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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung ein Doppelteller-Fluidsteuerventil, das
eine Schutzvorrichtung aufweist, die das Arbeiten des Steuerventils
verhindert, wenn die Steuerventilrückstellung betätigt wurde.
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Hintergrund
und Kurzdarstellung der Erfindung
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Werkzeugmaschinen
verschiedener Ausführungen
arbeiten mittels eines Ventilsystems, das mit einer pneumatisch
gesteuerten Kupplungs- und/oder Bremsanordnung zusammenwirkt. Aus
Sicherheitsgründen
erfordern die Steuerventile, die zum Betreiben dieser Werkzeugmaschinen
verwendet werden, dass der Bediener zwei separate Steuersignal anlegende
Kontakte im Wesentlichen gleichzeitig betätigt. Diese Anforderung des
gleichzeitigen Anlegens stellt sicher, dass sich die Hand des Bedieners
nicht nahe den sich bewegenden Bauteilen der Werkzeugmaschine befindet,
wenn ein Betriebszyklus eingeleitet wird. Die beiden Steuersignal
anlegenden Kontakte können
dann mit dem Ventilsystem verbunden werden, was die Zufuhr von Druckluft
zur Werkzeugmaschine zur Ausführung
ihres Arbeitszyklus ermöglicht.
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Sicherheitsbestimmungen
und -vorschriften erfordern, dass das Ventilsystem so ausgelegt
ist, dass bei Fehlfunktion eines Bauteils in dem Ventilsystem das
Ventilsystem keine weitere Bewegung der Werkzeugmaschine erlaubt.
Ferner muss das Ventilsystem sicherstellen, dass kein neuer Arbeitszyklus
der Werkzeugmaschine eingeleitet werden kann, nachdem ein Bauteil
des Ventilsystems defekt wurde.
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Vorbekannte
elektromagnetische Ventilsysteme, die für den Betrieb von Werkzeugmaschinen eingesetzt
werden, erfüllen
diese Sicherheitsanforderungen durch die Verwendung einer Zwillingsventilanordnung.
Die Zwillingsventilanordnung umfasst zwei elektromagnetische Zufuhrventile,
die normalerweise geschlossen sind. Jedes der Zufuhrventile wird als
Reaktion auf ein elektrisches Steuersignal in eine offene Stellung
bewegt. Die beiden Zufuhrventile sind bezüglich der Druckluftquelle in
Reihe angeordnet. Die Zwillingsventilanordnung umfasst ferner zwei
Ablassventile, die normalerweise offen sind. Jedes Ablassventil
wird durch ein jeweiliges Zufuhrventil geschlossen, wenn es geöffnet ist.
Daher ist es erforderlich, dass die Zufuhrventile gleichzeitig geöffnet werden,
sonst wird Zuluft durch eines der Ablassventile aus der Anlage abgelassen.
Das Öffnen
und Schließen
der Ventileinrichtungen wird durch Erfassen von Luftdrücken in
den jeweiligen Ventileinrichtungen und dann Vergleichen dieser beiden
Drücke überwacht.
Das Überwachen
und Vergleichen dieser beiden Drücke
wird mit Hilfe eines einzelnen Luftzylinders verwirklicht, der durch
einen Kolben in zwei Kammern unterteilt ist. Der Druck in jeder
Ventileinrichtung wird einer der Kammern zugeführt. Dadurch verursachen ungleiche
Drücke
in den Ventileinrichtungen eine Bewegung des normalerweise statischen
Kolbens, was dann das elektrische Signal zu einer der Ventileinrichtungen
unterbricht. Diese und andere externe elektronische Überwachungsanordnungen
sind kostspielig und erfordern, dass elektrische Signalverarbeitungsgeräte konstruiert
und eingesetzt werden.
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Die
Weiterentwicklung der Ventilanlagen für Werkzeugmaschinen ist auf
zuverlässigere,
einfachere und kostengünstigere
Ventilanlagen gerichtet, die die derzeit geltenden sowie die für die Zukunft vorgeschlagenen
Anforderungen an das Sicherheitsverhalten erfüllen und übertreffen.
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EP-A-0848166
offenbart eine Steuerventilanlage mit mehreren ersten und zweiten
Ventilen sowie einer Totgangverbindung zum Halten eines der ersten
Ventile in einer offenen Stellung, während ein anderes der ersten
Ventile in der geschlossenen Stellung ist, und einem Rückstellkreis,
der genutzt werden kann, um beide Ventile in ihre unbetätigten Stellungen
zu bewegen, während
einer Rückstellöffnung druckbeaufschlagtes
Fluid zugeführt
wird. Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Schutzkreislauf
in ein Zwillingsventil zu integrieren, um sicherzustellen, dass
eine defekt gewordene Zwillingsventileinrichtung, bei der eines
der Hauptventile nicht richtig anspricht, nicht mehr durch den Bediener
betätigt
werden kann, der den Rückstelldruck
ständig
anlässt.
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Die
vorliegende Erfindung gibt eine Steuerventilanlage nach Anspruch
1 an die Hand. Dieses System arbeitet vollständig pneumatisch, wodurch die
Notwendigkeit einer elektrischen Überwachung und der zugehörigen Steuerungen
unnötig
wird. Die Steuerventilanlage umfasst mehrere Ventile, die jeweils
während
der Aktivierung oder Deaktivierung der Ventile öffnen oder schließen. Die
Steuerventilanlage überwacht
die dynamische Bewegung der verschiedenen Ventile der Anlage, um
das richtige Funktionieren der Steuerventilanlage sicherzustellen.
Die Steuerventilanlage bewegt sich bei Erfassen einer Fehlfunktion
in eine gesperrte Stellung und bleibt in dieser gesperrten Stellung,
bis ein Rückstellvorgang ausgeführt wird.
Dadurch ist der Betrieb der Steueranordnung völlig dynamisch, und die Anlage
ist nicht auf die Überwachung
eines statischen Elements zur Sicherstellung ihrer ordnungsgemäßen Funktion
angewiesen.
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Die
oben beschriebene Erfindung erfüllt
eindeutig die Forderung nach zuverlässigeren, einfacheren und kostengünstigeren
Ventilanlagen, die die derzeit geltenden sowie die für die Zukunft
vorgeschlagenen Anforderungen an das Sicherheitsverhalten erfüllen und übertreffen.
Bei manchen Anlagen versuchen Bediener aber manchmal, das Rückstellen
in einer Arbeitsstellung beizubehalten, in dem Versuch, eine Störstellung
der Maschine als Reaktion auf eine Fehlfunktion zu verhindern. Die
Steuerventilanlage weist ferner eine Schutzfähigkeit auf, die den Betrieb
der Steuerventilanlage zur Zufuhr eines Abgabedrucks verhindert,
während
der Rückstellvorgang
ausgeführt
wird.
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Andere
Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehen für den Fachmann
aus der folgenden eingehenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und
den Zeichnungen hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
schematisches Kreislaufdiagramm einer Steuerventilanlage, die in
einer unbetätigten Stellung
gezeigt ist;
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2 eine
schematische Darstellung des in seiner unbetätigten Stellung gezeigten Steuerventils;
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3 ein
schematisches Kreislaufdiagramm der in einer betätigten Stellung gezeigten Steuerventilanlage
der 1 und 2;
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4 eine
schematische Darstellung des in seiner betätigten Stellung gezeigten Steuerventils;
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5 ein
schematisches Kreislaufdiagramm der in einer anomalen Stellung gezeigten
Steuerventilanlage;
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6 eine
schematische Darstellung des in seiner anomalen Stellung gezeigten
Steuerventils;
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7 ein
schematisches Kreislaufdiagramm der in einer gesperrten Stellung
gezeigten Steuerventilanlage;
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8 eine
schematische Darstellung des in seiner gesperrten Stellung gezeigten
Steuerventils;
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9 ein
schematisches Kreislaufdiagramm der in einem Vorstartzustand gezeigten
erfindungsgemäßen Steuerventilanlage
mit einem Schutzkreislauf;
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10 eine
Querschnittansicht der in dem Vorstartzustand gezeigten Steuerventilanlage;
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11 ein
schematisches Kreislaufdiagramm der in einer Rückstell-Stellung gezeigten
erfindungsgemäßen Steuerventilanlage
mit einem Schutzkreislauf;
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12 eine
Querschnittansicht des in seiner Rückstell-Stellung gezeigten
Steuerventils;
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13 ein
schematisches Kreislaufdiagramm der in einer unbetätigten Stellung
gezeigten erfindungsgemäßen Steuerventilanlage
mit einem Schutzkreislauf;
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14 eine
Querschnittansicht des in seiner unbetätigten Stellung gezeigten Steuerventils;
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15 ein
schematisches Kreislaufdiagramm der in einer betätigten Stellung gezeigten erfindungsgemäßen Steuerventilanlage
mit einem Schutzkreislauf;
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16 eine
Querschnittansicht des in seiner betätigten Stellung gezeigten Steuerventils;
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17 ein
schematisches Kreislaufdiagramm der in einer anomalen Stellung gezeigten
erfindungsgemäßen Steuerventilanlage
mit einem Schutzkreislauf;
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18 eine
Querschnittansicht des in seiner anomalen Stellung gezeigten Steuerventils;
und
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19 ein
schematisches Kreislaufdiagramm einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung der
Steuerventilanlage mit einem Schutzkreislauf, die in ihrer betätigten Stellung
gezeigt wird.
