das angeschlossene Arbeitsgerät, beispielsweise die hydraulische Presse, außer Betrieb gesetzt wird. Die Sicherheitsbestimmungen verlangen, daß die Presse erst dann wieder in Betrieb genommen werden kann, wenn der Fehler am Ventil oder auch an der Zuleitung behoben ist.

Um den synchronen Lauf der Ventileinsätze 2 und 3 zu überwachen, ist die Überwachungsvorrichtung 14 vorgesehen, die im wesentlichen aus einem an einem Torsionstab 15 gelagerten Magnetstäbchen 16 und aus dem als Weicheisenbrücke 17 ausgebildeten Permanentmagnet besteht. In dem Permanentmagneten sind, wie insbesondere auch aus der F i g. 2 hervorgeht, Öffnungen 18 vorgesehen, in die Fortsätze 19 der Ventilspindeln 2 α und 3 α eintauchen, die aus magnetischem Material bestehen.

Das Magnetstäbchen 16 selbst kann, wie in der linken Hälfte der Fig. 2 gezeigt, so ausgebildet sein, daß die Fortsätze 19 an seinen Enden vorbeistreichen. Es kann aber auch, so wie in der rechten Hälfte dargestellt, mit Bohrungen 16 α an seinen beiden Enden versehen sein, in die die Fortsätze 19 eintauchen und daher besser magnetisch wirksam werden können. Das Magnetstäbchen 16 wird einmal durch die Federkraft des Torsionstabes 15, zum anderen aber auch durch die beiden Stößel 20 in seiner in der F i g. 2 gezeigten Grundstellung gehalten, und zwar unter dem Einfluß der Federn 21, welche die Stößel 20 gegen das Magnetstäbchen 16 drücken und dabei die Schalter 13, die vorher erwähnt wurden, geschlossen halten.

Bei synchronem Lauf des Sicherheitsventiles bleibt -die Lage des Magnetstäbchens 16 gemäß F i g. 2 unverändert, da die auf das Magnetstäbchen von dem Permanentmagneten 17 und den in diesem bewegten Fortsätze 19 ausgeübten Kräfte an beiden Enden des Stäbchens 16 gleich groß sind. Die Schalter 13 bleiben geschlossen und die Kammern 10 (Fig. 1) können jeweils in gesteuertemRhythmus mit demDruckmittel beaufschlagt werden.

Tritt ein Fehler auf und bewegen sich demzufolge die Ventileinsätze 2 und 3 nicht synchron, so wird, wie das in F i g. 3 dargestellt ist, beispielsweise der linke Fortsatz 19 an der Spindel 2 α weiter nach unten verschoben sein als der rechte Fortsatz 19 der Spindel 3 a. Durch diese Asymmetrie ist der magnetische Kraftfluß am linken Ende des Magnetstäbchens 16 größer als der magnetische Kraftfluß am rechten Ende des Magnetstäbchens 16. Das bedeutet, daß eine Kraft inTRichtung des Pfeiles 21 auf das Magnetstäbchen 16 wirkt, das um den Winkel φ aus seiner Grundstellung heraus in die Störstellung nach Fig. 3 verdreht wird. Wie diese Verdrehung und die Kraftwirkung im einzelnen aussieht, wird im folgenden noch an Hand der F i g. 4 beschrieben werden. Festzustellen ist jetzt jedenfalls, daß durch die Verdrehung des Magnetstäbchens 16 der rechte Stößel 20 nach unten gedruckt wird, so daß sich der rechte Schalter in der F i g. 1 öffnet und den Stromkreis zu den Hilfsventilen 11 unterbricht. Dadurch wird die Zufuhr von Druckmittel zu den Kammern 10 unterbunden und beide Ventileinsätze 2 und 3 kehren in die in der F i g. 1 gezeigte Ausgangsstellung zurück, in der eine Verbindung zwischen den Kammern 8 und 9 unterbunden ist. In dieser Stellung würde vom Ventil aus kein Arbeitsdruckmittel zu dem angeschlossenen Gerät, d. h. also kein Druckmittel zu dem Pressenzylinder strömen, der Preßstempel würde ebenfalls in die Ausgangsstellung zurückkehren.

In dieser Ausgangsstellung verbleibt sowohl das Sicherheitsventil als auch der Pressenstempel solange,

ίο bis der Fehler behoben und die beiden Ventileinsätze 2 und 3 wieder in ihre Synchronlage bzw. das Magnetstäbchen wieder in die Grundstellung der Fig. 2 zurückgekehrt ist. Diese Rückstellung kann bei Ventilen der in Fig. I gezeigten Art, d.h. also bei Ventilen mit elektromagnetisch gesteuerten Hilfsventilen dadurch in sehr einfacher Weise vorgenommen werden, daß ein zusätzlicher Schalter 22 (Fig. 1) vorgesehen wird, der in einen Kurzschlußzweig 23 an dem Stromkreis 12 angeordnet ist, der die beiden Schalter 13 überbrückt.

