DE4221756A1 - Sicherheitsschaltung für hydraulische Verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschaltung für hydraulische Verbraucher wie z. B. einer Kupplungs­ /Bremskombination einer hydraulischen Presse, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aufgabe einer solchen Sicherheitsschaltung ist es, risiko­ reiche Situationen für die Bedienungsperson des hydrauli­ schen Verbrauchers bzw. über Gebühr gefährdende Situationen, welche sich durch eine Ventil-Fehlfunktion ergeben können, zuverlässig auszuschließen und bei Auftreten eines Fehlers eine Fehlererkennung zu ermöglichen. Mit anderen Worten soll die Sicherheitsschaltung eine hohe Eigensicherheit bezüglich der Schaltfunktionen und der Fehlererkennung in der dem Ver­ braucher zugeordneten Ventilanordnung bereitstellen.

In diesem Zusammenhang sind bereits eine Reihe von Sicher­ heitsregeln aufgestellt worden, nach denen zu vorbestimmten Zeitpunkten, beispielsweise nach jedem Hub einer Presse, eine zyklische Überprüfung der Schaltventilanordnung erfol­ gen muß. Ferner ist es aus Sicherheitsgründen bei der Bedie­ nung derartiger Verbraucher erforderlich, daß die Hydrau­ likschaltung bzw. die Ventilanordnung für die Ansteuerung des Verbrauchers eine immanente Bediensicherheit dahingehend hat, daß beim Auftreten eines Fehlers bzw. einer Fehlfunk­ tion der Schaltung selbsttätig ein Schaltungszustand ein­ tritt, der eine Gefahrensituation auch bei aktiver Betäti­ gung des Verbrauchers durch eine Bedienungsperson in jedem Fall ausschließt. Im einzelnen muß beim Auftreten eines Feh­ lers ein Durchlaufen oder Fehlanlaufen der Presse vermieden werden und der Ausfall eines Bauteils bzw. eines Ventils darf keine gefährliche Bewegung der Presse, beispielsweise einen Schließhub zur Folge haben.

Man hat bereits Sicherheitsschaltungen für den vorstehend beschriebenen Zweck konzipiert. Dabei ordnet man dem Ver­ braucher eine vorgesteuerte Hauptventilanordnung mit zwei Ventilen zu, wobei die Überwachung der Ventilanordnung der­ art erfolgt, daß dann, wenn eines der beiden Ventile in ei­ nem vorbestimmten Betriebszustand eine Sollage nicht er­ reicht, ein weiterer Betrieb des Verbrauchers nicht mehr möglich ist.

Bei pneumatischen Systemen kann die Überwachung der Ventile und damit der Schaltung dadurch erfolgen, daß der Druck­ aufbau in den Steuerkammern der Hauptventile dynamisch über­ wacht wird. Bei hydraulischen Systemen erweist sich aller­ dings aus physikalischen Gründen eine solche Überwachung als schwierig.

Bei einer bereits im Einsatz befindlichen Sicherheitsschal­ tung für hydraulische Systeme ist vorgesehen, daß sich zwei Hauptventilkolben in einer bestimmten Schaltstellung, die bei einem Arbeitszyklus des Verbrauchers immer wieder, d. h. zyklisch eingenommen wird, bei voll funktionsfähigem Ventil­ system aneinander abstützen. Sollte eines der Hauptventile durch einen mechanischen oder schaltungstechnischen Fehler diese Anlagestellung am anderen Ventilkolben nicht errei­ chen, so bewegt sich der ordnungsgemäß zurückbewegte Haupt­ ventilkolben über die gewöhnlicherweise durch den Anschlag definierte Sollposition hinaus in eine separate Sicherheits­ schaltstellung, d. h. eine separate sogenannte "Fail-Safe"- Stellung, wonach eine weitere Betätigung des Verbrauchers wie z. B. der Presse nicht mehr möglich ist. Es erfolgt hierbei zwar eine Überwachung der Ventilanordnung, aller­ dings ist der schaltungstechnische Aufwand und die Steuer­ kantengestaltung in diesem Fall relativ komplex.