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Eingehende
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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Unter
Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen in den verschiedenen Ansichten
gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen,
wird in 1 und 2 eine Steuerventilanlage 10 gezeigt,
die nicht erfindungsgemäß ist, die aber
aufgenommen wird, um Einzelheiten der bevorzugten Ausführung zu
veranschaulichen. Die Steuerventilanlage 10 wird in 1 als
schematischer Fluidkreislauf und in 2 als Fluidsteuerventil
gezeigt.
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Unter
Bezug nun auf 2 umfasst die Steuerventilanlage 2 ein
Gehäuse 12 mit
einem Fluideinlasskanal 14, einem Fluidauslasskanal 16,
einem Fluidablasskanal 18, einer ersten Ventilbohrung 20, einer
zweiten Ventilbohrung 22, einem ersten Fluidbehälter 24 und
einem zweiten Fluidbehälter 26.
In der ersten Ventilbohrung 20 ist ein erstes Ventilelement 28 angeordnet
und in der zweiten Ventilbohrung 22 ist ein zweites Ventilelement 30 angeordnet.
In dem Einlasskanal 14 ist in koaxialer Beziehung zum ersten
Ventilelement 28 ein drittes Ventilelement 32 positioniert.
Ferner ist in dem Einlasskanal 14 in koaxialer Beziehung
zu dem zweiten Ventilelement 30 ein viertes Ventilelement 34 positioniert.
An dem Gehäuse 12 ist
ein Paar von Magnetventilen 36 und 38 angebracht.
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Mehrere
Fluidkanäle
verbinden die Ventilbohrungen 20 und 22 mit Einlass 14,
Auslass 16, Ablass 18, Behälter 24, Behälter 26,
Ventil 36 und Ventil 38. Ein Fluidkanal 40 verläuft zwischen
dem Einlasskanal 14 und einer Zwischenkammer 42,
die durch die Bohrung 20 ausgebildet wird. In dem Kanal 40 ist eine
Drossel 44 angeordnet, um die Menge des Fluidstroms durch
den Kanal 40 zu beschränken.
Ein Fluidkanal 46 verläuft
zwischen dem Einlasskanal 14 und einer Zwischenkammer 48,
die durch die Bohrung 22 ausgebildet wird. In dem Kanal 46 ist
eine Drossel 50 angeordnet, um die Menge des Fluidstroms
durch den Kanal 46 zu beschränken.
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Ein
Fluidkanal 52 verläuft
zwischen der Kammer 42 und einer unteren Kammer 54,
die durch die Bohrung 20 ausgebildet wird. In dem Kanal 52 ist eine
Drossel 56 angeordnet, um die Menge des Fluidstroms durch
den Kanal 52 zu beschränken.
Ein Fluidkanal 58 verläuft
zwischen der Kammer 48 und einer unteren Kammer 60,
die durch die Bohrung 22 ausgebildet wird. In dem Kanal 58 ist
eine Drossel 62 angeordnet, um die Menge des Fluidstroms
durch den Kanal 58 zu beschränken. Ein Fluidkanal 64 verläuft zwischen
dem Kanal 52 und dem Behälter 24, so dass sich
die Drossel 56 zwischen der Kammer 42 und dem
Behälter 24 befindet.
Ein Fluidkanal 66 verläuft
zwischen dem Behälter 24 und
dem Eingang zum Magnetventil 38. Ein Fluidkanal 68 verläuft zwischen
dem Kanal 58 und dem Behälter 26, so dass sich
die Drossel 62 zwischen der Kammer 48 und dem
Behälter 26 befindet.
Ein Fluidkanal 70 verläuft zwischen
dem Behälter 26 und
dem Eingang zum Magnetventil 36. Ein Kanal 72 verläuft zwischen
dem Ausgang des Magnetventils 36 und einer oberen Kammer 74,
die durch die Bohrung 20 gebildet wird. Ein Kanal 76 verläuft zwischen dem
Ausgang des Magnetventils 38 und einer oberen Kammer 78,
die durch die Bohrung 22 gebildet wird.
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Ein
Querkanal 80 verläuft
zwischen dem unteren Teil der Kammer 42 und dem oberen
Teil der Kammer 48. Ein Querkanal 82 verläuft zwischen
dem unteren Teil der Kammer 48 und dem oberen Teil der Kammer 42.
Ein Fluidkanal 84 verläuft
zwischen dem Kanal 80 und dem Auslasskanal 16.
Ein Fluidkanal 86 verläuft
zwischen dem Kanal 82 und dem Auslasskanal 16.
Der Auslasskanal 16 steht mit dem Ablasskanal 18 durch
zwei Öffnungen 88 und 90 in
Verbindung. Die oberen Teile der Kammern 54 und 60 stehen
durch die Kanäle 92 bzw. 94 mit
Atmosphärendruck
in Verbindung. Ein Rückstellkanal 96 verläuft in das
Gehäuse 12 und
steht mit dem unteren Teil der Kammern 54 und 60 durch
Kommunizieren mit den Kanälen 52 bzw. 58 in
Verbindung. Ein Paar Rückschlagventile 98 und 100 sind
zwischen dem Rückstellkanal 96 und
den Kanälen 52 bzw. 58 angeordnet,
um ein Fluidströmen
zwischen den Kanälen 52 oder 58 zu
dem Rückstellkanal
zu unterbinden, aber ein Fluidströmen von dem Rückstellkanal 96 zu
einem oder zu beiden Kanälen 52 und 58 zu
ermöglichen.
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In
der Bohrung 20 ist ein Ventilkörper oder Ventilelement 102 angeordnet
und in der Bohrung 22 ist ein Ventilkörper oder Ventilelement 104 angeordnet.
Das Ventilelement 102 umfasst einen oberen Kolben 106,
einen mittleren Kolben 108 und einen unteren Kolben 110,
die sich allesamt zusammen als eine Einheit bewegen. Der obere Kolben 106 ist
in der Kammer 74 angeordnet und weist einen Ventilsitz 112 auf,
der die Öffnung 88 öffnet und
schließt,
die zwischen dem Auslasskanal 16 und dem Ablasskanal 18 angeordnet
ist. Der mittlere Kolben 108 ist in der Kammer 42 angeordnet
und weist einen ringförmigen
Kanal 114 auf, der den Kanal 40 mit dem Kanal 52 in
Fluidverbindung setzt, wenn der Kolben 108 am Gehäuse 12 sitzt.
Der untere Kolben 110 befindet sich in der Kammer 52 und
weist ein Paar Dichtungen 116 auf, die den Einlasskanal 14 gegenüber dem
Kanal 92 und die Kammer 54 gegenüber dem
Kanal 92 abdichten. Das Ventilelement 104 umfasst
einen oberen Kolben 118, einen mittleren Kolben 120 und einen
unteren Kolben 122, die sich allesamt zusammen als eine
Einheit bewegen. Der obere Kolben 118 ist in der Kammer 78 angeordnet
und weist einen Ventilsitz 124 auf, der die Öffnung 90 öffnet und schließt, die
sich zwischen dem Auslasskanal 16 und dem Ablasskanal 18 befindet.
Der mittlere Kolben 120 ist in der Kammer 48 angeordnet
und weist einen ringförmigen
Kanal 126 auf, der den Kanal 46 mit dem Kanal 58 in
Fluidverbindung setzt, wenn der Kolben 120 an dem Gehäuse 12 sitzt.
Der untere Kolben 122 befindet sich in der Kammer 60 und
weist ein Paar Dichtungen 128 auf, die den Einlasskanal 14 gegenüber dem
Kanal 94 und die Kammer 60 gegenüber dem
Kanal 94 abdichten.
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Das
Ventilelement 32 ist um den unteren Kolben 110 herum
angeordnet und umfasst einen Ventilsitz 130 und eine Ventilfeder 132.
Die Ventilfeder 132 spannt den Ventilsitz 130 gegen
das Gehäuse 12 vor, um
ein Strömen
von Fluid zwischen dem Einlasskanal 14 und der Kammer 42 zu
unterbinden. Das Ventilelement 34 ist um den Kolben 122 herum
angeordnet und umfasst einen Ventilsitz 134 und eine Ventilfeder 136.
Die Ventilfeder 136 spannt den Ventilsitz 134 gegen
das Gehäuse 12 vor,
um ein Strömen
von Fluid zwischen dem Einlasskanal 14 und der Kammer 48 zu
unterbinden.
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Die 1 und 2 veranschaulichen
die Steuerventilanlage 10 in ihrer unbetätigten Stellung. Druckbeaufschlagtes
Fluid von dem Einlasskanal 14 spannt die Ventilsitze 130 und 134 gegen
das Gehäuse 12 vor,
was die Verbindung zwischen dem Einlasskanal 14 und beiden
Kammern 42 und 48 schließt. Druckbeaufschlagtes Fluid
wird dem Kanal 40 durch die Drossel 44, dem Kanal 52 durch
den ringförmigen Kanal 114 durch
die Drossel 56 und in die Kammer 54 geliefert,
um das Ventilelement 102 wie in 2 gezeigt
nach oben vorzuspannen, was den Kolben 108 an dem Gehäuse 12 zum
Anliegen bringt. Druckbeaufschlagtes Fluid strömt auch durch den Kanal 52,
durch Kanal 64 zu dem Behälter 24 und von dem Behälter 24 zu
dem Einlass des Magnetventils 38 durch Kanal 66.
