DE3615369C2 - Sicherheitsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil, insbesondere ein 5/4-Wegeventil mit Zulauf-, zwei Arbeits- und zwei Rück­ laufanschlüssen für druckmittelbetätigte Arbeitsglieder, z. B. doppeltwirkende Zylinder von Pressen, mit zwei parallel ge­ schalteten über Vorsteuerventile betätigbaren Ventilspindeln mit je einem Arbeitskolben und einem Ventilkolben, wobei die letzteren über Kreuz miteinander gekoppelt sind sowie je einer Speicherkammer zur Druckmittelversorgung der Vor­ steuerventile, wobei jede Ventilspindel mit einem Steuer­ kolben mit zugehörigem Ventilsitz versehen ist.

Aus der DE-AS 11 87 485 ist ein Dreiwege-Doppelventil in Sicherheitsschaltung bekannt, dessen zwei Steuerkolben zwischen Arbeitsanschluß und Rücklaufanschluß parallel ge­ schaltet sind. Für Arbeitsglieder mit zwei Arbeitsanschlüssen und zwei Rücklaufanschlüssen ist dieses Ventil nicht geeignet.

Die DE-AS 20 02 890 zeigt ein doppeltes Dreiwege-Ventil als Sicherheitssteuerung, bei welchem Speicherkammern zur Druck­ mittelversorgung der Vorsteuerventile vorgesehen sind. Die beiden Ventilspindeln mit je einem Arbeitskolben und je einem Ventilteller sind über Kreuz miteinander verbunden und parallel geschaltet, so daß beim Ausfall einer Ventilspindel das durch das Sicherheitsventil gesteuerte Gerät zuverlässig abgeschaltet werden kann.

Die DE 27 56 240 C2 und das DD-Patent Nr. 38 890 zeigen je­ weils ein Sicherheitsventil mit parallel geschalteten Ven­ tilspindeln, die über Kreuz miteinander verbunden sind, so daß auch hier beim Ausfall einer Ventilspindel der durch das Sicherheitsventil gesteuerte Verbraucher zuverlässig abge­ schaltet werden kann.

Keines dieser letztgenannten drei Ventile ist vorgesehen für zwei Arbeitsanschlüsse und zwei Rücklaufanschlüsse.

Gegenüber dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsventil der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß auch doppelt beaufschlagte Vorrichtungen, wie z. B. doppeltwir­ kende Zylinder, beim Auftreten eines Fehlers zuverlässig abgeschaltet werden können.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Steuerkolben in einem den einen Arbeitsanschluß B mit dem einen Rücklaufanschluß S verbindenden Kanal in Reihe ge­ schaltet angeordnet sind, derart, daß dieser Kanal ge­ sperrt ist, wenn wenigstens einer der Steuerkolben sich in Schließstellung befindet.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 im Schnitt das erfindungsgemäße Ventil in Null-Stellung zeigt.

Fig. 2 zeigt das Ventil nach Fig. 1 im Schnitt in Schaltstellung.

Fig. 3 zeigt das Ventil nach den Fig. 1 und 2 im Schnitt bei einer Fehlschaltung.

Das Sicherheitsventil 10 nach Fig. 1 hat ein Gehäuse 12 und es wird verwendet zur Ansteuerung eines doppeltwirkenden Zylinders 14.

Das Gehäuse 12 ist mit einem Zulaufanschluß P, zwei Arbeitsanschlüssen A und B sowie zwei Rücklaufanschlüssen R und S versehen. Im Gehäuse sind zwei parallel geschaltete Ventilspindeln 16 eingebaut, von denen jede einen Arbeitskolben 18 und einen Ventilkolben 20 aufweist. Die beiden Ventilkolben 20 sind in ihrem mittleren Bereich mit einem Schaft 22 versehen, der einen geringeren Durchmesser als die Ventilkolben 20 selbst aufweist, so daß zwischen der Umfangsfläche des Schaftes 22 und der Innen­ wand des Gehäuses 12 jeweils ein Ringraum 24 gebildet wird.