Diese Sicherheitsschaltung benötigt im einzelnen zum einen ein verhältnismäßig komplexes Ventilgehäuse, in dem beide Hauptventilkolben mit lagemäßiger Abstimmung aufeinander und vorzugsweise mit Fluchtung aufgenommen werden müssen. Auf­ grund der hier vorliegenden, hydro-mechanischen Überwachung mit gesonderter Fail-Safe-Stellung liegt auch grundsätzlich eine höhere Störanfälligkeit vor. Schließlich ist das Ein­ satzgebiet der bekannten Sicherheitsschaltung aufgrund der separaten Fail-Safe-Stellung auf die Überwachung von Venti­ len mit zwei Schaltstellungen, d. h. 2-Wegeventilen be­ schränkt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Si­ cherheitsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die sich bei möglichst einfachem Aufbau durch ein Höchstmaß an Betriebs Zuverlässigkeit auszeichnet und die Schaltrichtung der Ventile in keiner Weise einschränkt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß erfolgt nach wie vor eine gegenseitige Über­ wachung der Hauptventilkolben, allerdings rein hydraulisch. Es sind dementsprechend weder elektrische noch mechanische Endschalter erforderlich und dem Kolben wird keinerlei "me­ chanische" Funktion übertragen. Die Anordnung wird dadurch zusätzlich vereinfacht, daß die Hauptventilkolben entweder in gesonderten Gehäusen oder in gesonderten Gehäusebohrungen angeordnet werden können. Es ist daher möglich, die Kolben mit einem minimalen Verbohrungsaufwand beliebig anzuordnen. Die Grundstellung der beiden Hauptventile wird bei zyk­ lischer Ansteuerung der Verbraucher auch zyklisch erreicht, so daß die Funktionsfähigkeit der Ventilkomponenten eben­ falls zyklisch und automatisch mit dem Betrieb der Ventilan­ ordnung überwacht wird. Dabei ist nach wie vor in die Ven­ tilfunktion eine Fehlererkennungsfunktion integriert und zwar derart, daß beim Hängenbleiben eines der beiden Ventile in irgendeiner Position in jedem Falle ein Ansprechen der Sicherheitsschaltung, d. h. eine Sperrung der weiteren An­ steuerung des Verbrauchers gewährleistet ist. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die von den Hauptventilen zu erreichende Grundstellung nicht unbedingt eine Anschlag­ stellung der Hauptventilkolben darstellen muß. Es ist gleichermaßen möglich, diese Grundstellung zwischen zwei Schaltstellungen vorzusehen. Die Hauptventile können somit aus der Grundstellung heraus in zwei Richtungen geschaltet werden, so daß das Einsatzgebiet der Sicherheitsschaltung auch auf 3-Wegeventile wie z. B. auf 4/3-Wegeventile erwei­ tert werden kann. Die Vorsteuerventile stellen in diesem Fall Richtungsventile dar. Wenn also die Ventilfunktion ei­ nes der beiden Hauptventile fehlerhaft ist, schließt die er­ findungsgemäße Sicherheitsschaltung das Einnehmen einer neuen Schaltfunktion aus, wodurch ein Fehlbetrieb des Ver­ brauchers ohne das Vorsehen einer gesonderten "Fail-Safe"- Stellung ausgeschlossen wird.

Die erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich gleichermaßen für den Fall erzielen, daß die Hauptventile aktiv, d. h. durch Druckaufbau geschaltet werden, wie für den Fall der passiven Schaltung, bei der der Schaltvorgang durch eine Entlastung einer Ventilkolbenfläche eingeleitet wird.

Einen besonders einfachen Aufbau der Sicherheitsschaltung erreicht man mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 3. Die Hauptventile können auf diese Weise verhältnismäßig kom­ pakt ausgebildet werden, da für die gegenseitige Sicher­ heitsüberwachung der beiden Hauptkolben lediglich eine zu­ sätzliche Steuerkante für die Durchschaltung der Steuer­ flüssigkeit zum anderen Hauptventil und eine weitere Steuer­ kante für das wahlweise Sperren oder Entlasten der vom je­ weils anderen Hauptventil kommenden Steuerflüssigkeit vor­ gesehen werden müssen.

In allen Positionen der beiden Hauptventile muß zur sicheren Überwachung der Schaltung entweder die Selbsthemmung und/oder die Hemmung des anderen Hauptventils möglich sein. Voraussetzung für die Selbsthemmung ist ein Durchschalten der eigenen Steuerflüssigkeit. Für die Hemmung des anderen Ventils ist eine Entlastung der vom anderen Ventil ankommen­ den Steuerleitung zum Tank erforderlich. Um ein Hängenblei­ ben des Hauptventils im Übergangsbereich zwischen der Grundstellung und einer weiteren Schaltstellung zu erkennen, ist es wünschenswert, in diesem Übergangsbereich beide vor­ stehend erwähnten Verbindungen durchzuschalten. Dies gelingt am einfachsten durch eine entsprechende negative Überdeckung der Steuerkanten für den Steuerdruck. Eine Zwischenposition, deren Hängenbleiben nicht erkannt werden könnte kann nicht mehr auftreten. Dieser Bereich der negativen Überdeckung der Steuerkanten kann aufgrund des erfindungsgemäßen Konzepts der Ventilüberwachung ohne weiteres dynamisch durchfahren werden. Es wird somit dynamisch eine Art "Fehlschaltung" überfahren, die allerdings statisch dann als Fehlschaltung erkannt wird. Vorzugsweise wird die Grundstellung des Haupt­ ventils so gelegt, daß der zugehörige Kolben die Position zum Verschließen der die Eigenhemmung steuernden Steuerkante mit "Anlauf" erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der üb­ rigen Unteransprüche.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Sicherheitsschaltung;