In ähnlicher
Weise wird druckbeaufschlagtes Fluid von dem Einlasskanal 14 dem
Kanal 46 durch die Drossel 50 zu dem Kanal 58 durch
den ringförmigen
Kanal 126 durch die Drossel 62 und in die Kammer 60 geliefert,
um das Ventilelement 104 wie in 2 gezeigt
nach oben vorzuspannen, was den Kolben 120 an dem Gehäuse 12 zum
Anliegen bringt. Druckbeaufschlagtes Fluid strömt auch durch Kanal 58,
durch Kanal 68 zum Behälter 26 und
vom Behälter 26 zum
Einlass des Magnetventils 36 durch Kanal 70. Der
Auslasskanal 16 steht aufgrund des Vorspannens der Ventilsitze 112 und 124 nach
oben, was die Öffnungen 88 und 90 öffnet, mit
dem Ablasskanal 18 in Verbindung.
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Die
mittleren Kammern 42 und 48 sind ebenfalls durch
Querkanäle 80 bzw. 82,
durch Kanäle 84 bzw. 86 gegenüber dem
Ablasskanal 18 offen. Der Fluiddruck unter dem Kolben 110 und 122 der
Ventilelemente 102 bzw. 104 spannt die Ventilelemente 102 und 104 nach
oben vor, was die Steuerventilanlage 10 in der unbetätigten Stellung
hält. Die
Verbindung zwischen den Kanälen 40 und 52 durch
den ringförmigen
Kanal 114 und die Verbindung zwischen den Kanälen 46 und 58 durch
den ringförmigen
Kanal 126 halten den Fluiddruck in den Kammern 54 und 60 und
den Behältern 24 und 26 aufrecht.
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Die 3 und 4 veranschaulichen
die Steuerventilanlage 10 in ihrer betätigten Stellung. Beide Magnetventile 36 und 38 wurden
im Wesentlichen gleichzeitig betätigt.
Die Betätigung
des Magnetventils 36 verbindet den Kanal 70 und
somit den Behälter 26 mit
dem Kanal 72. Druckbeaufschlagtes Fluid wird in die Kammer 74 geleitet,
um das Ventilelement 102 wie in 4 gezeigt
nach unten zu bewegen. Der Durchmesser des Kolbens 106 ist
größer als
der Durchmesser des Kolbens 110, wodurch die Last erzeugt
wird, die das Ventilelement 102 nach unten bewegt. In ähnlicher
Weise verbindet die Betätigung
des Magnetventils 38 den Kanal 66 und somit den
Behälter 24 mit
dem Kanal 76. Druckbeaufschlagtes Fluid wird in die Kammer 78 geleitet,
um das Ventilelement 104 wie in 4 gezeigt
nach unten zu bewegen. Der Durchmesser des Kolbens 118 ist
größer als
der Durchmesser des Kolbens 122, wodurch die Last erzeugt
wird, die das Ventilelement 104 nach unten bewegt. Wenn
sich die Ventilelemente 102 und 104 nach unten
bewegen, bewegt ein ringförmiger
Flansch 140 am Kolben 110 den Ventilsitz 130 aus
dem Sitz und ein ringförmiger
Flansch 142 am Kolben 122 bewegt das Ventil 134 aus
dem Sitz. Das druckbeaufschlagte Fluid strömt von dem Einlasskanal 14 in
den unteren Teil der Kammer 42 durch den Kanal 80 zu
dem oberen Teil der Kammer 48 und durch einen Spalt 144 zwischen
dem Ventilelement 104 und dem Gehäuse 12, um dem Auslasskanal 16 druckbeaufschlagtes
Fluid zu liefern. Druckbeaufschlagtes Fluid strömt auch durch den Kanal 84 zu
dem Auslasskanal 16. In ähnlicher Weise strömt druckbeaufschlagtes
Fluid von dem Einlasskanal 14 in den unteren Teil der Kammer 48 durch
den Kanal 82 zu dem oberen Teil der Kammer 42 und
durch einen Spalt 146 zwischen dem Ventilelement 102 und dem
Gehäuse 12,
um dem Auslasskanal 16 druckbeaufschlagtes Fluid zu liefern.
Druckbeaufschlagtes Fluid strömt
ferner durch den Kanal 86 zu dem Auslasskanal 16.
Die Bewegung der Ventilelemente 102 und 104 nach
unten bringt die Ventilsitze 112 und 124 am Gehäuse 12 zum
Anliegen, um die Öffnungen 88 und 90 zur
Trennung des Auslasskanals 16 von dem Ablasskanal 18 zu
schließen.
Der Fluiddruck in den Behältern 24 und 26 wird
zunächst
gesenkt, wenn die Ventile 36 und 38 durch den
Fluiddruck betätigt
werden, liefert aber am Einlass 14 wieder Druck, da die Behälter 24 und 26 gegenüber dem
Einlass 14 noch offen sind und der Auslass 16 vom
Ablass 18 getrennt ist.
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Die 5 und 6 veranschaulichen
die Steuerventilanlage 10 in einer anomalen Stellung. In den 5 und 6 befindet
sich das Ventilelement 104 in seiner oberen Stellung, während sich
das Ventilelement 102 in seiner unteren Stellung befindet. Beide
Magnetventile 36 und 38 befinden sich in ihrer unbetätigten Stellung.
Das Ventilelement 104 befindet sich ähnlich wie in 1 gezeigt
in seiner oberen Stellung. Druckbeaufschlagtes Fluid von dem Einlasskanal 14 wird
zum Kanal 46 durch die Drossel 50 zum Kanal 58 durch
den ringförmigen
Kanal 126 durch die Drossel 62 und in die Kammer 60 geliefert, um
das Ventilelement 104 nach oben vorzuspannen, wie in 6 gezeigt
wird, was den Kolben 120 am Gehäuse 12 zum Anliegen
bringt. Druckbeaufschlagtes Fluid strömt auch durch den Kanal 68 zum
Behälter 26 und
vom Behälter 26 zum
Einlass des Magnetventils 36 durch den Kanal 70.
Der Auslasskanal 16 steht mit dem Ablasskanal 18 aufgrund
des Vorspannes des Ventilsitzes 124 nach oben, was die Öffnung 90 öffnet, in
Verbindung. Das Ventilelement 102 befindet sich in seiner
unteren Stellung, die verschiedene Kanäle zu dem Auslasskanal 16 öffnet, der
aufgrund der Stellung des Ventilelements 104 gegenüber dem
Ablass 18 offen ist. Der obere Teil der Kammer 42 ist
durch den Spalt 146 gegenüber dem Ablass offen. Druckbeaufschlagtes
Fluid von dem Einlasskanal 14 wird durch den Kanal 40 zum
Ablass und durch den oberen Teil der Kammer 42 durch den Spalt 146,
durch den Auslasskanal 16, durch die Öffnung 90 zum Ablasskanal 18 auslaufen
gelassen. Ferner läuft
druckbeaufschlagtes Fluid von dem Einlasskanal 14 zu dem
Ablass 18 aus, indem es in den unteren Teil der Kammer 42 eindringt,
durch den Kanal 80, durch den Kanal 84, durch
den Auslasskanal 16, durch die Öffnung 90 und in den
Ablasskanal 18 strömt.
Druckbeaufschlagtes Fluid im Kanal 52 und somit in der
Kammer 54 wird ebenfalls durch die Drossel 56,
die die auf das Ventilelement 102 ausgeübte Vorspannung beseitigt,
zum Ablass auslaufen gelassen. Ein Leckweg besteht ferner über einen Spalt
zwischen dem Kolben 108 und den Wänden der Bohrung 20 vom
Einlass 14 zum unteren Teil der Kammer 42 zum
oberen Teil der Kammer 42. Vom oberen Teil der Kammer 42 kann
wie vorstehend beschrieben Fluiddruck entweichen. Ein noch weiterer Leckweg
liegt vom unteren Teil der Kammer 42 durch den Kanal 80,
vom oberen Teil zum unteren Teil der Kammer 48 und durch
den Kanal 82 in den oberen Teil der Kammer 42 vor.
Vom oberen Teil der Kammer 42 kann wie vorstehend beschrieben
Fluiddruck entweichen. Ferner wird Fluiddruck im Behälter 24 durch die
Drossel 56, die das dem Magnetventil 38 durch den
Kanal 66 zugeführte
druckbeaufschlagte Fluid entfernt, zum Ablass auslaufen gelassen.
Der Zeitraum für
die Kammer 54 und den Behälter 24 für das Auslaufen
zum Ablass hängt
von der Größe der Kammer 54,
des Behälters 24 und
der Drossel 56 ab. Mit Austretenlassen der druckbeaufschlagten
Luft aus der Kammer 74 über
dem Kolben 106 und Vorhandensein druckbeaufschlagter Luft
im Einlasskanal 14, die auf den Boden des Ventilsitzes 130 wirkt,
bewegt die Ventilfeder 132 das Ventilelement 102 zu
einer mittleren Stellung, in der der Ventilsitz 130 an dem
Gehäuse 12 sitzt,
der Kolben 108 aber nicht am Gehäuse 12 sitzt. Dieser
Zustand wird in den 7 und 8 gezeigt.