Die Ventilkolben 20 arbeiten mit ihrem in der Zeichnung oberen Kolbenab­ schnitt mit Ventilsitzen 26 und mit ihrem in der Zeichnung unteren Kolben­ abschnitt mit Ventilsitzen 42 sowie 86 zusammen.

Die beiden Ringräume 24 sind über Kreuz miteinander verbunden, d. h. vom linken Ringraum 24 führt ein Kanal 28 in die Bohrung des rechten Ventil­ kolbens 20 und mündet in diese, unmittelbar vor dessen Ventilsitz. Ent­ sprechend führt vom rechten Ringraum 24 ein Kanal 30 in die Bohrung des linken Ventilkolbens 20 und mündet in diese, unmittelbar vor dessen Ventilsitz 26.

Jede der beiden Ventilspindeln 16 ist an ihrem zu dem jeweiligen Arbeits­ kolben 18 entgegengesetzten Ende mit einem Steuerkolben 32 versehen, von denen jeder mit einem im Gehäuse 12 ausgebildeten Ventilsitz 34 zusammen­ wirkt. Die Steuerkolben sind in Bohrungen im Gehäuse 12 geführt und jeder Steuerkolben 32 ist durch eine Druckfeder 38 in Schließrichtung, d. h. in Richtung zu den Ventilsitzen 34 ständig beaufschlagt.

Die Arbeitskolben 18 arbeiten mit Ventilsitzen 40 zusammen, wodurch die Verbindung vom Arbeitsanschluß A zum Rücklaufanschluß R geöffnet (wie in Fig. 1) oder geschlossen (wie in Fig. 2) werden kann.

Die beiden Steuerkolben 32 sind in Reihe hintereinandergeschaltet und sie liegen in einem Kanal 36, der vom Arbeitsanschluß B zum Rücklaufanschluß S führt. In Fig. 1 ist dieser Verbindungsweg von B nach S geschlossen, in Fig. 2 dagegen geöffnet.

Die Ventilkolben 20 öffnen und schließen wechselweise die Verbindung vom Zulaufanschluß P zum Arbeitsanschluß A sowie zum Arbeitsanschluß B. In Fig. 1 ist die Verbindung von P nach B geöffnet, die von P nach A ge­ schlossen, während in Fig. 2 die Verbindung von P nach B geschlossen und die Verbindung von P nach A geöffnet ist.

Das Sicherheitsventil 10 wird durch Vorsteuerventile 58 und 60 angesteuert, die handbetätigt, aber auch elektrisch, elektromagnetisch, mechanisch oder druckbetätigt sein können.

Dem Vorsteuerventil 58 ist eine Speicherkammer 44 und dem Vorsteuerventil 60 ist eine Speicherkammer 46 zugeordnet.

Die Speicherkammer 44 steht über eine Leitung 54 mit dem Vorsteuerventil 58 in Verbindung und sie ist ferner über eine Verbindungsbohrung 48 (Fig. 2) und einen Ringkanal 50 (Fig. 2) an den Kreuzkanal 30 angeschlossen.

Die Speicherkammer 46 steht über eine Leitung 56 mit dem Vorsteuerventil 60 in Verbindung und sie ist ferner über eine Verbindungsbohrung 48 und einen Ringkanal 52 (Fig. 2) an den Kreuzkanal 28 angeschlossen.

Über das Vorsteuerventil 58 und eine Leitung 62 kann der in der Zeichnung rechte Arbeitskolben 18 mit Druck beaufschlagt werden und über das Vor­ steuerventil 60 und eine Leitung 64 kann der in der Zeichnung linke Arbeitskolben 18 mit Druck beaufschlagt werden.

Die Speicherkammer 44 ist mit einem Entlüftungsventil 74 versehen, dessen Ventilkolben über eine vom Zulauf P abzweigende Zweigleitung 70 und eine Kammer 72 ständig durch den Zulaufdruck beaufschlagt ist.

Bei einem Ausfall der Druckversorgung öffnet das Entlüftungsventil 74 und die Speicherkammer 44 wird über eine Entlüftungsöffnung (Fig. 2) z. B. zur Atmosphäre entlüftet.