Fig. 2 ein modifiziertes Blockschaltbild der Ausführungs­ form nach Fig. 1 mit Darstellung der Übergangsstellungen des Ventils;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Sicherheitsschaltung mit passiv schaltenden Ventilen; und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Si­ cherheitsschaltung mit hydraulisch überwachten 3-Wege-Haupt­ ventilen.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Sicherheits­ schaltung für einen hydraulischen Verbraucher mit den An­ schlüssen A und B bezeichnet. Bei diesem Verbraucher handelt es sich beispielsweise um eine Kupplungs-Brems-Kombination bei einer hydraulischen Presse. Im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel ist allerdings der Anschluß B über eine Ver­ bindungsleitung 12 mit dem Anschluß A gekoppelt, so daß le­ diglich ein einfach wirkender Verbraucher vorliegt. Der Ver­ braucher A wird so geschaltet, daß er wechselweise entweder mit System- oder Pumpendruck P gespeist oder zum Tank entla­ stet wird.

Die Sicherheitsschaltung 10 hat die Aufgabe, die Schaltfunk­ tionen abzusichern und eine automatische Fehlererkennung bei der Ansteuerung des Verbrauchers, die durch fehlerhafte Ven­ tilfunktionen hervorgerufen wird, bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist die Sicherheitsschaltung wie folgt aufgebaut:

Die Systemdruckleitung 14 ist über zwei in Reihe geschaltete Hauptventile 16, 18 geführt, denen jeweils ein elektrisch angesteuertes Vorsteuerventil 20, 22 zugeordnet ist. Die Hauptventile 16, 18 sind rein hydraulisch angesteuert, und zwar auf der einen Seite über Steuerteile 24, 26 und auf der anderen Seite über Steuerteile 28, 30.

Bei den Wegeventilen handelt es sich jeweils um ein Wegeven­ til mit zwei Schaltstellungen. Es soll jedoch bereits an dieser Stelle hervorgehoben werden, daß die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung gleichermaßen für ein Mehrwegeventil, beispielsweise ein 3-Wegeventil anwendbar ist. Die Steuer­ teile 28, 30 bzw. Steuerflächen haben im Vergleich zu den Steuerteilen bzw. Steuerflächen 24, 26 einen größeren Wirk­ durchmesser, so daß auf beiden Seiten der Hauptventilkolben der gleiche Stelldruck, nämlich der Pumpendruck genutzt wer­ den kann.

Eine Stellfeder 32 bzw. 34 spannt die Wegeventile 16, 18 in die gezeigte Ausgangsstellung bzw. Grundstellung G vor, in der die betreffenden Anschlüsse P und A gesperrt und die An­ schlüsse T und B jeweils durchgeschaltet sind.

Die Arbeitsschaltstellung ist mit S bezeichnet. Diese Schaltstellung stellt die Systemdruck-Durchschaltestellung dar, in der der Anschluß B gesperrt ist.

Bezüglich der Versorgung des Verbrauchers A, B mit Pumpen­ druck liegt eine Serienschaltung der Ventile 16, 18 vor, be­ züglich der Entlastung des Verbrauchers A, B zum Tank T sind die Hauptventile 16, 18 parallelgeschaltet. Die zugehörigen Entlastungsleitungen sind mit 36 und 38 bezeichnet.

Die Vorsteuerventile 20, 22 sind als 3/2-Wegeventile ausge­ führt, die durch die Kraft einer Rückstellfeder in einer die Stellteile 28, 30 zum Tank entlastenden Stellung gehalten sind. Die zum Tank T führende Entlastungsleitung ist mit 44 bezeichnet. In der zweiten Schaltstellung der Vorsteuerven­ tile 40, 42 wird die mit 46 bzw. 48 bezeichnete Steuerdruck­ leitung an die Systemdruck P führende Stelldruckleitung 50 bzw. 52 angeschlossen. Die gemeinsame Versorgungsleitung für die Leitungsabschnitte 50, 52 ist mit 54 bezeichnet.

Neben den Anschlüssen A, B, P und T haben die Hauptventile weitere Anschlüsse X1, X2 und X3. In der Grundstellung G der Hauptventile 16, 18 sind die Anschlüsse X1 und X2 durchge­ schaltet und der Anschluß X3 gesperrt. In der Arbeits- Schaltstellung S sind die Anschlüsse X1 und X2 gesperrt und der Anschluß X3 mit dem Anschluß T verbunden.

Zum Anschluß X1 führt eine von der Steuerdruckleitung 46 bzw. 48 abzweigende Steuerdruck-Zweigleitung 56 bzw. 58, während vom Anschluß X2 des Ventils 16 zum Anschluß X3 des Ventils 18 eine erste Steuerdruck-Verbindungsleitung 60 und vom Anschluß X2 des Hauptventils 18 zum Anschluß X3 des Hauptventils 16 eine zweite Steuerdruck-Verbindungsleitung 62 geführt ist.