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Die 7 und 8 veranschaulichen
die Steuerventilanlage 10 in einer gesperrten Stellung. Wenn
der Ventilsitz 130 das Ventilelement 102 aufgrund
der Vorspannung der Ventilfeder 132 nach oben drückt, drückt der
Ventilsitz 130 gegen den ringförmigen Flansch 140,
so dass das Ventilelement 102 bewegt wird. Aufgrund der
Totgangbefestigung zwischen dem Ventilsitz 130 und dem
Kolben 110 greift der Kolben 108 noch nicht mit
dem Gehäuse 12, wenn
der Ventilsitz 130 mit dem Gehäuse 12 greift. Eine
weitere Bewegung des Ventilelements 102 ist erforderlich,
um den Kolben 108 an dem Gehäuse 12 anliegen zu
lassen und den Kanal 40 mit dem Kanal 52 zu verbinden
und der Kammer 54 und dem Behälter 24 druckbeaufschlagtes
Fluid zu liefern. Ohne Anliegen des Kolbens 108 an dem
Gehäuse 12 sind
der obere Teil der Kammer 52 und somit die Kanäle 40 und 52 durch
den Spalt 146, den Auslasskanal 16 sowie die Öffnungen 88 und 90 und
Ablasskanal 18 gegenüber
dem Ablass 18 offen. Somit ist der Behälter 24 hin zum Ablass
zusammen mit dem Kanal 66 und dem Eingang zum Magnetventil 38 offen.
Die Kammer 54 ist ebenfalls zum Auslass hin offen, was
eine Vorspannlast beseitigt, die das Ventilelement 102 nach
oben drücken
würde,
um den Kolben 108 am Gehäuse 12 anliegen zu
lassen. Ein am Kolben 110 angeordneter und zum Einlasskanal 14 offener
ringförmiger
Absatz 150 spannt das Ventilelement 102 nach unten
vor, wobei der ringförmige
Flansch 140 gegen den Ventilsitz 130 gedrückt wird,
um das Ventilelement 102 in seiner mittleren Stellung und
die Steuerventilanlage 10 in ihrer gesperrten Stellung
zu halten. Ein ähnlicher
Absatz 152 befindet sich am Kolben 122.
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Wenn
man die Steuerventilanlage 10 von ihrer gesperrten Stellung
in ihre in 1 gezeigte unbetätigte Stelle
bewegen will, wird dem Rückstellkanal 96 druckbeaufschlagtes
Fluid zugeführt.
Das dem Rückstellkanal 96 zugeführte druckbeaufschlagte Fluid öffnet das
Rückschlagventil 98,
und druckbeaufschlagtes Fluid füllt
den Behälter 24 und
die Kammer 54. Die Drossel 56 beschränkt die
Menge an Fluid, die während
des Rückstellvorgangs
zum Ablass abgelassen wird. Sobald der Behälter 24 und die Kammer 54 mit
druckbeaufschlagtem Fluid gefüllt sind,
wirkt das Fluid in der Kammer 54 gegen den Kolben 110,
um das Ventilelement 102 nach oben zu bewegen, um den Kolben 108 am
Gehäuse 12 anliegen
zu lassen. Der Fluidkanal 40 steht wieder in Verbindung
mit dem Kanal 52, und die Steuerventilanlage 10 ist
wieder in ihrer unbetätigten
Stellung positioniert, wie in den 1 und 2 gezeigt
wird.
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Während die
obige Beschreibung der 5 bis 8 mit dem
Ventilelement 102 in seiner mittleren und gesperrten Stellung
befindlich und dem Ventilelement 104 in seiner unbetätigten Stellung
befindlich beschrieben wurde, versteht sich, dass eine ähnliche
gesperrte Stellung der Steuerventilanlage 10 eintreten
würde,
wenn das Ventilelement 102 in seiner unbetätigten Stellung
angeordnet wäre
und das Ventilelement 104 in seinem mittleren und gesperrten Zustand
angeordnet wäre.
Der Rückstellvorgang
des Anlegens druckbeaufschlagten Fluids an dem Rückstellkanal 96 würde bewirken,
dass das druckbeaufschlagte Fluid das Rückschlagventil 100 öffnet, so dass
der Behälter 26 und
die Kammer 60 gefüllt
werden. Das druckbeaufschlagte Fluid in der Kammer 60 würde das
Ventilelement 104 anheben, so dass der Kolben 120 an
dem Gehäuse 12 anliegt,
was den Kanal 46 wieder mit dem Kanal 58 verbindet.
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Somit
ist die Steuerventilanlage 10 eine vollständig fluidbetriebene
Ventilanlage, die die Fähigkeit
zur Erfassung eines anomalen Zustands und zum Reagieren auf diesen
anomalen Zustand hat, indem sie zu einem gesperrten Zustand wechselt,
der dann erfordert, dass eine Person einen Rückstellvorgang vollzieht, bevor
die Steuerventilanlage 10 wieder funktioniert.
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Die 9 bis 18 veranschaulichen
eine Steuerventilanlage mit einer erfindungsgemäßen Schutzeigenschaft, die
im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 510 bezeichnet ist.
Zu beachten ist, dass in den 9 bis 18 über die
verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Bezugszeichen gleiche oder
entsprechende Teile bezeichnen. Zu beachten ist ferner, dass bei
gleichen oder entsprechenden Teilen aus den 1 bis 8 500 zu
den Bezugszeichen der 1 bis 8 addiert
wird. Die Steuerventilanlage 510 wird in 9 als
schematischer Fluidkreislauf und in 10 als
Fluidsteuerventil gezeigt.
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Unter
Bezug nun auf 10 umfasst die Steuerventilanlage 510 ein
Gehäuse 512 mit
einem Fluideinlasskanal 514, einem Fluidauslasskanal 516, einem
Fluidablasskanal 518, einer ersten Ventilbohrung 520,
einer zweiten Ventilbohrung 522, einem ersten Fluidbehälter 524 und
einem zweiten Fluidbehälter 526.
In der ersten Ventilbohrung 520 ist ein erstes Ventilelement 528 angeordnet
und in der zweiten Ventilbohrung 522 ist ein zweites Ventilelement 530 angeordnet.
In dem Einlasskanal 514 ist in koaxialer Beziehung zum
ersten Ventilelement 528 ein drittes Ventilelement 532 positioniert.
Ferner ist in dem Einlasskanal 514 in koaxialer Beziehung
zu dem zweiten Ventilelement 530 ein viertes Ventilelement 534 positioniert.
An dem Gehäuse 512 ist
ein Paar von Magnetventilen 536 und 538 angebracht.
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Mehrere
Fluidkanäle
verbinden die Ventilbohrungen 520 und 522 mit
Einlass 514, Auslass 516, Ablass 518,
Behälter 524,
Behälter 526,
Magnetventil 536 und Magnetventil 538. Ein Fluidkanal 540 verläuft zwischen
dem Einlasskanal 514 und einer Zwischenkammer 542,
die durch die Bohrung 520 ausgebildet wird. Ein Fluidkanal 546 verläuft zwischen
dem Einlasskanal 514 und einer Zwischenkammer 548,
die durch die Bohrung 522 ausgebildet wird.
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Ein
Fluidkanal 552 verläuft
zwischen der Kammer 542 und einer unteren Kammer 554,
die durch die Bohrung 520 ausgebildet wird. In dem Kanal 552 ist
eine Drossel 556 angeordnet, um die Menge des Fluidstroms
durch den Kanal 552 zu beschränken. Ein Fluidkanal 558 verläuft zwischen
der Kammer 548 und einer unteren Kammer 560, die durch
die Bohrung 522 ausgebildet wird. In dem Kanal 558 ist
eine Drossel 562 angeordnet, um die Menge des Fluidstroms
durch den Kanal 558 zu beschränken. Der Behälter 524 bildet
Teil des Kanals 552, so dass die Drossel 556 zwischen
der Kammer 542 und dem Behälter 524 angeordnet
ist.
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In
dem Kanal 552 ist zwischen dem Behälter 524 und der unteren
Kammer 554 eine Drossel 553 angeordnet, um die
Menge an Fluidstrom zwischen der unteren Kammer 554 und
dem Behälter 524 zu beschränken. Zwischen
dem Behälter 524 und
dem Eingang zum Magnetventil 538 verläuft ein Fluidkanal 566.
Der Behälter 526 bildet
einen Teil des Kanals 558, so dass die Drossel 562 zwischen
der Kammer 548 und dem Behälter 526 angeordnet
ist. Eine Drossel 559 ist in dem Kanal 558 zwischen
dem Behälter 526 und
der unteren Kammer 560 angeordnet, um die Menge an Fluidstrom
zwischen der unteren Kammer 560 und dem Behälter 526 zu
beschränken.
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Ein
Fluidkanal 570 verläuft
zwischen dem Behälter 526 und
dem Eingang zum Magnetventil 536. Ein Kanal 572 verläuft zwischen
dem Ausgang des Magnetventils 536 und einer oberen Kammer 574,
die durch die Bohrung 520 gebildet wird. Ein Fluidkanal 576 verläuft zwischen
dem Ausgang des Magnetventils 538 und einer oberen Kammer 578,
die durch die Bohrung 522 gebildet wird.
