DE2507349A1

DE2507349A1 - Druckluftanlage

Info

Publication number: DE2507349A1
Application number: DE19752507349
Authority: DE
Inventors: Paul Anthony Bitonti
Original assignee: Ross Operating Valve Co
Current assignee: Ross Operating Valve Co
Priority date: 1974-05-31
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1975-12-11
Also published as: FR2273180B1; IT1033337B; GB1459985A; JPS50153188A; AU7850575A; JPS5928761B2; US4075928A; DE2507349C2; FR2273180A1; SE7503995L; SE409898B

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Hauck

DIpI. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graaifs

Dipl. Ing. W. Wehnert

DIpI. Phys. W. Carstens

8 München 2 Ross Operating Valve Company Mozartstr. aS 12o E. Golden Gate Avenue 17. Februar 1975 Detroit,Mich.482o3,USA Aktenzeichen M-3412

Druckluftanlage

Die Erfindung bezieht sich auf Druckgasanlagen und insbesondere auf die Steuerung einer Druckluftanlage, bei der ein doppeltwirkender Stellmotor mittels eines Vierwege-Steuerschiebers oder dgl. zwischen zwei Endstellungen umschaltbar ist.

Üblicherweise ist bei derartigen Anlagen in der zum Steuerschieber führenden Druckzufuhrleitung ein Dreiwege-Hauptventil angeordnet, das von Zeit zu Zeit in die Entlüftungslage geschaltet wird, um die Anlage drucklos zu machen, und dann wieder in die Druckbelüftungsstellung zurückgeschaltet wird. Dies kann zu einer plötzlichen und gefährlichen Verschiebung des vom Stellmotor gesteuerten Stellgliedes führen, das beispielsweise eine Pressenbetätigungsvorrichtung sein kann, die in der Entlüftungsstellung des Hauptventils unter dem Einfluß der Schwerkraft in eine bestimmte Stellung ab-

6098SÖ/0270 * ² "

sinken kann und dann "beim Einschalten des vollen Betriebsdrucks plötzlich in die-Ausgangslage zurückschnellt.

Um dies su verhindern, wird zwischen dem Haupt- und Steuerventil ein druckkolbenbetätigtes Sicherheitsventil angeordnet, welches federnd in die Schließlage gedrückt wird und einen gedrosselten Eebenstromkanal aufweist, der vom Hauptventil zur Druckkolbenkammer und zugleich der Auslaßöffnung des Sicherheitsventils führt. Infolgedessen wird beim Öffnen des Hauptventils zunächst verhindert, daß der volle
Luftdruck vom Hauptventil zum Steuerventil gelangt, sondern vielmehr baut sich der Luftdruck nur allmählich in der Kolbenkammer des Sicherheitsventils und zugleich auf einer Seite des Steuermotors auf, wodurch, der Stellmotor langsam und
sicher in die andere Schaltlage gelangt. Wenn der Druck
in. der Kolbenkammer des Sicherheitsventils einen vorgegebenen Wert erreicht, öffnet das SicherventiS und der volle
Betriebsdruck wird zum Steuerventil durchgeschaltet.

Bei einem derartigen Sicherheitsventil besteht die Drosselstelle aus einer im Ventilteller ausgebildeten, engen
Bohrung, und die Kolbenkammer ist über einen ungedrosselten Kanal im G-ehäuse mit der Tentilauslaßöffnung verbunden. Bei einem derartigen Sicherheitsventil muß in nachteiliger Weise in jedem Ventilteller eine eigene Drosselbohrung ausgebildet v/erden, und es ist schwierig, im Hinblick auf die
äußerst hohe Genauigkeit, die für ein zufriedenstellendes

603850/0270 - ₃ -

Schaltverhalten erforderlich ist, den richtigen Drosselquerschnitt zu erhalten. Außerdem ist es nicht möglich, den Drosselquersehnitt nach der Ausbildung der Drosselbohrung im Ventilteller zu verändern, was jedoch häufig erwünscht ist.