Die Funktionsweise der Sicherheitsschaltung gemäß Fig. 1 ist folgende:

Wenn der Verbraucher A mit Pumpendruck bzw. Systemdruck P gespeist werden soll, werden die magnetbetätigten Vorsteuer­ ventile 20, 22 gleichzeitig angesteuert, so daß die zugehö­ rigen Ventilkolben gegen die Kraft der Rückstellfedern 40 bzw. 42 in die Schaltstellung D verschoben werden. Damit werden die Steuerdruckleitungen 46 und 48 mit Stelldruck be­ aufschlagt, da die zugehörige Steuerdruck-Zweigleitung 56 bzw. 58 zwar über das Hauptventil 16 bzw. 18 mit der zugehö­ rigen Verbindungsleitung 60 bzw. 62 verbunden, am Anschluß X3 des anderen Hauptventils 18 bzw. 16 jedoch abgesperrt ist. An den Stellteilen 28 und 30 kann sich dementsprechend ein ausreichend hoher Stelldruck aufbauen, mit dem der zugehörige Ventilkolben gegen die Kraft der Feder 32 bzw. 34 und der Druckkraft am Stellteil 24 bzw. 26 verschoben wird.

Die Hauptventile 16 und 18 werden dementsprechend in die Ar­ beits-Schaltstellung S bewegt, in der der Anschluß X1 ge­ schlossen und der Anschluß X3 geöffnet wird. Die Ventilfunk­ tion ist fehlerfrei.

Bei Umsteuerung der Vorsteuerventile 20 bzw. 22 wird der Druck an den Stellteilen 28 bzw. 30 abgebaut, so daß die Hauptventile 16 und 18 bei fehlerfreier Funktion der Ven­ tilanordnung in die Grundstellungen G zurückkehren, und zwar selbst dann, wenn eine der Federn 32, 34 brechen sollte. Bei voll funktionsfähiger Ventilanordnung bewegen sich somit die Hauptventile 16 und 18 synchron aus der gleichen Grundstell­ lung G heraus in die Schaltstellung. Zur Begrenzung der hierbei fließenden Steuerflüssigkeit ist in die betreffende Stelldruckleitung 50 bzw. 52 jeweils eine Drossel 64 bzw. 66 eingebaut.

Solange beide Hauptventile 16 und 18 immer wieder ihre Grundstellung G erreichen, läuft der vorstehend beschriebene Funktionsablauf ab. Für den Fall allerdings, daß bei einem Ansteuervorgang eines der Ventile in der Arbeits-Schaltstel­ lung hängen bleiben sollte, so ergibt sich folgende Wir­ kungsweise:

Es sei angenommen, daß beispielsweise das Wegeventil 16 durch eine Fehlfunktion in der Schaltstellung S hängen­ geblieben ist. Das Wegeventil 18 ist in die Grundstellung G zurückgekehrt. Am Verbraucher A wird diese Fehlstellung zunächst nicht erkannt, da am Wegeventil 18 die Verbindung zwischen dem Anschluß P und dem Anschluß A unterbrochen ist und der Verbraucher über die Verbindung zwischen den An­ schlüssen B und T am Ventil 18 über die Leitung 38 entlastet ist.

Wenn jetzt die beiden Vorsteuerventile 20, 22 betätigt wer­ den, erkennt die Sicherheitsschaltung die Fehlstellung des Hauptventils 16 dadurch, daß sich im Stellteil 30 des Wege­ ventils 18 kein Stelldruck aufbauen kann. Dieser wird näm­ lich aufgrund der Durchschaltung von X1 nach X2 am Wegeven­ til 18 über die Steuerdruckverbindungsleitung 60 durch die Verbindung von X3 zum Anschluß T am Ventil 16 zum Tank ent­ lastet. Das Hauptventil 18 bleibt folglich in der Grundstel­ lung G und verhindert eine Verbindung des Pumpenanschlusses P mit dem Verbraucheranschluß A. Das gleiche gilt, wenn eine Fehlfunktion des Hauptventils 18 auftreten sollte.

Die vorstehend beschriebene Sicherheitsschaltung beruht folglich auf dem Prinzip einer ständigen, gegenseitigen Überwachung der beiden Hauptventile 16 und 18, wobei die Fehlererkennung sofort wirksam wird, falls eines der Haupt­ ventile die Grundstellung G fehlerhafterweise nicht errei­ chen sollte. Mit anderen Worten, es findet eine gegenseitige hydraulische Überwachung der Hauptkolben statt, mit der Mög­ lichkeit, die Hauptkolben 16, 18 baulich zu trennen und die Fehlerüberwachung dadurch vorzunehmen, daß das nicht fehler­ hafte Ventil in der Grundstellung G, und nicht in einer be­ sonderen Fail-Safe-Stellung gehemmt wird.