Nachdem die Funktionsweise der neuen Überwachungseinrichtung in ihren Grundzügen erläutert sein dürfte, soll im folgenden an Hand der Fig. 4 noch erklärt werden, wie der Schaltvorgang des Magnetstäbchens 16 im einzelnen aussieht. Dazu ist zu bemerken, daß in der F i g. 4 auf der Achse X₁₆ die Kräfte aufgetragen sind, die auf das Magnetstäbchen 16 einwirken, das als eine Art Anker in dem Magnetsystem wirkt. An Kräften wirken auf das Magnetstäbchen 16 zunächst die als durchgehende Linie gezeigten und mit zunehmenden Verdrehwinkel φ linear ansteigenden Federkräfte, die mit / gekennzeichnet sind. Diese Federkräfte setzen sich im gezeigten Beispiel aus der Federkraft des Torsionstabes 15 und aus den auf das Magnetstäbchen einwirkenden Kräften der Federn 21 zusammen. Gegen diese Federkräfte wirken die strichpunktiert gezeigten Magnetkräfte, die einen quadratischen Verlauf haben. Diese Kräfte sind durch ein m gekennzeichnet. Aus der Darstellung ergibt sich, daß die den Magnetkräften m entgegengesetzt wirkenden Federkräfte / bis zu einem bestimmten Drehwinkel φ noch größer sind als die Magnetkräfte m und die Kurve f-m besitzt im PunktPk einen Nullpunkt, d.h. daß hier die Differenz der Federkräfte und der Magnetkräfte Null ist und ab hier mit steigendem φ die Magnetkräfte stark zunehmen. Das bedeutet, daß die Drehbewegung des Magnetstäbchens 16 bis zum Kippunkt Pk die Toleranzspanne für die maximal zulässige Abweichung von der Synchronbewegung ist, daß dann aber eine schlagartige Drehbewegung ausgelöst wird, so daß im vorliegenden Fall für die Schalter 13 keine Mikroschalter eingesetzt werden, sondern einfachere Leistungsschalter vorgesehen werden können.

Das Magnetstäbchen 16 erhält auf Grund dieser Kräfteverhältnisse eine stabile Grundstellung g, und zwar für alle Drehwinkel zwischen den beiden Kipppunkten Pk und zwei stabile Störstellungen in den Bereichen s zwischen dem Winkel am Kippunkt Pk und der jeweils äußeren Anschlagstellung.

Es wird daher mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei entsprechender Dimension der Federn und des Torsionstabes 15 sowie bei Auslegung der Magnetkräfte möglich, auf komplizierte Fühl- und Tastorgane oder auf die Anordnung von besonderen empfindlichen Schaltern zu verzichten, da die erfindungsgemäße Ausgestaltung ausgezeichnet dazu geeignet ist, trotz ihrer feinfühligen Überwachung

mechanische Kräfte abzugeben, die ohne weiteres ausreichen, um Leistungsschalter zu betätigen. Werden Einrichtungen vorgesehen, die an Stelle des Torsionstabes 15 eine Verminderung der Federkraft erlauben, oder werden die Federn 21 einstellbar ausge-

bildet, so wird es auch möglich, den Kippunkt der Überwachungseinrichtung einstellbar zu machen. Damit läßt sich dann auch eine Möglichkeit schaffen, die mögliche Abweichung der Ventilspindelstellungen einzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

Claims (8)

1 2 Steuerteilen, insbesondere zur Überwachung der Bewegung von zwei Ventileinsätzen in Sicherheitsven-Patentansprüche: tuen zur Steuerung pneumatischer oder hydraulischer Antriebe. 5 Überwachungseinrichtungen für Sicherheitsventile

1. Einrichtung zur Überwachung der Relativ- dieser Art sind in vielen Ausführungsformen bekannt, stellung von synchron bewegten Steuerteilen, ins- So gibt es beispielsweise Bauarten, bei denen eine besondere zur Überwachung der Bewegung von mechanische Kopplung der beiden Ventileinsätze mit zwei Ventileinsätzen in Sicherheitsventilen zur Hilfe eines an Fortsätzen an den Ventileinsätzen ansteuerung pneumatischer oder hydraulischer An- io gebrachten dünnen Drahtes vorgesehen ist, der stromtriebe, dadurch; gekennzeichnet, daß durchflossen ist und im Falle einer asynchronen Bean jedem Ventileinsatz (2, 3) symmetrisch zuein- wegung zerreißt und so den Überwachungsstromkreis ander ein aus magnetischem Material bestehender unterbricht. Einrichtungen dieser Art weisen den Körper (19) fest angebracht ist, der jeweils im Nachteil auf, daß zur Wiederinbetriebnahme jeweils Bereich der freien Enden eines drehbar gelager- 15 wieder ein neuer Sicherungsdraht eingesetzt werden ten, in seiner Grundstellung auf die Synchronlage muß, was sehr zeitraubend und umständlich ist und der Ventileinsätze eingestellten und bei einer Dre- die Zeit für die Wiederinbetriebnahme des Arbeitshung aus der Grundstellung ein Signal zum Still- gerätes unnötig verlängert, auch wenn der eigentliche setzen des Antriebes auslösenden Magnetstäb- Fehler sehr schnell gefunden wird.

