DE2203266C2

DE2203266C2 - Einrichtung zur Überwachung von Steuerteilen

Info

Publication number: DE2203266C2
Application number: DE2203266A
Authority: DE
Inventors: K Stehle
Original assignee: Concordia Masch & Elekt
Current assignee: Concordia Masch & Elekt
Priority date: 1972-01-25
Filing date: 1972-01-25
Publication date: 1973-09-27
Also published as: SU515470A3; SE375359B; JPS4886116A; ES410704A1; US3815057A; FR2169383B1; GB1397182A; BE794410A; LU66768A1; FR2169383A1; NL7300041A; IT973099B; DE2203266A1; DD101732A5; DE2203266B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Rclativstellung von synchron bewegten Steuerteilen, insbesondere zur Überwachung der Bewegung von zwei Ventileinsätzen in Sicherheitsventilen zur Steuerung pneumatischer oder hydraulischer Antriebe.

Überwachungseinrichtungen für Sicherheitsventile dieser Art sind in vielen Ausführungsformen bekannt. So gibt es beispielsweise Bauarten, bei denen eine mechanische Kopplung der beiden Ventiieinsätze mit Hilfe eines an Fortsätzen an den Ventileinsätzen angebrachten dünnen Drahtes vorgesehen ist, derstromdurchflossen ist und im Falle einer asynchronen Bewegung zerreißt und so den Überwachungsstromkreis unterbricht. Einrichtungen dieser Art weisen den Nachteil auf, daß zur Wiederinbetriebnahme jeweils

wieder ein neuer Sicherungsdraht eingesetzt werden muß, was sehr zeitraubend und umständlich ist und die Zeit für die Wiederinbetriebnahme des Arbeitsgerätes unnötig verlängert, auch wenn der eigentliche Fehler sehr schnell gefunden wird.

ao Eine andere bekannte mechanische Lösung (französische Patentschrift 1 292 283) sieht vor, an Stelle eines Sicherungsdrahtes eine Traverse zwischen beiden Ventilspindeln anzuordnen, in der ein Stößel verschiebbar gelagert ist. Dieser Stößel liegt einerseits an

as einem elektrischen Schaltkontakt und zum anderen über eine zwischengeschaltete Kugel an einer Nut an einer Ventilspindel an, so daß er bei ungleichem Lauf der Ventilspindeln verschoben wird und den Antrieb über dem Schaltkontakt abschalten kann. Diese Lösung weist den Nachteil großer Störanfälligkeit auf, weil sich der Stößel leicht verklemmen kann. Auch die Ansprechgenauigkeit ist wegen der gewählten mechanischen Auslöseanordnung verhältnismäßig gering.

Man hat deshalb auch schon andere mechanische Überwachungseinrichtungen (deutscue Auslegeschrift 1 294 818) vorgeschlagen, bei denen die freien Enden der Ventilspindeln über Federn an einer Wippe anliegen, deren Lage im ordnungsgemäßen Betrieb unbeeinflußt bleibt und die nur bei asynchronem Lauf der Ventilspindeln verschwenkt wird und über einen in ihrer Mitte angeordneten Nocken einen Schaltkontakt auslöst. Auch bei dieser Ausführung ist die Ansprechgenauigkeit nicht sehr groß. Vor allem sind Schwierigkeiten in der Sicherheit der Überwachung zu erwarten, weil die beiden Federn vor allem nach längerer Betriebszeit durch die laufende Beanspru chung Alterungserscheinungen zeigen, die sich it. Fehlanzeigen von Störungen auswirken können. Dazu kommt die Schwierigkeit, die Federdiagramme beider Federn so aufeinander abstimmen zu können, daß die von den Ventilspindeln bei jedem Hub auf die Wippe ausgeübten Kräfte stets gleich groß sind.

Es ist schließlich auch bekanntgeworden, die Überwachung der Synchronbewegung durch eine pneumatische Kopplung derart durchzuführen, daß der Steuerdruck zur Verstellung der Ventileinsätze in die Arbeitsstellung bei asynchronem Lauf der Ventiieinsätze abgebaut wird, so daß der weitere Betrieb beispielsweise 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 Verunreinigungen der Steuerluft im Laufe der Zeit dazu führen können, daß die Überwachungseinrichtung im Laufe der Zeit zum Teil nicht mehr sicher genug arbeitet und zu Betriebsunterbrechungen An-

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 Oberwachungsein richtung zu schallen, die möglichst einfach und wartungsfrei ist und dennoch die Voraussetzungen für eine Betriebsunterbrechung im Fehlerf;ill 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 seinerGrundstellung uf die Synchronlage der Ventileinsätze eingestellten und bei einer Drehung :ius der Grundstellung ein Signal zum Stillsetzen des \ntriebcs auslösenden Magnetstäbchens liegt und dieses magnetisch beeinflußt.

Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß bei Synchronlauf der beiden Ventileinsätze Ue 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 weiden. 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 Magne.kräfte 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 ais ringförmig geschlossene Weicheisenbrücke ausgebildet ist. Zur Lagerung des Magnetstäbchens kann ein Torsionstab vorgesehen sein, so -laß auch hier keine reibungsbedingten Verschleißerscheinungen auftreten.

Zur A'islösung 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 Magnetstabchens in die Grundstellung vorgesehen sein, daß ein die mit der. Stößeln in Verbindung stehenden elektrischen Schalter überbrückender und im Stromkreis der Hilfsventil 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

F i g. 1 die schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Sicherheitsventil mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung,

F i g. 2 die Überwachungseinrichtung in vergrößertem Maßstab in der BetriebssUlIung, 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 Fig. 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 S bestehen. Die Ventileinsätze 2 und 3 sind so innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet, daß sie bei ihrer Auf- und Abbcwung 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 5 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 lieg', 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 Druckmitteis 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 eL*ktromagnetisch 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 Ventileiiisälze 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 la und 3a 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 Mägnetstäbchen 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 Fig. 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 (F i g. 1) können jeweils in gesteuertem Rhythmus mit dem Druckmittel beaufschlagt werden.