Grundsätzlich ist es möglich, daß ein Hauptventilkolben in jeder Position durch Auftreten eines Fehlers hängen bleibt. Um die vorstehend beschriebene Überwachungsfunktion für alle diese Fälle zu garantieren, muß in jeder denkbaren Position entweder die Selbsthemmung des betreffenden Hauptventils über die Durchschaltung der Anschlüsse X1 und X2 und/oder die Hemmung des jeweils anderen Hauptventils über die Durch­ schaltung des Anschlusses X3 zum Tank T möglich sein. Um auch ein Hängenbleiben der Hauptventilkolben im Übergangsbe­ reich zwischen den Schaltstellungen zu erkennen, müssen in diesem Übergangsbereich folglich beide Verbindungen durchge­ schaltet sein. Denn für den Fall, daß in der Übergangsstel­ lung sowohl die Verbindung von X1 nach X2 als auch die Ver­ bindung von X3 zum Tank T bei einem Ventil verschlossen wäre, würde die Schaltungsanordnung dies so interpretieren, als habe das Ventil die Grundstellung erreicht. Denn der Sy­ stemdruckanschluß P ist verschlossen und es würde über das andere Ventil eine Entlastung des Anschlusses A zum Tank T erfolgen.

Wenn diese Fehlposition zyklisch angefahren wird, kann das Hängenbleiben des Ventils in dieser Zwischenposition nicht erkannt werden, da sich aufgrund des Verschlusses des An­ schlusses X1 der Steuerdruck in der Steuerdruckzweigleitung nicht abbauen kann und dementsprechend am betreffenden Ven­ til keine Selbsthemmung möglich ist. Wenn jetzt am anderen Ventil ein Fehler auftritt, kann dieser aufgrund der Absperrung des Anschlusses X3 nicht erkannt werden und dem­ gemäß wäre die geforderte Sicherheit, d. h. die doppelte Ab­ sicherung des Verbrauchers nicht mehr gewährleistet. Diese Konstellation ist zwar verhältnismäßig unwahrscheinlich, gleichwohl kann mit der nachfolgend näher beschriebenen wei­ teren Ausführungsform selbst eine solche Fehlfunktion wirk­ sam abgesichert werden:

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht grundsätzlich derjenigen der Fig. 1. Gleiche Elemente und Schaltungsteile werden deshalb bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen, denen allerdings eine "1" vorangestellt ist. Um Wiederholungen zu vermeiden werden diese Komponenten nachfolgend auch nicht näher beschrieben.

Die Besonderheit der Darstellung nach Fig. 2 besteht darin, daß die im Bereich der beiden Hauptventile 116 und 118 beim Übergang von der Grundstellung G zur Arbeits-Schaltstellung S vorgesehen negative Überdeckung der Steuerkanten zwischen X1 und X2 einerseits und zwischen X3 und T andererseits durch die Zwischenschaltstellungen S1 und S2 in Fig. 2 ange­ deutet ist. Man erkennt, daß in der Zwischenstellung S1 die Verbindung von X1 nach X2 noch genügend geöffnet ist, um den in der Leitung 156 bzw. 158 sich aufbauenden Druck PX zu entlasten und daß andererseits bereits in dieser Schalt­ stellung der Anschluß X3 genügend weit zum Tankanschluß T aufgesteuert ist, um den Druck in der vom anderen Ventil kommenden Steuerdruck-Verbindungsleitung 160 bzw. 162 aus­ reichend zu entlasten. Um zu verhindern, daß sich die Ven­ tile 116 und 118 beim gleichzeitigen Schalten durch Ansteue­ rung der Vorsteuerventile 120, 122 gegenseitig ihren Steuer­ druck entlasten, werden die Hauptventilkolben derart ange­ steuert, daß die Zwischenschaltstellung S1 dynamisch über­ fahren wird. Mit anderen Worten, der Kolben erreicht die Po­ sition S2, in der die Steuerkante X1 geschlossen ist quasi "mit Anlauf". Dynamisch wird damit eine Fehlschaltung über­ fahren, während diese statisch als Fehlschaltung erkannt wird.

Es konnte gezeigt werden, daß bei einer realistischen Schaltzeit von etwa 20 ms und einem Steuerölvolumen von ca. 4 cm³ in der Übergangsschaltstellung 51 noch genügend Steu­ erölstrom mit ausreichend geringem Druckabfall durchge­ schaltet werden konnte, um die Sicherheitsfunktion erfüllen zu können. Dabei ist es allerdings von Vorteil, die Stau­ drücke an den Anschlüssen X1 und X3 kleiner zu halten als den Schaltdruck des Ventils, damit auch bei Bruch einer Fe­ der 132 bzw. 134 das Ventil in die Grundstellung G zurück­ bewegt werden kann.