Das Druckmittel strömt vom Zulaufanschluß P in eine Zulaufkammer 66 und von dort aus, je nach Stellung der Ventilkolben 20, entweder zum Arbeitsanschluß B oder zum Arbeitsanschluß A.

Zwischen dem Zulauf P und der Zulaufkammer 66 ist ein federbelastetes Rückschlagventil 68 eingebaut, wodurch ein Rückschlag, d. h. ein Rück­ strömen des Druckmittels aus der Zulaufkammer 66 zum Zulauf P verhindert wird.

Der Arbeitsanschluß B des Sicherheitsventils 10 ist an eine Kammer 80 und der Arbeitsanschluß A ist an eine Kammer 78 des doppeltwirkenden Zylinders 14 angeschlossen, dessen Kolben 82 entweder über die Kammer 78 oder über die Kammer 80 mit Druck beaufschlagbar ist.

Der Arbeitsanschluß A ist über eine Kammer 84 entweder an den Zulaufan­ schluß P (Fig. 2) oder an den Rücklaufanschluß R (Fig. 1) je nach Stellung der Arbeitskolben 18 und der Ventilkolben 20 anschließbar.

Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil arbeitet folgendermaßen.

In der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung sind die beiden Vorsteuer­ ventile 58 und 60 geschlossen, d. h. die beiden Arbeitskolben 18 werden nicht mit Druck beaufschlagt. Die Ventilspindeln 16 werden durch die Druckfedern 38 in die in Fig. 1 gezeigte Schaltstellung gedrückt, in der die Verbindung vom Arbeitsanschluß A zum Rücklaufanschluß R ge­ öffnet, die Verbindung vom Zulaufanschluß P zum Arbeitsanschluß A je­ doch geschlossen ist. Hingegen ist die Verbindung vom Zulaufanschluß P zum Arbeitsanschluß B geöffnet, die Verbindung vom Arbeitsanschluß B zum Rücklaufanschluß S dagegen geschlossen.

Das Druckmittel kann somit vom Zulaufanschluß P über das Rückschlag­ ventil 68, das vom Druckmittel geöffnet wird, sowie über die Zulauf­ kammer 66 zum Arbeitsanschluß B und von dort in die Kammer 80 des Zylinders 14 strömen. Die Kammer 78 des Zylinders 14 ist über den Arbeitsanschluß A und die Kammer 84 zum Rücklaufanschluß R entlüftet. Der Arbeitsanschluß A ist mit der Kammer 78 über eine Leitung 88 und der Arbeitsanschluß B ist mit der Kammer 80 über eine Leitung 90 ver­ bunden.

Der Kolben des Zylinders 14 wird somit über den Arbeitsanschluß B mit Druck beaufschlagt und nimmt die in Fig. 1 gezeigte Stellung ein.

Sollte die Druckversorgung am Zulaufanschluß P ausfallen, d. h. kein Mediumdruck am Zulauf P mehr anstehen, so schließt das Rückschlagventil 68 und verhindert ein Abströmen des Druckmediums aus der Zulaufkammer 66. Eine Abströmung von B nach S über den Kanal 36 wird ebenfalls verhindert, da die beiden Ventilsitze 34 durch die Steuerkolben 32 geschlossen sind.

Eine Abströmung des Druckmittels zum Arbeitsanschluß A wird durch die Ventilkolben 20 gesperrt. Der Druck steht somit auch bei Ausfall der Druckversorgung am Arbeitsanschluß B und damit in der Kammer 80 des Zylinders 14 an, so daß der Kolben 82 in der in Fig. 1 gezeigten Position verbleibt, auch bei senkrechter Anordnung des Zylinders.

Bei dem genannten Ausfall der Druckversorgung am Anschluß P wird auch die Zweigleitung 70 und die Kammer 72 drucklos und das Entlüftungs­ ventil 74, das in Öffnungsrichtung z. B. durch eine nicht-gezeigte Feder belastet sein kann, öffnet und gibt seinen Ventilsitz frei, wodurch die Verbindung von der Speisekammer 44 zur Entlüftungsöffnung 76 herge­ stellt und die Speicherkammer 44 zur Atmosphäre entlüftet wird. Damit fällt die Druckversorgung für das Vorsteuerventil 58 aus und der rechte Arbeitskolben 18 kann trotz Betätigung des Vorsteuer­ ventils 58 nicht mit Druck beaufschlagt werden.