Erfindungsgemäß soll daher für Strömungsmittelanlagen der beschriebenen Art das Sicherheitsventil derart verbessert werden, daß seine Ansprechgeschwindigkeit in einfacher Weise und trotz einer wirtschaftlichen und mechanisch einfachen Konstruktion veränderlich einstellbar ist.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung eine Druckluftanlage für einen Stellmotor, bei der im Zuge einer Druckzufuhrleitung für den Stellmotor ein Hauptventil zum wahlweisen Druckbe- und -entlüften der Druckzufuhrleitung, ein den Motor steuerndes Schaltventil und zwischen Haupt- und Schaltventil ein Sicherheitsventil angeordnet sind, das einen im Ventilgehäuse zwischen Ein- und Auslaßöffnung befindlichen, radialen Ventilsitz, einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden, an einem Ventilstößel angeordneten Verschlußkörper, eine den Verschlußkörper an den Ventilsitz andrückende Feder und einen am Ventilstößel angeordneten Betätigungskolben mit einer Steuerkammer aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu einer Gehäuseseite führende und dort durch einen Deckel verschlossene Steuerkammer in ihrem durch den Deckel begrenzten Abschnitt über

609860/0270 ~* -

einen ersten Kanal mit der Einlaßöffnung und über einen zweiten Kanal mit der Auslaßöffnung verbunden und im ersten Kanal eine verstellbare Drosselstelle angeordnet ist und der Betätigungskolben sowie die Feder gegenseitig derart bemessen sind, daß der Verschlußkörper bei Erreichen eines vorgegebenen Bruchteils des vollen Betriebsdrucks durch den Betätigungskolben entgegen der Kraft der Feder in die Öffnungslage umschaltbar ist.

Torzugsweise enthält die verstellbare Drosselstelle einen Gewindeabschnitt im ersten Kanal im Bereich der durch den Deckel verschlossenen Gehäuseseite sowie mehrere, wechselweise in den Gewindeabschnitt eineetzbare Schraubstopfen mit Drosselkanälen unterschiedlichen Minimaldurchmessers. Wahlweise hierzu empfiehlt es sich, daß die Drosselstelle eine in einem Abschnitt des ersten Kanals angeordnete, zwecks Änderung der Drosselwirkung drehbar im Deckel gelagerte Ventilnadel aufweist_β

Insgesamt schafft die Erfindung ein Sicherheitsventil für eine mit einem Haupt- und einem Steuerventil versehene Druckluftleitung, durch welches ein unbeabsichtigtes plötzliches Umschalten des über das Steuerventil gesteuerten Stellgliedes verhindert wird, wenn die Druckluftleitung nach dem Entlüften erneut druckbelüftet wird. Das Sicherheitsventil enthält einen normalerweise geschlossenen,

609850/0270

druckkolbenbetätigten Ventilteller, und die Steuerkammer des Druckkolbens sowie die Auslaßöffnung des Sicherheitsventils sind mit der Einlaßöffnung über eine Nebenstromleitung einschließlich einer stromaufwärts des Ventiltellers angeordneten, verstellbaren Drosselstelle verbunden. Im einen Pail enthält die verstellbare Drosselstelle einen in das Ventilgehäuse eingesetzten, auswechselbaren Schraubstopfen und im anderen Pail eine in einem G-ehäus ede ekel gelagerte Ventilnadel.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Pig«, 1 eine schematische Ansicht einer Druckluftanlage zur Steuerung eines doppeltwirkenden Stellmotors mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Sicherheitsventil;

PIg₀ 2 einen Schnitt eines Sicherheitsventils, bei dem die verstellbare Drosselstelle aus auswechselbaren Stopfen besteht, von denen einer gezeigt ist;

Pig, 3 einen Schnitt eines weiteren Stopfens; . und

508850/0270

Pig. 4 einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Sicherheitsventils mit einer verstellbaren Drossel in Form eines Nadelventils.