Um die Zwischenschaltstellungen mit negativer Überdeckung dynamisch durchfahren zu können, wird die Grundstellung G der Hauptventile 16, 18 bzw. 116, 118 so gelegt, daß der Kolben bei Erreichen und beim Durchfahren der Zwischenstel­ lungen S1 und S2 bereits eine ausreichend hohe Geschwindig­ keit hat. Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Sicherheits­ schaltung ist dies ohne weiteres möglich, da die Grundstel­ lung G keine mechanische Anschlagstellung darstellen muß. Die Grundstellung G kann sich sogar zwischen zwei Arbeits- Schaltstellungen befinden, so daß das Ventil auch als 3-We­ geventil ausgebildet werden kann. Im übrigen arbeitet die Sicherheitsschaltung der Fig. 2 in der gleichen Weise wie diejenige gemäß Fig. 1.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen Hauptventile in der Ausgestaltung als 7/2-Wegeventile. Eine Möglichkeit der Variation besteht beispielsweise darin, die Anschlüsse A und B zusammenzufassen, so daß dann ein 6/2-We­ geventil geschaffen wird. Ein 7/2-Wegeventil und ein 6/2-We­ geventil können auch in einer Sicherheitsschaltung kombi­ niert werden. Auch ist die Ausführung als 7/3-Wegeventil möglich.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele arbeiten mit sogenannter aktiver Schaltung, bei der die Verschiebung der Hauptventilkolben aus der Ausgangsstellung in die wei­ tere Schaltstellung durch Druckaufbau an einer Ventilkolben­ fläche eingeleitet wird. Fig. 3 zeigt eine passiv schal­ tende Ausführungsform, bei der der Schaltvorgang durch Ent­ lasten der Ventilkolbenfläche erfolgt. Abgesehen davon, daß diese Variante mehr Steuerkanten als bei aktiver Schaltung benötigt, entspricht sie weitgehend und funktionell den vor­ stehend beschriebenen Ausgestaltungen, so daß für vergleich­ bare Bauelemente Bezugszeichen verwendet werden, die sich von den Zeichen der Fig. 1 durch eine vorangestellte "2" unterscheiden.

Man erkennt, daß die Hauptventile 216, 218 als 8/2-Wegeven­ tile ausgeführt sind, deren Steuerteile mit 224 bis 230 be­ zeichnet sind. In der Grundstellung G der Hauptventile sind beide Steuerteile 224 und 228 bzw. 226 und 230 mit Druck p beaufschlagt und die Ventilschieber werden durch die Kraft der Stellfedern 232, 234 in Lage gehalten.

Die Vorsteuerventile 220, 222, welche wiederum als 3/2-Wege­ ventile ausgebildet sind, sind bei der gezeigten Variante an die Steuerteile 224, 226 angeschlossen, und zwar über die Steuerdruckleitungen 246, 248, in denen jeweils eine Drossel 264 bzw. 266 liegt. Die gemeinsame Systemdruck-Versorgungs­ leitung ist mit 254 und die gemeinsame, zum Tank führende Entlastungsleitung ist mit 244 bezeichnet. Verbindungs-Steu­ erleitungen zwischen den in Reihe geschalteten Hauptventilen 216, 218 sind mit 260, 262 bezeichnet. Jede dieser Leitungen führt von dem Anschluß X2 des einen Hauptventils zum An­ schluß X3 des anderen Hauptventils. Ein weiterer Anschluß ist mit X4 bezeichnet und dieser ist über einen Leitungsab­ schnitt 270 bzw. 272 an die gemeinsame, Pumpendruck führende Steuerleitung 252 angeschlossen.

Zur Ansteuerung des Verbrauchers A werden die Vorsteuerven­ tile 220, 222 gleichzeitig angesteuert, so daß die zugehöri­ gen Ventilkolben in die Schaltstellung T verschoben werden. Die Leitungen 246, 248 werden über die Drossel 264 bzw. 266 entlastet da die zugehörige Steuerdruck-Zweigleitung 256 bzw. 258 zwar über das Hauptventil 216 bzw. 218 mit der zugehörigen Verbindungsleitung 262 bzw. 260 verbunden, am Anschluß X3 des anderen Hauptventils 218 bzw. 216 jedoch ab­ gesperrt ist. An den Stellteilen 224 und 226 kann dement­ sprechend der Stelldruck weit genug abgesenkt werden, damit der zugehörige Ventilkolben gegen die Kraft der Feder 232 bzw. 234 und der Druckkraft am Stellteil 228 bzw. 230 ver­ schoben wird. Die Hauptventile 216 und 218 werden dement­ sprechend in die Arbeits-Schaltstellung S bewegt, in der der Anschluß X1 geschlossen und der Anschluß X3 zum Anschluß X4 geöffnet wird. Die Ventilfunktion ist fehlerfrei.

Bei Umsteuerung der Vorsteuerventile 220 bzw. 222 wird der Druck an den Stellteilen 224 bzw. 226 wieder aufgebaut, so daß die Hauptventile 216 und 218 bei fehlerfreier Funktion der Ventilanordnung in die Grundstellungen G zurückkehren . . Solange beide Hauptventile 216 und 218 immer wieder ihre Grundstellung G erreichen, läuft der vorstehend beschriebene Funktionsablauf ab. Für den Fall allerdings, daß bei einem Ansteuervorgang eines der Ventile in der Arbeits-Schaltstel­ lung hängen bleiben sollte, so ergibt sich folgende Wir­ kungsweise:

Es sei angenommen, daß beispielsweise das Wegeventil 216 durch eine Fehlfunktion in der Schaltstellung S hängen­ geblieben ist. Das Wegeventil 218 ist in die Grundstellung G zurückgekehrt. Am Verbraucher A wird diese Fehlstellung zunächst nicht erkannt, da am Wegeventil 218 die Verbindung zwischen dem Anschluß P und dem Anschluß A unterbrochen ist und der Verbraucher über die Verbindung zwischen den An­ schlüssen B und T am Ventil 218 über die Leitung 38 entla­ stet ist.