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Ein
Querkanal 580 verläuft
zwischen dem unteren Teil der Kammer 542 und dem oberen
Teil der Kammer 548. Ein Querkanal 582 verläuft zwischen
dem unteren Teil der Kammer 548 und dem oberen Teil der
Kammer 542. Ein Fluidkanal 584 verläuft zwischen
dem Kanal 580 und dem Auslasskanal 516. Eine Drossel 585 ist
in dem Kanal 584 angeordnet, um die Menge an Fluidstrom
durch den Kanal 584 zu beschränken. Ein Fluidkanal 586 verläuft zwischen
dem Kanal 582 und dem Auslasskanal 516. Eine Drossel 587 ist
in dem Kanal 586 angeordnet, um die Menge an Fluidstrom
durch den Kanal 586 zu beschränken. Der Auslasskanal 516 steht
mit dem Ablasskanal 518 durch zwei Öffnungen 588 und 590 in
Verbindung. Die oberen Teile der Kammern 554 und 560 stehen
durch die Kanäle 592 bzw. 594 mit der
Ablassöffnung 18 in
Verbindung.
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Ein
Rückstellkanal 596 verläuft durch
das Gehäuse 512 und
steht mit dem unteren Teil der Kammern 554 und 560 durch
Kommunizieren mit den Kanälen 552 bzw. 558 in
Verbindung. Ein Paar Rückschlagventile 598 und 600 sind
zwischen dem Rückstellkanal 596 und
den Kanälen 552 bzw. 558 angeordnet,
um ein Fluidströmen
zwischen den Kanälen 552 oder 558 zu
dem Rückstellkanal 596 zu
unterbinden, aber ein Fluidströmen
von dem Rückstellkanal 596 zu
einem oder zu beiden Kanälen 552 und 558 zu
ermöglichen.
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In
der Bohrung 520 ist ein Ventilelement 602 angeordnet
und in der Bohrung 522 ist ein Ventilelement 604 angeordnet.
Das Ventilelement 602 umfasst einen oberen Kolben 606,
einen mittleren Kolben 608 und einen unteren Kolben 610,
die sich allesamt zusammen als eine Einheit bewegen. Der obere Kolben 606 ist
in der Kammer 574 angeordnet und weist einen Ventilsitz 612 auf,
der die Öffnung 588 öffnet und
schließt,
die zwischen dem Auslasskanal 516 und dem Ablasskanal 518 angeordnet
ist. Der mittlere Kolben 608 ist in der Kammer 542 angeordnet
und weist einen ringförmigen
Kanal 614 auf, der den Kanal 540 mit dem Kanal 552 in
Fluidverbindung setzt, wenn der Kolben 608 am Gehäuse 512 sitzt. Der
untere Kolben 610 befindet sich in der Kammer 554.
Ein Paar Dichtungen 616 dichten den Einlasskanal 514 gegenüber dem
Kanal 592 und die Kammer 54 gegenüber dem
Kanal 592 ab.
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Wie
vorstehend beschrieben umfasst das Ventilelement 602 einen
oberen Kolben 606 und einen mittleren Kolben 608 sowie
einen unteren Kolben 610, die sich allesamt zusammen als
eine Einheit bewegen. Die jeweiligen Kolben 606, 608 und 610 umfassen
jeweils mittlere Bohrungen, durch welche ein Ventilschaft 660 tritt.
Der Ventilschaft 660 weist ein Paar Stege 662 auf,
die Endanschläge
für einen
oder mehrere der jeweiligen Kolben vorsehen. Zum Beispiel liegen
der obere Kolben 606, der Ventilsitz 612 und ein
Abstandshalter 664 an einem oberen Steg 662 an.
Eine Mutter 666 ist mit einem Gewindeteil des Ventilschafts 660 verschraubt,
um den oberen Kolben 606, den Ventilsitz 612 und
den Abstandshalter 664 an dem oberen Steg 662 zu
halten. Analog sieht ein untere Steg 662 einen Endanschlag
für den mittleren
Kolben 608, einen Abstandshalter 668 und einen
unteren Kolben 610 vor, die mittels einer Mutter 670,
die mit einem unteren Ende des Ventilschafts 660 verschraubt
ist, an dem unteren Steg 662 gehalten werden. Der Abstandshalter 668 ist
so ausgebildet, dass sich das Ventilelement 602 unabhängig vom
Ventilelement 532 bewegt.
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Das
Ventilelement 604 umfasst einen oberen Kolben 618,
einen mittleren Kolben 620 sowie einen unteren Kolben 622,
die sich allesamt zusammen als eine Einheit bewegen. Der obere Kolben 618 ist
in der Kammer 578 angeordnet und umfasst einen Ventilsitz 624,
der die zwischen dem Auslasskanal 516 und dem Ablasskanal 518 angeordnete Öffnung 590 öffnet und
schließt.
Der mittlere Kolben 620 ist in der Kammer 548 angeordnet
und weist einen ringförmigen
Kanal 626 auf, der den Kanal 546 mit dem Kanal 558 in
Fluidverbindung setzt, wenn der Kolben 620 an dem Gehäuse 512 anliegt.
Der untere Kolben 622 ist in der Kammer 560 angeordnet.
Ein Paar Dichtungen 628 dichten den Einlasskanal 514 gegenüber dem
Kanal 594 und die Kammer 560 gegenüber dem Kanal 594 ab.
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Wie
vorstehend beschrieben umfasst das Ventilelement 604 einen
oberen Kolben 618, einen mittleren Kolben 620 sowie
einen unteren Kolben 622, die sich allesamt zusammen als
eine Einheit bewegen. Die jeweiligen Kolben 618, 620 und 622 umfassen
jeweils mittlere Bohrungen, durch welche ein Ventilschaft 674 tritt.
Der Ventilschaft 674 weist ein Paar Stege 676 auf,
die Endanschläge
für einen
oder mehrere der jeweiligen Kolben vorsehen. Zum Beispiel liegen
der obere Kolben 618, der Ventilsitz 624 und der
Abstandshalter 678 an einem oberen Steg 676 an.
Eine Mutter 680 ist mit einem Gewindeteil des Ventilschafts 674 verschraubt,
um den oberen Kolben 618, den Ventilsitz 624 und
den Abstandshalter 678 an dem oberen Steg 676 zu
halten. Analog sieht ein untere Steg 676 einen Endanschlag
für den mittleren
Kolben 620, einen Abstandshalter 682 und einen
unteren Kolben 622 vor, die mittels einer Mutter 684,
die mit einem unteren Ende des Ventilschafts 674 verschraubt
ist, an dem unteren Steg 676 gehalten werden. Der Abstandshalter 682 ist
so ausgebildet, dass sich das Ventilelement 602 unabhängig vom
Ventilelement 534 bewegt.
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Das
Ventilelement 532 ist um den Abstandshalter 668 herum
angeordnet und umfasst einen Ventilsitz 630 und eine Ventilfeder 632.
Die Ventilfeder 632 spannt den Ventilsitz 630 gegen
das Gehäuse 512 vor,
um ein Strömen
von Fluid zwischen dem Einlasskanal 614 und der Kammer 642 zu
unterbinden. Das Ventilelement 534 ist um den Abstandshalter 682 herum
angeordnet und umfasst einen Ventilsitz 634 und eine Ventilfeder 636.
Die Ventilfeder 636 spannt den Ventilsitz 634 gegen
das Gehäuse 512 vor,
um ein Strömen
von Fluid zwischen dem Einlasskanal 514 und der Kammer 548 zu
unterbinden.
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Ein
besonderes Merkmal dieser Erfindung umfasst einen Schutzkreislauf 690,
der eine Betätigung
des ersten Ventilelements 530 während eines Rückstellvorgangs
unterbindet. Der Schutzkreislauf 690 weist ein Schutzventil 692 auf.
Ein Fluidkanal 694 verläuft
zwischen dem Einlasskanal 514 und dem Eingang zum Magnetventil 696.
Ein Fluidkanal 700 verläuft
vom Ausgang des Magnetventils 696 zu einer Einlassöffnung 702 des
Schutzventils 692. Eine Rückstellöffnung 698 stellt
eine Fluidverbindung zu dem Fluidkanal 700 her und sieht
ein alternatives Mittel zum Druckbeaufschlagen des Fluidkanals 700, das
typischerweise von einem Bediener bedient wird, vor. Ein Betätigungskanal 704 verläuft zwischen
dem Fluidkanal 700 und der Betätigungsöffnung 706. Ein Behälterkanal 708 verläuft zwischen
dem Betätigungskanal 704 und
dem Fluidbehälter 710.
In dem Betätigungskanal 704 ist
eine Drossel 712 angeordnet, um die Menge an Fluidstrom
durch den Kanal 704 zu beschränken. Eine Auslassöffnung 714 schließt an den
Rückstellkanal 596 an.
Eine Entlüftungsöffnung 716 schließt an den
Kanal 566 an.