Fig. 1 zeigt eine Druckluftanlage mit einem Sicherheitsventil 11, das in einer Druckzufuhrleitung 12 zwischen einem Hauptventil 13 und einem Steuerventil 14 angeordnet ist. Das Steuerventil dient zur Steuerung eines doppeltwirkenden, hin- und herverschiebbaren, druckmittelbetätigten Stellmotors 15, der auf ein Stellglied 16, beispielsweise eine Pressenbetätigungsvorrichtung, einwirkt. Das Hauptventil ist ein Dreiwegeventil, welches zwischen der gezeigten Entlüftungsstellung, in der die Zufuhrleitung 12 mit der Entlüftungsöffnung 17 verbunden ist, und einer Belüftungsstellung umschaltbar ist, in der eine Druckluftquelle 18 mit der Zufuhrleitung 12 verbunden wird. Üblicherweise wird das Hauptventil 13 tagsüber in die Druckbelüftungsstellung und nachts in die Entlüftungsstellung geschaltet und am nächsten Morgen in die Belüftungsstellung zurückgebracht. Das Steuerventil 14 ist ein Yierwegeventil und dient zur Steuerung der zwei leitungen 19 und 21, die zu dem links- bzw. rechtsseitigen Ende des Motors 15 führen. In der gezeigten Stellung leitet das Steuerventil 14 den Luftdruck ungedrosselt über ein Einweg-Rückschlagventil 22 zur rechten Kammer 23 des Motors 15, wodurch das Stellglied 16 nach links verschoben wird. Gleichzeitig entweicht luft

5098SÖ/0270 ₇

von der linken Kammer 24 des Motors 15 über eine Drosselstelle 25 in die Umgebung. Wenn das Steuerventil 14 umgeschaltet wird, sind die Verhältnisse umgekehrt: Ein ungedrosselter luftstrom gelangt über das Rückschlagventil 26 zur Kammer 24 des Motors 15, und die Entlüftung erfolgt von der Kammer 23 über eine Drosselstelle 27. Das Steuerventil 14 befindet sich in der einen oder anderen seiner Endstellungen, beispielsweise der in Fig. 1 gezeigten Stellung, in der Ruhelage und wird durch eine Schalteinrichtung 28, beispielsweise ein Magnetoder Hilfsventil, in die andere Sehaltstellung gebracht.

Bei Abwesenheit des Sicherheitsventils 11 wird, wenn die Zufuhrleitung 12 durch Umschalten des Hauptventils 13 in die Entlüftungsstellung drucklos gemacht wird, die Anlage einschließlich der Kammern 23 und 24 vollständig drucklos. Selbst wenn daher der Motor 15 und das Stellglied 16 sich zunächst in der in Fig. 1 gezeigten linken Stellung befinden, können sie beispielsweise unter dem Einfluß der Schwerkraft unbeabsichtigterweise in die rechte Hubendlage wandern oder verschoben werden. Das Steuerventil 14 hingegen verbleibt in der gezeigten Sehaltstellung, in der anderenfalls der Motor 15 und das Stellglied 16 bei Anwesenheit von Druckluft in ihrer linken Hubendlage gehalten werden würden. Wenn daher das Hauptventil 13 wieder geöffnet wird, beispielsweise am nächsten Morgen, kann eine volle und unmittelbare Beaufschlagung der Ein-

609850/0270

gangsöffnung 29 des Steuerventils 14 mit dem vollen Betriebsdruck zu einer plötzlichen und gefährlichen Verschiebung des Steuerglieds 16 nach links führen. Die Drosselstelle 25 wäre nicht in der Lage, eine derartige plötzliche Verschiebung zu verhindern, da in der Kammer 24 kein Restdruck vorhanden wäre, wenn der Motor 15 seine Hubbewegung nach links beginnt.

Zwischen den Ventilen 13 und 14 befindet sich im Zuge der Zufuhrleitung 12 das Sicherheitsventil 11. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Fign«, 2 und 3 weist das Sicherheitsventil 11 ein Gehäuse 31 mit einer Einlaßöffnung 32 am einen Ende und einer Auslaßöffnung 33 am anderen Ende auf. Zwischen diesen Öffnungen ist im Gehäuse 31 ein radialer Ventilsitz 34 ausgebildet. In einer Gehäusebohrung 36 sitzt ein Ventilstößel 35, der einen Ventilteller 37 mit einer an den Sitz 34 anlegbaren Dichtung trägtο Eine Schraubendruckfeder 39 sitzt zwischen dem Ventilteller 37 und einem gehäusefesten Einsatzkörper 41 und drückt die Dichtung 38 des Ventiltellers 37 an den Ventilsitz 34.