Selbst wenn jetzt das Vorsteuerventil 60 betätigt und damit der linke Arbeitskolben 18 mit Druck beaufschlagt wird und die linke Ventil­ spindel 16 in die in Fig. 2 gezeigte Position umschaltet, ergibt sich keine Änderung, da der Weg von B nach S nach wie vor durch den rechten Steuerkolben 32 gesperrt ist, während der Weg von B nach A durch den rechten Ventilkolben 20 gesperrt ist, da wie eben erwähnt, der rechte Arbeitskolben 18 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung verbleibt, da er nicht vom Vorsteuerventil 58 her mit Druck beaufschlagt werden kann.

Das Sicherheitsventil 10 kann erst wieder nach Beseitigung der Störung in Betrieb gesetzt werden.

Werden nun die beiden Vorsteuerventile 58 und 60 in die in Fig. 2 ge­ zeigte Schaltstellung umgeschaltet, so werden die Arbeitskolben 18 durch das in den Speicherkammern 44 und 46 vorhandene Druckmedium über die Vorsteuerventile und die Leitungen 62, 64 mit Druck beaufschlagt, wodurch die Ventilspindeln die in Fig. 2 gezeigte Position einnehmen.

In dieser Position ist die Verbindung von B nach S über den Kanal 36 und die geöffneten Ventilsitze 34 frei, so daß das Druckmittel aus der Kammer 80 des Zylinders 14 abströmen kann. Die Ventilsitze 42 sind durch die Kolben 20 geschlossen.

Das Druckmittel strömt vom Zulauf P über die geöffneten Ventilsitze 86 in die Ringräume 24 und von dort über die Kreuzkanäle 28 bzw. 30 und durch die geöffneten Ventilsitze 26 in die Kammer 84 und von dort zum Arbeitsanschluß A. Die Verbindung von A zum Rücklaufanschluß R ist durch die Arbeitskolben 18 gesperrt. Vom Arbeitsanschluß A wird der Kolben 82 über die Leitung 88 und die Kammer 78 des Zylinders 14 mit Druck beauf­ schlagt, so daß er die in Fig. 2 gezeigte Position einnimmt.

In Fig. 3 ist eine Fehlschaltung des Sicherheitsventils 10 dargestellt. Wird z. B. nur das Vorsteuerventil 58 betätigt oder bleibt es in betätigter Stellung hängen, so wird der rechte Arbeitskolben 18 mit Druck beauf­ schlagt und die rechte Ventilspindel in Fig. 3 geht in Arbeitsstellung. Da der linke Arbeitskolben 18 nicht mit Druck beaufschlagt wird, bleibt die linke Ventilspindel in Fig. 3 in Rufiestellung. Als Folge hiervon wird die Speicherkammer 46 über die Verbindungsbohrung 48, den Ring­ kanal 52, den offenen Ventilsitz 26 des rechten Ventilkolbens 20, den Kanal 84 und den offenen Ventilsitz 40 des linken Arbeitskolbens 18 zum Rücklaufanschluß R entlüftet. Die Speicherkammer 46 wird damit drucklos.

Dies hat zur Folge, daß nun selbst bei Betätigung des Vorsteuerventils 60 der linke Arbeitskolben 18 nicht mehr mit Druck beaufschlagt werden kann, da in der Speicherkammer 46 kein Druck mehr zur Verfügung steht. Die linke Ventilspindel in Fig. 3 kann damit trotz Betätigen des Vorsteuer­ ventils 60 nicht mehr umgeschaltet und in Schaltposition gebracht werden.

Der Arbeitsanschluß A, der über den Kanal 84 zum Rücklaufanschluß R entlüftet ist, bleibt somit drucklos. Die Verbindung von P nach A ist durch den linken Ventilkolben 20 gesperrt.