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Das
Schutzventil 692 umfasst einen Ventilkörper 718, der auch
Teil des Gehäuses 512 bildet. Der
Ventilkörper 718 weist
eine mittlere Bohrung 720 auf. Ein Ventilschieber 722 bewegt
sich translatorisch in der mittleren Bohrung 720 zwischen
Endstrukturen 724. An seinem oberen Ende weist der Ventilschieber 722 einen
Ventilsitz 726 auf, der einen Ablassdurchlass 692b zwischen
der Entlüftungsöffnung 716 und einer
oberen Ablassöffnung 728 öffnet und
schließt. Der
Ventilschieber 722 weist ferner einen O-Ring 730 auf,
der eine Abdichtung zwischen dem oberen Ablasskanal 728 und
der Einlassöffnung 702 vorsieht. Analog
sieht der O-Ring 732 eine Abdichtung zwischen der Einlassöffnung 702,
der Auslassöffnung 714 und
der unteren Ablassöffnung 734 vor.
Ein dritter O-Ring 736 sieht eine Abdichtung zwischen der Auslassöffnung 714 und
der unteren Ablassöffnung 734 vor,
wenn ein Schutzventil 692 sich in einer betätigten Stellung
befindet. Ein vierter O-Ring 738 sieht eine Abdichtung
zwischen der Betätigungsöffnung 706 und
der zweiten Ablassöffnung 734 vor.
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Die 10 und 11 veranschaulichen
die Steuerventilanlage 510 in ihrer anfänglichen Stellung. Es versteht
sich, dass die 10 und 11 auch
die Steuerventilanlage 10 in einer gesperrten Stellung
zeigen. Ein Sperrzustand tritt ein, wenn mindestens einer der mittleren
Kolben 608 oder 620 die in 10 gezeigte
Stellung einnimmt. Die Versetzung der Ventile aus einer gesperrten
zu einer unbetätigten
Stellung wird unter Bezug auf das erste Ventilelement 528 beschrieben.
Die Versetzung des zweiten Ventilelements 530 erfolgt aber
in ähnlicher Weise.
Wenn der Ventilsitz 630 das Ventilelement 602 aufgrund
des Vorspannens der Ventilfeder 632 nach oben drückt, drückt der
Ventilsitz 630 gegen den ringförmigen Flansch 640,
um das Ventilelement 602 zu bewegen. Da sich das erste
Ventilelement 528 und das dritte Ventilelement 532 unabhängig bewegen
können,
wenn der Ventilsitz 632 mit dem Gehäuse 512 greift, hat
der Kolben 608 noch nicht mit dem Gehäuse 512 gegriffen.
Eine weitere Bewegung des Ventilelements 602 ist erforderlich,
um den Kolben 608 am Gehäuse 512 anliegen zu
lassen und den Kanal 540 mit dem Kanal 552 zu
verbinden und der Kammer 554 und dem Behälter 524 druckbeaufschlagtes
Fluid zu liefern. Ohne Sitzen des Kolbens 608 am Gehäuse 512 sind
der obere Teil der Kammer 542 und somit die Kanäle 540 und 552 durch
den Spalt 646, den Auslasskanal 516, die Öffnungen 588 und 590 sowie
den Ablasskanal 18 zum Ablass 518 hin offen. Somit
ist der Behälter 524 zum
Ablass hin zusammen mit dem Kanal 566 und dem Eingang zum Magnetventil 538 offen.
Die Kammer 554 ist zum Ablass hin ebenfalls offen, was
eine Vorspannlast beseitigt, die den Ventilelementkörper 602 nach
oben drücken
würde,
um den Kolben 608 am Gehäuse 512 anliegen zu
lassen. Eine Feder 686 drückt den mittleren Kolben 608 mittels
des Ventilschafts 660 nach unten, wobei der ringförmige Flansch 640 gegen
den Ventilsitz 630 gedrückt
wird, um den Ventilelementkörper 602 in
seiner mittleren Stellung und die Steuerventilanlage 510 in
ihrer Start-(Körperventile)
oder gesperrten (ein Ventil) Stellung zu halten. Eine ähnliche
Konfiguration gilt für
das andere Hauptventil.
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Wenn
man die Steuerventilanlage 510 von ihrer anfänglichen
oder gesperrten Stellung in ihre in den 13 und 14 gezeigte
unbetätigte
Stelle bewegen will, wird dem Rückstellkanal 596 druckbeaufschlagtes
Fluid zugeführt.
Das dem Rückstellkanal 596 zugeführte druckbeaufschlagte
Fluid öffnet die
Rückschlagventile 598, 600,
und druckbeaufschlagtes Fluid füllt
die Behälter 554 und 560.
Drosseln 556 und 562 beschränken die Menge an Fluid, die
während
des Rückstellvorgangs
zum Ablass abgelassen wird. Analog beschränken Drosseln 553 und 559 die
Menge an Fluid, die in die jeweiligen Behälter 524 und 526 eindringt.
Sobald die Behälter 524 und 526 und
die Kammern 554 und 560 mit druckbeaufschlagtem
Fluid gefüllt
sind, wirkt das Fluid in den Kammern 554 und 560 gegen
die Kolben 610 und 622, um die Ventilelemente 602 und 604 nach
oben zu bewegen, um die Kolben 608 und 620 am
Gehäuse 512 anliegen
zu lassen. Die Fluidkanäle 540 und 546 stehen
wieder in Verbindung mit den Kanälen 552 und 558,
und die Steuerventilanlage 510 ist wieder in ihrer unbetätigten Stellung
positioniert, wie in den 13 und 14 gezeigt
wird.
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Wie
am Besten in den 11 und 12 gezeigt
wird, ist ein bestimmtes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass
eine Druckbeaufschlagung des Rückstellkanals 596 durch
einen neuartigen Schutzkreislauf 690 gesteuert wird, der
ein Schutzventil 692 aufweist. Der Schutzkreislauf 690 verhindert
eine Druckbeaufschlagung des Rückstellkanals ohne
vorheriges Drucklosmachen des Behälters 524 und des
Kanals 566, wodurch verhindert wird, dass das Magnetventil 538 dem
Kanal 576 und der Kammer 578 Fluiddruck liefert.
Dies verhindert eine Verlagerung des ersten Ventilelements 530 in
eine betätigte
Stellung. Somit verhindert das Schutzventil 692 eine Druckbeaufschlagung
des Auslasskanals 16 während
eines Rückstellvorgangs.
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Um
einen Rückstellvorgang
zu bewirken, wenn eines oder beide von erstem Ventilelement 528 oder
zweitem Ventilelement 530 sich in einer gesperrten Stellung
befindet, wie es während
eines ersten Anlaufens oder eines gesperrten Zustands vorkommen
kann, muss der Fluidkanal 700 druckbeaufschlagt werden.
Die Druckbeaufschlagung des Fluidkanals 700 kann durch
Rückstellbetätigung des
Magnetventils 696 erfolgen, das über den Fluidkanal 694 Eingangsfluiddruck
vom Einlasskanal 514 erhält. Bei Betätigung des Rückstellmagnetventils 696 wird
Einlassfluiddruck an dem Fluidkanal 700 angelegt. Alternativ
weist das Ventilgehäuse 512 eine
optionale Rückstellöffnung 698 auf,
die zur Verwendung mit einem vom Kunden bereitgestellten Rückstellfluiddruck vorgesehen
werden kann.
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Bei
Anlegen eines der alternativen Rückstellsignale
bewirkt der Fluiddruck in dem Kanal 700 eine Verlagerung
des Ventilschiebers 722 nach oben aufgrund der Druckbeaufschlagung
der Kammer 740. Der durch den Fluidkanal 700 angelegte
Eingangsfluiddruck beaufschlagt auch den Behälter 710 mit Druck.
Eine Verlagerung des Ventilschiebers 722 nach oben ermöglicht eine
Verbindung zwischen dem Fluidkanal 566 und der oberen Ablassöffnung 728 mittels
des Ablassdurchlasses 692. Dies lässt Fluiddruck und Behälter 526 und
Fluidkanal 566 zum Ablass ab, wodurch eine Betätigung des
ersten Ventilelements 528 verhindert wird. Eine Verlagerung des
Ventilschiebers 722 nach oben ermöglicht auch eine Verbindung
zwischen dem druckbeaufschlagten Fluidkanal 700 und dem
Rückstellkanal 5986 mittels des
Druckdurchlasses 692a, was eine Verlagerung des ersten
Ventilelements 528 und/oder des zweiten Ventilelements 530 in
eine unbetätigte
Stellung bewirkt, wie vorstehend unter Bezug auf 9 und 10 beschrieben
wird. Während
dieses Betriebs beschränken
Fluiddrosseln 553 und 559 den Fluidstrom in jeweilige
Behälter 524 und 526.
Dies gewährleistet,
dass in den Kammern 554 und 560 ein höherer Druck
aufgebaut wird, wodurch die Kolben 608 und 620 nach
oben verlagert werden, um den Rückstellvorgang
zu bewirken. Solange der Fluidkanal 700 entweder durch
das Rückstellmagnetventil 696 oder
ein vom Kunden bereitgestelltes Rückstellsignal druckbeaufschlagt
ist, wird ferner der Fluidkanal 566 durch den oberen Ablasskanal 728 abgelassen,
wodurch eine Nichtbetätigung
des ersten Ventilelements 530 gewährleistet wird.