Wenn jetzt die beiden Vorsteuerventile 220, 222 betätigt werden, erkennt die Sicherheitsschaltung die Fehlstellung des Hauptventils 216 dadurch, daß der Druck am Stellteil 226 des Wegeventils 218 nicht abgebaut werden kann. Denn über die Leitung 270, die Anschlüsse X4 und X3 des Ventils 216, die Leitung 260, die Anschlüsse X2 und X1 des Ventils 218 und die Leitung 258 erfolgt eine ständige Beaufschlagung mit Sy­ stemdruck p. Das Hauptventil 218 bleibt folglich in der Grundstellung G und verhindert eine Verbindung des Pumpenan­ schlusses P mit dem Verbraucheranschluß A. Das gleiche gilt, wenn eine Fehlfunktion des Hauptventils 218 auftreten sollte.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sicherheits­ schaltung mit der Besonderheit, daß die Hauptventile als hydraulisch überwachte 3-Wege-Ventile ausgebildet sind, so daß die Schaltung aus der Grundstellung G heraus in zwei Richtungen erfolgen kann. Auch diese Variante entspricht hinsichtlich der Funktion weitgehend den vorstehend be­ schriebenen Versionen, so daß wiederum vergleichbare Kompo­ nenten mit Bezugszeichen gekennzeichnet sind, die denjenigen der Fig. 1 entsprechen, wobei allerdings eine "3" vorange­ stellt wurde.

Die als 10/3-Wegeventile ausgebildeten Hauptventile 316, 318 werden jeweils durch ein 4/3-Wege-Pilotventil vorgesteuert. Die Federn 332A, 334A und 334A, 334B halten die Ventilkolben der Hauptventile bei symmetrischer Ansteuerung der Steuer­ teile 324, 328 bzw. 326, 330 in der zentrierten Grund­ stellung G. Die Steuerkanten bzw. Anschlüsse an den Haupt­ ventilen entsprechen im wesentlichen denjenigen der vorste­ hend beschriebenen Ausführungsformen. Es sind allerdings pro Hauptventil jeweils zwei X2- und X3-Anschlüsse vorhanden, sowie ein separater Steuerdruckanschluß y. Die gegenseitige Überwachung der beiden Hauptventile 316, 318 läuft - wie ohne weiteres ersichtlich - ähnlich ab wie bei den zuvor er­ läuterten Varianten, allerdings nunmehr mit einer Doppel- Schaltfunktion der Haupt- und Vorsteuerventile. Dement­ sprechend sind auch die Verbindungsleitungen 360A, 360B und 362A, 362B jeweils doppelt vorhanden. In weiterer Abweichung von den bereits beschriebenen Ausführungsformen führen die Leitungen 344 und 354 gesonderte Steuerdrücke x und y.

Auch in diesem Fall kann eine Schaltstellung A oder B der Hauptventile nur bei synchroner Bewegung der Hauptventile aus der Grundstellung heraus eingenommen werden. In der er­ sten Arbeits-Schaltstellung A, in der der Verbraucher A mit P und der Verbraucher B mit T verbunden ist, erfolgt die Druckentlastung von B über die Leitung 236 und das Ventil 316 über die Steuerkanten B und T. In der zweiten Arbeits- Schaltstellung B, in der B mit P und der Verbraucher A mit Tank verbunden ist, findet die Druckentlastung von A über die Steuerkanten A-P am Ventil 318 und die Steuerkanten A-T am Ventil 316 statt. Sobald die synchrone Bewegung der bei­ den Ventilkolben der Hauptventile aus der Grundstellung G heraus gestört ist, weil eines der beiden Hauptventile außerhalb der Grundstellung hängengeblieben ist, kann sich am betreffenden Steuerteil des funktionsfähigen Ventils kein Stelldruck aufbauen, so daß der Verbraucher A oder B nicht angesteuert werden kann.

Mit der Schaltung gemäß Fig. 4 ist sogar sichergestellt, daß bei einer gegensinnigen Ansteuerung der Pilotventile 320, 322 keine Ansteuerung der Verbraucher A oder B erfolgen kann. Denn über die Hauptventile und die Verbindungsleitun­ gen werden die Steuerleitungen x und y kurzgeschlossen, so daß die Ventilkolben die zentrierte Mittelstellung einneh­ men.