Gegenüber dem Einsatzkörper 41 ist seitlich am Gehäuse eine ebene Begrenzungsfläche 42 ausgebildet. Der Ventilstößel 35 trägt am oberen Ende einen Kolben 43 mit einer Dichtung 44 im Gleitsitz in einer Kolbenkammer 45..Die

809850/0270

Korbenkammer 45 ist zur Begrenzungsflache 42 hin geöffnet. Ein am Gehäuse 31 befestigter Deckel 46 bildet mit der Begrenzungsfläche 42 einen erweiterten Abschnitt 47 der Kolbenkammer 45.

Von der Einlaßöffnung 32 verläuft seitlich zur Begrenzungsfläche 42 und zum Kammerabschnitt 47 ein erster Kanal 48, während ein zweiter Kanal 49 von der Begrenzungsfläche 42 zur Auslaßöffnung 33 verläuft.

Im ersten Kanal 48 befindet sich eine verstellbare Drossel 51. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 2 und 3 enthält die verstellbare Drossel 51 einen Gewindeabschnitt 52 im Kanal 48 im Bereich der Begrenzungsfläche 42 sowie mehrere, mit einem Außengewinde versehene Stopfen, die wechselweise in den Gewindeabschnitt 52 einschraubbar sind. Zwei dieser Stopfen 53 und 54 sind in den Fign. 2 bzw. 3 gezeigt. Jeder Stopfen enthält einen Drosselkanal, nämlich der Stopfen 53 einen Drosselkanal 55 und der Stopfen 54 einen Drosselkanal 56 _a Schraubstopfen mit Drosselkanälen unterschiedlicher Größe werden vorrätig gehalten, und der den jeweiligen Anforderungen entsprechende Stopfen wird in den Gewindeabschnitt 52 eingesetzt.

Während des Betriebs können unter der Annahme, daß sich die Bauteile zunächst in der in Pig. 1 gezeigten Stellung befinden und das Hauptventil 13 gerade in die Entlüftungs-

- 10 -

B09850/0270

- ίο -

stellung umgeschaltet wurde, der Motor 15 und das Stellglied 16 zunächst in der in durchgehenden Linien gezeigten Lage verbleiben. Jedoch sei angenommen, daß diese Bauteile unbeabsichtigterweise in die strichpunktiert dargestellte, rechte Stellung gelangen. Wenn nunmehr das Hauptventil in die Druckbelüftungslage umgeschaltet wird, kann die Druck-, luft, die zur Einlaßöffnung 32 gelangt, nicht an dem geschlossenen Ventilsitz 34 vorbeiströmen. Statt dessen gelangt sie in einer dosierten Menge zur Steuerkammer 45, 47 und über die Auslaßöffnung 33, das Steuerventil 14, die Leitung 21 und das Rückschlagventil 22 zur rechten Kammer 23 des Motors 15. Somit werden der Motor 15 und das Stellglied 16 allmählich in die linke Hubendlage verschoben. Nachdem der Druckwert in der Steuerkammer 45, 47 eine vorgegebene G-röße, etwa 2,5 bis 3,0 kp/cm bei einer Anlage mit einem Betriebsdruck von 10 kp/cm, erreicht hat, wird die Kraft der feder 39 überwunden und der Ventilteller 37 rasch in die Öffnungslage verstellt, so daß die Anlage mit dem vollen. Betriebsdruck beaufschlagt wird. Natürlich ist sichergestellt, daß sich das Stellglied 16 zu diesem Zeitpunkt in der linken Endlage befindet.

Das Sicherheitsventil 11 verbleibt ungeachtet der Schaltbewegung des Steuerventils 14 in der Öffnungslage. Sobald jedoch das Hauptventil 13 erneut in die Entlüftungslage umgeschaltet wird, wird der Druck in der Steuerkammer 45, 47 abgebaut und die Feder 39 schließt erneut das Sicher-

* .509850/0270 " ¹¹ "

- 11 heitsventil 11.