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Bei
Beseitigen des Rückstellsignals,
entweder durch das Rückstellmagnetventil 596 oder
ein vom Kunden bereitgestelltes Rückstellsignal 698 verlagert
das Vorspannelement 742 den Ventilschieber 722 nach
unten, was die Verbindung zwischen dem Fluidkanal 700 und
dem Rückstellkanal 596 durch Schließen des
Druckdurchlasses 692a unterbindet. Die Verlagerung des
Ventilsschiebers 722 nach unten sperrt somit die Verbindung
zwischen dem Fluidkanal 700 und dem Rückstellkanal 596,
wodurch der Druck auf die Rückschlagventile 598, 600 gemindert wird.
Eine Verlagerung des Ventilschiebers 722 nach unten bewirkt
auch, dass der Rückstellkanal 596 durch
die untere Ablassöffnung 734 mittels
des Druckdurchlasses 692a abgelassen wird, wodurch ein
ständiger
Ablass für
den Rückstellkanal 596 vorgesehen
wird, so dass der Rückstellkanal 596 nur während des
Rückstellvorgangs
druckbeaufschlagt wird und ansonsten zum Ablass hin abgelassen wird. Ferner
unterbindet der Ventilsitz 726 die Verbindung zwischen
dem Kanal 566 und der oberen Ablassöffnung 728 durch Schließen des Ablassdurchlasses 692b,
wodurch eine Druckbeaufschlagung des Behälters 526 möglich wird.
Die Behälter 524 und 526 werden
somit ausreichend druckbeaufschlagt, um einen ausreichenden Druck
in den jeweiligen Kammern 554 und 560 zu halten,
um das ersten Ventilelement 528 und das zweite Ventilelement 530 in
einer unbetätigten
Stellung zu halten.
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Die 13 und 14 veranschaulichen die
Steuerventilanlage 510 in ihrer unbetätigten Stellung. Druckbeaufschlagtes
Fluid von dem Einlasskanal 514 spannt die Ventilsitze 630 und 634 gegen
das Gehäuse 512 vor,
was die Verbindung zwischen dem Einlasskanal 514 und beiden
Kammern 542 und 548 schließt. Druckbeaufschlagtes Fluid
wird dem Kanal 540, dem Kanal 552 durch den ringförmigen Kanal 614 durch
die Drossel 556 zu dem Behälter 524 durch die
Drossel 553 und in die Kammer 554 geliefert, um
das Ventilelement 602 wie in 14 gezeigt nach
oben vorzuspannen, was den Kolben 608 an dem Gehäuse 512 zum
Anliegen bringt. Druckbeaufschlagtes Fluid strömt auch durch den Kanal 566 von dem
Behälter 24 zu
dem Einlass des Magnetventils 538. In ähnlicher Weise wird druckbeaufschlagtes Fluid
von dem Einlasskanal 514 dem Kanal 546 zu dem
Kanal 558 durch den ringförmigen Kanal 626 durch
die Drossel 562 zu dem Behälter 526 durch die Drossel 559 und
in die Kammer 560 geliefert, um das Ventilelement 604 wie
in 14 gezeigt nach oben vorzuspannen, was den Kolben 620 an
dem Gehäuse 512 zum
Anliegen bringt. Druckbeaufschlagtes Fluid strömt auch durch Kanal 570 vom
Behälter 526 zum
Einlass des Magnetventils 536. Der Auslasskanal 516 steht
aufgrund des Vorspannen der Ventilsitze 612 und 624 nach
oben, was die Öffnungen 588 und 590 öffnet, mit
dem Ablasskanal 518 in Verbindung. Die mittleren Kammern 542 und 548 sind
ebenfalls durch Querkanäle 580 bzw. 582,
durch Kanäle 584 bzw. 586 gegenüber dem
Ablasskanal 518 offen. Der Fluiddruck unter dem Kolben 610 und 622 der Ventilelemente 602 bzw. 604 spannt
die Ventilelemente 602 und 604 nach oben vor,
was die Steuerventilanlage 510 in der unbetätigten Stellung
hält. Die Verbindung
zwischen den Kanälen 540 und 552 durch
den ringförmigen
Kanal 614 und die Verbindung zwischen den Kanälen 546 und 558 durch
den ringförmigen
Kanal 626 halten den Fluiddruck in den Kammern 554 und 560 und
den Behältern 524 und 526 aufrecht.
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Die 15 und 16 veranschaulichen die
Steuerventilanlage 510 in ihrer betätigten Stellung. Beide Magnetventile 536 und 538 wurden
im Wesentlichen gleichzeitig betätigt.
Die Betätigung des
Magnetventils 536 verbindet den Kanal 570 und somit
den Behälter 526 mit
dem Kanal 572. Druckbeaufschlagtes Fluid wird in die Kammer 574 geleitet, um
das Ventilelement 602 wie in 16 gezeigt
nach unten zu bewegen. Der Durchmesser des Kolbens 606 ist
größer als
der Durchmesser des Kolbens 610, wodurch die Last erzeugt
wird, die das Ventilelement 602 nach unten bewegt. In ähnlicher
Weise verbindet die Betätigung
des Magnetventils 538 den Kanal 566 und somit
den Behälter 524 mit
dem Kanal 576. Druckbeaufschlagtes Fluid wird in die Kammer 578 geleitet,
um das Ventilelement 604 wie in 16 gezeigt
nach unten zu bewegen. Der Durchmesser des Kolbens 618 ist
größer als
der Durchmesser des Kolbens 622, wodurch die Last erzeugt
wird, die das Ventilelement 604 nach unten bewegt. Wenn
sich die Ventilelemente 602 und 604 nach unten
bewegen, bewegt ein ringförmiger
Flansch 640 am Kolben 610 den Ventilsitz 630 aus
dem Sitz und ein ringförmiger Flansch 642 am
Kolben 622 bewegt das Ventil 634 aus dem Sitz.
Das druckbeaufschlagte Fluid strömt von
dem Einlasskanal 514 in den unteren Teil der Kammer 542 durch
den Kanal 580 zu dem oberen Teil der Kammer 548 und
durch einen Spalt 644 zwischen dem Ventilelement 604 und
dem Gehäuse 512,
um dem Auslasskanal 516 druckbeaufschlagtes Fluid zu liefern.
Druckbeaufschlagtes Fluid strömt auch
durch den Kanal 584 zu dem Auslasskanal 516. In ähnlicher
Weise strömt
druckbeaufschlagtes Fluid von dem Einlasskanal 514 in den
unteren Teil der Kammer 548 durch den Kanal 582 zu
dem oberen Teil der Kammer 542 und durch einen Spalt 646 zwischen
dem Ventilelement 602 und dem Gehäuse 512, um dem Auslasskanal 516 druckbeaufschlagtes Fluid
zu liefern. Druckbeaufschlagtes Fluid strömt ferner durch den Kanal 586 zu
dem Auslasskanal 516. Die Bewegung der Ventilelemente 602 und 604 nach
unten bringt die Ventilsitze 612 und 624 am Gehäuse 512 zum
Anliegen, um die Öffnungen 588 und 590 zur
Trennung des Auslasskanals 516 von dem Ablasskanal 518 zu
schließen.
Der Fluiddruck in den Behältern 524 und 526 wird
zunächst
gesenkt, wenn die Ventile 536 und 538 betätigt werden,
der Fluiddruck kehrt aber am Einlass 514 wieder zu Zufuhrdruck
zurück,
da die Behälter 524 und 526 gegenüber dem
Einlass 514 noch offen sind und der Auslass 516 vom
Ablass 518 getrennt ist.
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Die 17 und 18 veranschaulichen die
Steuerventilanlage 510 in einer anomalen Stellung. In den 17 und 18 befindet
sich das Ventilelement 604 in seiner oberen Stellung, während sich
das Ventilelement 602 in seiner unteren Stellung befindet.
Beide Magnetventile 536 und 538 befinden sich
in ihrer unbetätigten
Stellung. Das Ventilelement 604 befindet sich ähnlich wie
in 14 gezeigt in seiner oberen Stellung. Druckbeaufschlagtes Fluid
von dem Einlasskanal 514 wird zum Kanal 546 zum
Kanal 558 durch den ringförmigen Kanal 626 durch
die Drossel 562 und in die Kammer 560 geliefert,
um das Ventilelement 604 nach oben vorzuspannen, wie in 18 gezeigt
wird, was den Kolben 620 am Gehäuse 12 zum Anliegen
bringt. Druckbeaufschlagtes Fluid strömt auch zum Behälter 526 und vom
Behälter 526 zum
Einlass des Magnetventils 536 durch den Kanal 570.
Der Auslasskanal 516 steht mit dem Ablasskanal 518 aufgrund
des Vorspannes des Ventilsitzes 624 nach oben, was die Öffnung 590 öffnet, in
Verbindung. Das Ventilelement 602 befindet sich in seiner
unteren Stellung, die verschiedene Kanäle zu dem Auslasskanal 516 öffnet, der
aufgrund der Stellung des Ventilelements 604 gegenüber dem
Ablass 518 offen ist. Der obere Teil der Kammer 542 ist
durch den Spalt 646 gegenüber dem Ablass offen. Druckbeaufschlagtes
Fluid von dem Einlasskanal 514 wird durch den Kanal 540 zum
Ablass und durch den oberen Teil der Kammer 542 durch den
Spalt 646, durch den Auslasskanal 516, durch die Öffnung 590 zum
Ablasskanal 518 auslaufen gelassen. Ferner läuft druckbeaufschlagtes
Fluid von dem Einlasskanal 514 zu dem Ablass 518 aus, indem
es in den unteren Teil der Kammer 542 eindringt, durch
den Kanal 580, durch den Kanal 584, durch den
Auslasskanal 516, durch die Öffnung 590 und in
den Ablasskanal 518 strömt.