Der Arbeitsanschluß B hingegen ist über die Zulaufkammer 66 und den offenen Ventilsitz 42 des linken Arbeitskolbens 20 vom Zulauf P her über das Rückschlagventil 68 mit Druck beaufschlagt.

Obgleich der Ventilsitz 34 des rechten Steuerkolbens 32 geöffnet ist, bleibt die Verbindung vom Arbeitsanschluß B zum Rücklaufanschluß S über den Kanal 36 gesperrt, da der Ventilsitz 34 durch den linken Steuer­ kolben 32 gesperrt ist.

Über den Arbeitsanschluß B wird somit der Druck in der Kammer 80 des Zylinders 14 aufrechterhalten, während die Kammer 78 über den Arbeits­ anschluß A entlüftet ist. Der Kolben 82 des Zylinders 14 verbleibt somit in der in Fig. 3 dargestellten Position.

Wie vorstehend dargelegt, kann das Sicherheitsventil auch bei Betätigung der Vorsteuerventile nicht mehr umgeschaltet werden. Es kann erst wieder in Betrieb genommen werden, wenn die Störung beseitigt ist, d. h. im vorbeschriebenen Fall muß zunächst die Druckversorgung am Zulauf P ab­ geschaltet und die Vorsteuerventile 58, 60 müssen in ihre Ruhestellung gebracht werden. Die beiden Ventilspindeln werden nach Abschaltung der Druckversorgung durch die Federn 38 in ihre in Fig. 1 gezeigte Ruhe­ stellung geschaltet.

Nach Einschaltung der Druckversorgung kann dann das Sicherheitsventil wieder in Betrieb genommen werden.

Es wurde nur eine beispielsweise Fehlschaltung beschrieben, dieselben Folgen treten aber auch ein, wenn statt des Vorsteuerventils 58 nur das Vorsteuerventil 60 betätigt wird, oder wenn eine der Ventilspindeln in irgendeiner Position zwischen der Ruhestellung und der Schaltstellung hängenbleibt.

Das vorbeschriebene 5/2-Wegeventil besteht somit aus zwei Ventilsystemen, die sich gegenseitig überwachen, wobei keine zusätzliche externe Schalt­ stellungsüberwachung oder zusätzliche Sicherheitsglieder erforderlich sind. Die Überwachung erfolgt in der Weise, daß, wenn bei einem der beiden Ventilsysteme ein Fehler auftritt, das andere Ventilsystem nicht in Schaltstellung gebracht werden kann, ehe der Fehler beseitigt ist.

Claims (4)

1. Sicherheitsventil, insbesondere 5/4-Wegeventil mit Zulauf-, zwei Arbeits- und zwei Rücklaufanschlüssen für druckmittelbetätigte Arbeitsglieder, z. B. doppelt­ wirkende Zylinder von Pressen, mit zwei parallel ge­ schalteten über Vorsteuerventile betätigbaren Ventil­ spindeln mit je einem Arbeitskolben und einem Ventil­ kolben, wobei die letzteren über Kreuz miteinander ge­ koppelt sind sowie je einer Speicherkammer zur Druck­ mittelversorgung der Vorsteuerventile, wobei jede Ventilspindel mit einem Steuerkolben mit zugehörigem Ventilsitz versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolben (32) in einem den einen Arbeitsanschluß (B) mit dem einen Rücklaufanschluß (S) verbindenden Kanal (36) in Reihe geschaltet angeordnet sind, der­ art, daß der Kanal (36) gesperrt ist, wenn wenigstens einer der Steuerkolben (32) sich in Schließstellung befindet.

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerkolben (32) ständig durch eine Feder (38) in Schließrichtung der Ventilspindeln (16) beaufschlagt sind.

3. Sicherheitsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zulaufanschluß (P) ein Rückschlagventil (68) liegt, um den Druck bei Ausfall der Druckmittelzufuhr aufrechtzuerhalten.

4. Sicherheitsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Speicherkammern (44 oder 46) mit einem bei Ausfall der Druckmittelzufuhr öffnenden Entlüftungs­ ventil (74) versehen ist, das vom Zulaufanschluß (P) her in Schließ­ richtung durch das Druckmittel beaufschlagt ist.