Die Erfindung schafft somit eine Sicherheitsschaltung für hydraulische Verbraucher wie z. B. für eine Presse, mit der der Verbraucher gegen eine fehlerhafte Ansteuerung, die durch eine Ventil-Fehlfunktion hervorgerufen ist, abgesi­ chert wird. Um bei Auftreten eines Fehlers in jedem Fall eine Gefahrensituation für die Bedienungsperson der Presse auszuschließen, ist eine Hauptventilanordnung in Form zweier in Reihe geschalteter Hauptventile vorgesehen, denen jeweils ein Vorsteuerventil zugeordnet ist. Zur Verschiebung der beiden Hauptventile aus einer Grundstellung heraus in eine weitere Schaltstellung, d. h. in eine Arbeits-Schaltstellung ist die Verschaltung derart getroffen, daß sich der bei An­ steuerung zugeordneter Vorsteuerventile auf einer Stellseite der Hauptventilkolben einstellende Steuerdruck nur dann auf­ bauen kann, wenn sich die beiden Hauptventile aus der glei­ chen Schaltstellung heraus synchron bewegen. Die gegensei­ tige Überwachung der Hauptventile erfolgt rein hydraulisch ohne Zuhilfenahme elektrischer oder mechanischer Endschal­ ter, die Ventilkolben können baulich vollständig getrennt werden und es muß keine weitere Fail-Safe-Stellung vorgese­ hen werden.

Claims (12)

1. Sicherheitsschaltung für hydraulische Verbraucher, insbe­ sondere zur Absicherung eines Verbrauchers wie z. B. einer Kupplungs-/Bremsanordnung einer Presse gegen durch Ven­ til-Fehlfunktionen hervorgerufene fehlerhafte Ansteue­ rung, mit einer Vorsteuerventilanordnung und einer zuge­ hörigen Hauptventilanordnung mit zumindest zwei Stellun­ gen, wobei in der einen durch eine äußere Kraft vorge­ spannten Schaltstellung der Verbraucher vom Systemdruck getrennt und in der anderen Schaltstellung von letzterem beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt­ ventilanordnung zwei in Reihe geschaltete Hauptventile (16, 18; 116, 118; 216, 218; 316, 318) aufweist, denen jeweils ein Vorsteuerventil (20, 22; 120, 122; 220, 222; 320, 322) zugeordnet ist, deren zur Verschiebung des zugehörigen Hauptventils in eine weitere Schaltstellung, wie z. B. in die Systemdruck-Durchschaltestellung (S) die­ nender Ausgangs- bzw. Steuerdruck sich nur bei synchroner Bewegung der beiden Hauptventile (16, 18; 116, 118; 216, 218; 316, 318) aus der gleichen Grundstellung (G) heraus einstellen, d. h. aufbauen bzw. abbauen kann.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptventile (16, 18; 116, 118; 216, 218; 316, 318) jeweils einen Tankanschluß (T) haben, wobei die Strö­ mungspfade (36, 38; 136, 138; 236, 238; 336, 338) durch die Hauptventile (16, 18; 116, 118; 216, 218; 316, 318) zur Entlastung des Verbrauchers (A, B) parallel ge­ schaltet sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Ausgangs-Steuerdruck (p46, p48; p146, p148; p246, p248; p346, p348) der Vorsteuerventile (20, 22; 120, 122; 220, 222; 320, 322) in der Grundstellung (G) der Hauptventile (16, 18; 116, 118) über eine Steuer­ kante (X1, X2) des zugehörigen Hauptventils (16; 116) zu einem Anschluß (X3) des anderen Hauptventils (18; 118) führt, welcher in der Grundstellung (G) gesperrt und in der Arbeits-Schaltstellung (S), wie z. B. der Systemdruck- Durchschaltestellung zum Tank (T) entlastet ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (X3, T bzw. X1, X2) für die Tankentla­ stung und für die Durchschaltung des Steuerdrucks eine negative Überdeckung haben.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungen (S1) der Hauptventile (116, 118) in der negativen Überdeckung der Steuerkanten (X1, T bzw. X1, X2) mit vorbestimmter Geschwindigkeit überfahrbar sind.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Grundstellung (G) des Hauptventils (16, 18; 116, 118; 216, 218; 316, 318) eine erste Schalt­ stellung ist, in der der Verbraucher (A, B) vom System­ druck (P) getrennt und zum Tank (T) entlastet ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hauptventile (16, 18; 116, 118) identisch ausgebildet sind.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hauptventile (16, 18; 116, 118) je­ weils von einem 7/2-Wegeventil gebildet sind.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorsteuerventile (20, 22; 120, 122) von elektrisch angesteuerten 3/2-Wegeventilen gebildet sind, die aus einer die Steuerdruckleitung (46, 48; 146, 148) entlastenden Stellung gegen die Kraft einer Rückstellfeder (40, 42) in eine den Stelldruck durch­ schaltende Stellung bringbar sind.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Stelldruck-Zulauf (50, 52) der Vorsteuerventile (20, 22; 220, 222; 320, 322) jeweils eine Drossel (64, 66; 264, 266; 364, 366) zur Begrenzung der Steuerflüssigkeit vorgesehen ist.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hauptventile (16, 18; 116, 118) ge­ gen die Kraft einer Rückstellfeder (32, 34) und des auf eine Steuerfläche (24, 26) einwirkenden Systemdrucks (P) aus der Grundstellung (G) heraus verschiebbar sind.

12. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hauptventile (16, 18; 116, 118) in gesonderten Gehäusebohrungen untergebracht sind.