Druckbeaufschlagtes Fluid im Kanal 552 und somit in der
Kammer 554 wird ebenfalls durch die Drosseln 553 und 556,
die die auf das Ventilelement 602 ausgeübte Vorspannung beseitigen,
zum Ablass auslaufen gelassen. Ein Leckweg besteht ferner über einen
Spalt zwischen dem Kolben 608 und den Wänden der Bohrung 520 vom
Einlass 514 zum unteren Teil der Kammer 542 zum
oberen Teil der Kammer 542. Vom oberen Teil der Kammer 542 kann
wie vorstehend beschrieben Fluiddruck entweichen. Ein noch weiterer Leckweg
liegt vom unteren Teil der Kammer 542 durch den Kanal 580,
vom oberen Teil zum unteren Teil der Kammer 548 und durch
den Kanal 582 in den oberen Teil der Kammer 542 vor.
Vom oberen Teil der Kammer 542 kann wie vorstehend beschrieben
Fluiddruck entweichen. Ferner wird Fluiddruck im Behälter 524 durch
die Drossel 556, die das dem Magnetventil 538 durch
den Kanal 566 zugeführte
druckbeaufschlagte Fluid entfernt, zum Ablass auslaufen gelassen.
Der Zeitraum für
die Kammer 554 und den Behälter 524 für das Auslaufen
zum Ablass hängt von
der Größe der Kammer 554,
des Behälters 524 und
der Drosseln 553 und 556 ab. Mit Austretenlassen
der druckbeaufschlagten Luft aus der Kammer 574 über dem
Kolben 606 und Vorhandensein druckbeaufschlagter Luft im
Einlasskanal 514, die auf den Boden des Ventilsitzes 630 wirkt,
bewegt die Ventilfeder 532 das Ventilelement 602 zu
einer mittleren Stellung, in der der Ventilsitz 630 an
dem Gehäuse 512 sitzt,
der Kolben 608 aber nicht am Gehäuse 512 sitzt. Dieser
Zustand wird in den 9 und 10 gezeigt.
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Während die
obige Beschreibung der 17 und 18 mit
dem Ventilelement 602 in seiner mittleren und gesperrten
Stellung befindlich und dem Ventilkörper 604 in seiner
unbetätigten
Stellung befindlich beschrieben wurde, versteht sich, dass eine ähnliche
gesperrte Stellung der Steuerventilanlage 510 eintreten
würde,
wenn das Ventilelement 602 in seiner unbetätigten Stellung
angeordnet wäre
und das Ventilelement 604 in seinem mittleren und gesperrten
Zustand angeordnet wäre.
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Somit
ist die Steuerventilanlage 510 eine vollständig fluidbetriebene
Ventilanlage, die die Fähigkeit
zur Erfassung eines anomalen Zustands und zum Reagieren auf diesen
anomalen Zustand hat, indem sie zu einem gesperrten Zustand wechselt,
der dann erfordert, dass eine Person einen Rückstellvorgang vollzieht, bevor
die Steuerventilanlage 510 wieder funktioniert. Die Steuerventilanlage 510 verhindert
ferner den Betrieb des Ventils während
eines Rückstellvorgangs.
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Die
vorstehend in den 1–18 beschriebenen
Steuerventilanlagen 10 und 510 werden im Allgemeinen
als Crossmirror-Ventile bezeichnet, da sie so ausgelegt sind, dass
sie ein Überwachungsmerkmal
aufweisen, das in die Ventilkonstruktion integriert ist. Diese Ventile
bieten dem Kunden bestimmte Merkmale. Eine alternative Ventilkonfiguration
kann im Allgemeinen als Querventil bezeichnet werden. Ein typisches
Querventil umfasst einen Körper
und Ventilelemente, weist aber nicht inhärent einen Überwachungskreislauf zum Detektieren,
wann sich die Ventilanlagen in einer anomalen Konfiguration befinden,
auf. Ein solches Ventil kann als Zwillingsventil bezeichnet werden,
und 19 veranschaulicht ein schematisches Kreislaufdiagramm
für eine
Steuerventilanlage 810, die eine noch weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung darstellt. Unter Bezug auf 19 weist
die Steuerventilanlage 810 eine Einlasszufuhr 814,
eine Auslasszufuhr 814 und einen Ablass 818 auf.
Ein Magnetventil 820 steuert die Betätigung eines ersten Ventilelements 824. Analog
steuert ein Magnetventil 822 die Betätigung eines zweiten Ventilelements 826.
Die Magnetventile 820 und 822 müssen innerhalb
eines vorbestimmten Zeitraums betätigt werden, und ein jeweiliges
erstes Ventilelement 824 und zweites Ventilelement 826 müssen sich
innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums aktiviert und deaktiviert
werden, um einen Übergang
der Steuerventilanlage 810 in eine gesperrte Stellung zu
verhindern. Die Steuerventilanlage 810 weist weiterhin
einen Sperrschieber 828 und ein Schutzventil 830 auf.
Es versteht sich, dass die Magnetventile 820 und 822 analog
zu den vorstehend beschriebenen jeweiligen Magnetventilen 36, 38 und 536, 538 sind.
Analog ist zu beachten, dass die Hauptventilelemente 824, 826 analog
zu den oben beschriebenen ersten Ventilelementen 28, 30 und 528, 530 sind.
Entsprechend ist das Schutzventil 830 analog zu dem oben
beschriebenen Schutzventil 592.
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Der
Sperrschieber 828 ist ein Schieberventil mit vier Öffnungen
und drei Stellungen, das den Fluiddruck an den Fluidkanälen 832 und 834 überwacht, die
die Druckabgabe durch die Hauptventilelemente 824, 826 wiedergeben.
Wenn die Drücke
allgemein gleich sind, nimmt das Schieberventil 828 eine
mittlere Stellung ein. Wenn der Druck ungleich wird, verschiebt
sich der Sperrschieber 828, wodurch der Eingangsdruck zur Öffnung YA
abgelassen wird und der an dem Schutzventil 830 und den
Magnetventilen 822, 824 angelegte Steuerdruck
zur Öffnung
YB abgelassen wird. Ein Sperrschalter 836 weist einen Sperrstift 838 auf.
Der Sperrstift 838 ist in Richtung eines gekerbten Elements 840 vorgespannt,
das sich gemäß einem
verschiebbaren Teil des Sperrschiebers 828 bewegt. Das
gekerbte Element 840 weist ein Paar Kerben auf, wobei der
Sperrstift 838 mit einer derselben greift, wenn sich das
Sperrelement 840 entsprechend dem Schieberteil des Sperrschiebers 828 verschiebt.
Sobald eine Sperrstellung eingenommen ist, muss an der Rückstellöffnung 842 Fluiddruck
angelegt werden, um den Sperrschieber 828 durch Beaufschlagen
des Sperrstifts 838 weg von dem gekerbten Element 840 in
seine mittlere Stellung zurückzuführen, wodurch
der Sperrschieber 828 in seine mittlere Stellung zurückkehren
kann, solange die Eingangsdrücke
an den Fluidkanälen 832 und 834 im
Allgemeinen gleich sind.
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Das
Schutzventil 830 arbeitet ähnlich wie vorstehend beschrieben,
um während
des Rückstellens
eine Strecke von dem Fluidkanal 844 zu dem Ablass durch
das Schutzventil 830 vorzusehen. Bei Betrieb verlagert
das Anlegen von Fluiddruck an der Rückstellöffnung 842 das Schutzventil 830 in
eine betätigte
Stellung. In der betätigten
Stellung sieht das Schutzventil 830 für den Fluidkanal 844 eine
Strecke zum Ablass vor. Wie bei der betätigten Stellung sieht das Schutzventil 830 eine
Strecke von der Rückstellöffnung 842 zu
dem Rückstellstift 838 vor.
Der Rückstelldruck
beaufschlagt eine Kammer mit Druck, was die Vorspannkraft einer
Feder überwindet,
die den Rückstellstift 838 hin
zu dem gekerbten Element 840 vorspannt. Während des
Rückstellvorgangs
kann an den Magnetventilen 820, 822 kein Fluiddruck
angelegt werden und kann somit nicht an den jeweiligen Hauptventilelementen 824, 826 angelegt
werden. Dies verhindert das Anlegen von Einlassdruck an der Auslasszufuhr 816.
Sobald Fluiddruck von der Rückstellöffnung 842 entfernt
wird, kehrt das Schutzventil 830 in seine unbetätigte Stellung
zurück,
wie vorstehend unter Bezug auf 9 bis 18 beschrieben wurde,
was den Betrieb der Hauptventilelemente 824, 826 ermöglicht.
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Während die
obige eingehende Beschreibung die bevorzugte Ausführung der
vorliegenden Erfindung beschreibt, versteht sich, dass die vorliegende
Erfindung Abwandlung, Veränderung
und Abänderung
unterliegen kann, ohne vom Schutzumfang und der angemessenen Bedeutung
der beigefügten Ansprüche abzuweichen.