chens (16) liegt und dieses magnetisch beeinflußt. 20 Eine andere bekannte mechanische Lösung (fran-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- zösische Patentschrift 1 292 283) sieht vor, an Stelle kennzeichnet, daß das Magnetstäbchen (16) durch eines Sicherungsdrahtes eine Traverse zwischen beiFederkraft in der Grundstellung gehalten ist. den Ventilspindeln anzuordnen, in der ein Stößel ver-

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, schiebbar gelagert ist. Dieser Stößel liegt einerseits an dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetstäbchen 25 einem elektrischen Schaltkontakt und zum anderen (16) aus Weicheisen besteht und in einem ihn über eine zwischengeschaltete Kugel an einer Nut an ringförmig umgebenden Magnetkörper (17) ange- einer Ventilspindel an, so daß er bei ungleichem Lauf ordnet ist. der Ventilspindeln verschoben wird und den Antrieb

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, über dem Schaltkontakt abschalten kann. Diese dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkörper 30 Lösung weist den Nachteil großer Störanfälligkeit auf, ein Permanentmagnet ist und als ringförmig ge- weil sich der Stößel leicht verklemmen kann. Auch schlossene Weicheisenbrücke (17) ausgebildet ist. die Ansprechgenauigkeit ist wegen der gewählten

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, mechanischen Auslöseanordnung verhältnismäßig gedadurch gekennzeichnet, daß das Magnetstäbchen ring.

(16) an einem Torsionstab (IS) gelagert ist. 35 Man hat deshalb auch schon andere mechanische

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, Überwachungseinrichtungen (deutsche Auslegeschrift dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetstäbchen 1 294 818) vorgeschlagen, bei denen die freien Enden (16) beiderseits seines Drehpunktes an Stößern der Ventilspindeln über Federn an einer Wippe anlie-(20) anliegt, die mit elektrischen Schaltern (13) in gen, deren Lage im ordnungsgemäßen Betrieb unVerbindung stehen. 4° beeinflußt bleibt und die nur bei asynchronem Lauf

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der der Ventilspindeln verschwenkt wird und über einen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrer Mitte angeordneten Nocken einen Schaltkondie auf das Magnetstäbchen (16) einwirkenden takt auslöst. Auch bei dieser Ausführung ist die AnFederkräfte (/) so auf die Magnetkräfte (m) abge- Sprechgenauigkeit nicht sehr groß. Vor allem sind stimmt sind, daß das Magnetstäbchen eine durch 45 Schwierigkeiten in der Sicherheit der Überwachung die Federkraft bestimmte stabile Grundstellung zu erwarten, weil die beiden Federn vor allem nach (Bereich g) und zwei durch die Magnetkräfte be- längerer Betriebszeit durch die laufende Beansprustimmte stabile Störstellungen (Bereich s) besitzt, chung Alterungserscheinungen zeigen, die sich in aus denen es nur durch einen gesonderten Schalt- Fehlanzeigen von Störungen auswirken können. Dazu Vorgang in die Grundstellung zurückbewegbar ist. 5° kommt die Schwierigkeit, die Federdiagramme beider

8. Einrichtung nach Anspruch 7 für Sicher- Federn so aufeinander abstimmen zu können, daß die heitsventile mit elektromagnetisch betätigten von den Ventilspindeln bei jedem Hub auf die Wippe HilfsSteuerventilen für die Ventileinsätze, dadurch ausgeübten Kräfte stets gleich groß sind,
gekennzeichnet, daß zur Rückstellung in die Es ist schließlich auch bekanntgeworden, die Uber-Grundstellung ein die mit den Stößern (20) in 55 wachung der Synchronbewegung durch eine pneuma-Verbindung stehenden elektrischen Schalter (13) tische Kopplung derart durchzuführen, daß der überbrückender und im Stromkreis der Hilf sven- Steuerdruck zur Verstellung der Ventileinsätze in die tile (11) liegender Kurzschlußschalter (22) vor- Arbeitsstellung bei asynchronem Lauf der Ventileingesehen ist. sätze abgebaut wird, so daß der weitere Betrieb bei-

60 spielsweise einer hydraulischen oder pneumatischen Presse unterbunden ist (deutsche Auslegeschrift

1 249 040). Einrichtungen dieser Art lassen sich durch

geeignete Ausbildung zwar verhältnismäßig schnell

wieder in Betrieb setzen, doch hat sich gezeigt, daß

65 Verunreinigungen der Steuerluft im Laufe der Zeit

dazu führen können, daß die Überwachungseinrich-

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Über- tung im Laufe der Zeit zum Teil nicht mehr sicher wachung der Relativstellung von synchron bewegten genug arbeitet und zu Betriebsunterbrechungen An-