Tritt ein Fehler auf und bewegen sich demzufolge die Ventileinsätze 2 und 3 nicht synchron, so wird, wie das in Fig. 3 dargestellt ist, beispielsweise der linke Fortsatz 19 an der Spindel 2 a 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 in Richtung des Pfeiles 21 auf das Magnetstäbchen 16 wirkt, das um den Winkel 7 aus seiner Grundstellung heraus in die Störstellung nach F i g. 3 verdreht wird. Wie diese Verdrehung und die Kraftwirkung hn einzelnen aussieht, wird im folgenden noch an Hand der Fig. 4 beschrieben werden. Festzustellen ist jetzt jedenfalls, daß durch die Verdrehung des Magnetstäbchens 16 der rechte Stößel 20 nach unten gedrückt 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 IO 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, bis der Fehler behoben und die beiden Ventileinsätze 2 und 3 wieder in ihre Synchronlage bzw. das Mägnetstäbchen wieder in die Grundstellung der Fig. 2 zurückgekehrt ist. Diese Rückstellung kann bei Ventilen der in F i g. 1 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 Magnelstäbchens 16 im einzelnen aussieht Dazu ist zu bemerken, daß in der F i g. 4 auf der Achse Κ_ίβ die Kräfte aufgetragen sind, die auf das Magnetstäbchen 16 einwirken, das als eine Art Anker in dein Magnetsystem wirkt. An Kräften wirken auf das Magnet-

stäbchen 16 zunächst die als durchgehende Linie gezeigten und mit zunehmenden Verdrehwinkel q· lineal 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 dei Darstellung ergibt sich, daß die den Magnetkräften m entgegengesetzt wirkenden Federkräfte / bis zu einenbestimmten Drehwinkel q noch größer sind als die Magnetkräfte m und die Kurve i-m besitzt in Punkt Pk einen Nullpunkt, d. h. daß hier die Diffe renz der Federkräfte und der Magnetkräfte Null is und ab hier mit steigendem ψ die Magnetkräfte star! zunehmen. Das bedeutet, daß die Drehbewegung de! Magnetstäbchens 16 bis zum Kippunkt PA die ToIe ranzspanne für die maximal zulässige Abweichunj von der Synchronbewegung ist, daß dann aber eini schlagartige Drehbewegung ausgelöst wird, so daß in vorliegenden Fall für die Schalter 13 keine Mikro schalter eingesetzt werden, sondern einfachere Lei stungsschalter vorgesehen werden können.

Das Magnetstäbchen 16 erhält auf Grund diese Kräfteverhältnisse eine stabile Grundstellung g, un( zwar für alle Drehwinkel zwischen den beiden Kipp punkten Pk und zwei stabile Störstellungen in dei Bereichen 5 zwischen dem Winkel am Kippunkt P 6e und der jeweils äußeren Anschlagstellung.

Es wird daher mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung bei entsprechender Dimension der Federn um des Torsionstabes 15 sowie bei Auslegung de Magnetkräfte möglich, auf komplizierte Fühl- um Tastorgane oder auf die Anordnung von besondere empfindlichen Schaltern zu verzichten, da die erfin dungsgemäße Ausgestaltung ausgezeichnet dazu ge eignet ist, trotz ihrer feinfühligen Überwachun

mechanische Kräfte abzugeben, die ohne weiteres ausreichen, um Leistungsschalter zu betätigen. Werden Einrichtungen vorgesehen, die an Stelle des Torsionstabes 1ί< 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

309639/45

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung der Relativstellung von synchron bewegten Steuerteilen, insbesondere zur Überwachung der Bewegung von zwei Ventileinsätzen in Sicherheitsventilen zur Steuerung pneumatischer oder hydraulischer Antriebe, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ventileinsatz (2, 3) symmetrisch zueinander ein aus magnetischem Material bestehender Körper (19) 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 G: Lndstellung ein Signal zum Stillsetzen des Antriebes auslösenden Magnetstäbchens (16) liegt und dieses magnetisch beeinflußt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetstäbchen (16) durch Federkraft in der Grundstellung gehalten ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetstäbchen (16) aus Weicheisen besteht und in einem ihn ringförmig umgebenden Magnetkörper (17) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, oaß de· Magnetkörper ein Permanentmagnet ist und als ringförmig geschlossene Weicheisenbrücke (17) ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetstäbchen (16) an einem Torsionstab (15) gelagert ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetstäbchen (16) beiderseits seines Drehpunktes an Stößeln (20) anliegt, die mit elektrischen Schaltern (13) in Verbindung stehen.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Magnetstäbchen (16) einwirkenden Federkräfte (/) so auf die Magnetkräfte (m) abgestimmt sind, daß das Magnetstäbchen eine durch die Federkraft bestimmte stabile Grundstellung (Bereich g) und zwei durch die Magnetkräfte bestimmte stabile Störstellungen (Bereich s) besitzt, aus denen es nur durch einen gesonderten Schaltvorgang in die Grundstellung zurückbewegbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7 für Sicherheitsventile mit elektromagnetisch betätigten Hilfssteuerventilen für die Ventiieinsätze, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückstellung .in die Grundstellung ein die mit den Stößeln (20) in Verbindung stehenden elektrischen Schalter (13) überbrückender und im Stromkreis der Hilfsventile (11) liegender Kurzschlußschalter (22) vorgesehen ist.