Pig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines in seinem grundsätzlichen Aufbau dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlichen Sicherheitsventils 101 mit einem Gehäuse 102, einer Einlaßöffnung 103, einer Auslaßöffnung 104, einem radialen Ventilsitz 105, einem einen Ventilteller 107 tragenden Ventilstößel 106 und einer Feder 108, die den Ventilteller in die Schließlage drückt. Der Ventilstößel 106 trägt einen Betätigungskolben 109 in einer Steuerkammer 111, die zur Gehäusefläche 112 hin geöffnet ist. Ein Deckel 113 bildet mit der Gehäusefläche 112 einen erweiterten Abschnitt 114 der Steuerkammer 111. Ein erster Kanal 115 verläuft von der Einlaßöffnung 103 seitlich zur Gehäusefläche 112, und ein Abschnitt 116 des ersten Kanals 115 erstreckt sich durch einen Abschnitt des Deckels 113. Ein weiterer Abschnitt 117 des ersten Kanals 115, der rechtwinkelig zum Kanalabschnitt 116 verläuft, mündet in den Steuerkammerabschnitt 114.

Die verstellbare Drossel 118 enthält eine Ventilnadel 119t die bei 121 mit dem Deckel 113 verschraubt ist. Der verjüngte Abschnitt 122 der Ventilnadel 119 ist im Kanalabschnitt 117 angeordnet. Am entgegengesetzten Ende der Ventilnadel 119 liegt ein Schlitz 123, der von der Seite 124 des Deckels 113 zugänglich ist, um durch Verstellen der Ventilnadel das erwünschte Sehaltverhalten des Sicher-

509850/0270

heitsventils zu erreichen. Im Deckel 113 ist ein Sicherungsstift 125 mit einem an der G-ehäuseflache 112 befindlichen Kopf 126 angeordnet, der die Ventilnadel gegen einen unberechtigten Zugriff sichert.

Die Betriebsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Pig. 4
ist im wesentlichen die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Pign. 2 und 3. Ein Vorteil des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 besteht darin, daß die
Lagerung einer Vielzahl unterschiedlicher Drosselstopfen entfällt.

609850/0270

Claims

Patentansprüche

· Druckluftanlage für einen Stellmotor "bei der im Zuge einer Druckzufuhrleitung für den Stellmotor ein Hauptventil zum wahlweisen Druckte- und -entlüften der Druckzufuhrleitung, ein den Motor steuerndes Schaltventil und zwischen Haupt- und Schaltventil ein Sicherheitsventil angeordnet sind, das einen im Ventilgehäuse zwischen Ein- und Auslaßöffnung befindlichen, radialen Ventilsitz, einen mit dem Ventilsitz zusammenwirfcenden, an einem Ventilstößel angeordneten Verschlußkörper, eine den Verschlußkörper an den Ventilsitz andrückende Feder und einen am Ventilstößel angeordneten Betätigungskolben mit einer Steuerkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einer G-ehäuseseite &2; 112) führende und dort durch einen Deckel (46J 113) verschlossene Steuerkammer (45» 111) an ihrem durch den Deckel begrenzten Abschnitt (47» 114) über einen ersten Kanal (48; 115) mit der Einlaßöffnung (32; 103) und über einen zweiten Kanal (49) mit der Auslaßöffnung (33; 104) verbunden und im ersten Kanal eine verstellbare Drossel (45; 118) angeordnet ist und der Betätigungskolben (43» 109) sowie die Feder (39; 108 ) gegenseitig derart bemessen sind, daß der Verschlußkörper (37; 107) bei Erreichen eines vorgegebenen Bruchteils des vollen Be-

B09850/0270

- 14 -

-H-

triebsdrucks durch den Betätigungskorben entgegen der Kraft der Feder in die Öffnungslage umschaltbar ist.
2. Druckluftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Drossel (51) einen G-ewindea"bschnitt (52) im ersten Kanal (48) im Bereich der durch den Deckel (46) verschlossenen G-ehäuseseite (42) sowie mehrere, wahlweise in den Gewindeahschnitt einsetzbare Schraubstopfen (53, 54) mit Drosselkanälen (55, 5S) unterschiedlichen Minimaldurchmessers aufweist.
3. Druckluftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (118) eine in einem Abschnitt (117) des ersten Kanals (115) angeordnete, zwecks Änderung der Drosselwirkung drehbar im Deckel (113) gelagerte Ventilnadel (119) aufweist.

S09850/0270