DE602004009008T2

DE602004009008T2 - Doppelventil mit dynamischer Überwachung und Speicherung des Ventilpositions

Info

Publication number: DE602004009008T2
Application number: DE200460009008
Authority: DE
Inventors: Neil E. Bloomfield Hills Russell; Joseph E. Sterling Heights Foster
Original assignee: Ross Operating Valve Co
Current assignee: Ross Operating Valve Co
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: EP1515052A2; ES2290636T3; JP2005090741A; DE602004009008D1; BRPI0403775A; EP1515052A3; CN100439721C; JP4615270B2; CN1594899A; US6840259B1; EP1515052B1; BRPI0403775B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Steuerventile und insbesondere ein Doppelventil zum Steuern eines Einzelflusses eines Druckfluids in Reaktion auf die zeitgleiche Aktivierung eines Paars Steuerschalter.
Verschiedenartige Werkzeugmaschinen arbeiten über ein Ventilsystem, das zusammen mit einer pneumatisch gesteuerten Kupplungs- und/oder Brems-Baueinheit arbeitet. Aus Sicherheitsgründen muss der Operator bei den zum Betätigen dieser Werkzeugmaschinen verwendeten Steuerventile zwei getrennte Steuerschalter im Wesentlichen zeitgleich aktivieren, so dass gewährleistet ist, dass die Hände des Operators fernab von beweglichen Komponenten der Werkzeugmaschine sind, wenn eine Arbeitszyklus begonnen wird. Gewöhnlich erzeugt eine Elektronikschaltung, die auf die beiden Steuerschalter reagiert, ein Pilotsteuersignal, das an die Pilotventile zum Umschalten des Hauptfluidkreises des Ventils übertragen wird, so dass die Abgabe von Pressluft (oder eines anderen Fluids) an die Werkzeugmaschine gesteuert wird und diese ihren Arbeitszyklus ausführt.
Es wurden Doppelventile entwickelt, die in einem Ventilkörper parallel arbeiten, so dass eine Wiederholung oder eine Überschreitung eines Werkzeugmaschine-Arbeitszyklus nicht durch eine Funktionsstörung einer einzelnen Ventileinheit (beispielsweise eines Ventils, das in einer betätigten Position festsitzt) verursacht werden kann. Kann somit eine Ventileinheit nicht zur richtigen Zeit abschalten, nimmt das Doppelventil eine Konfiguration an, die die Quelle der Pressluft aus der Werkzeugmaschine ablenkt. Ein Doppelventil ist beispielsweise in dem gemeinschaftlich abgetretenen US-Patent 6 478 049 an Bento et al., gezeigt, das hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Neben der Bereitstellung von Schutz vor Wiederholung oder Overrun der Werkzeugmaschine möchte man das Doppelventil auf eine fehlerhafte Ventileinheit überwachen und die Einleitung eines neuen Arbeitszyklus der Werkzeugmaschine verhindern. Somit führen Systeme des Standes der Technik dazu, dass die Doppelventile eine Abschalt-Konfiguration annehmen, wenn eine einzelne Ventileinheit in einem Fehlerzustand ist, so dass das Doppelventil nicht wieder betätigt werden kann, bis es absichtlich zurückgesetzt wird, damit der Fehlerzustand gelöscht wird.
Insbesondere enthält eine Doppelventilbaueinheit zwei elektromagnetisch gesteuerte Pilotventile. Die Pilotventile sind üblicherweise normal geschlossen. Die Doppelventil-Baueinheit umfasst zwei bewegliche Ventileinheiten, und zwar jeweils mit einer entsprechenden Entlüftungsklappe zwischen Auslassöffnung und Entlüftungsöffnung des Doppelventils und einer entsprechenden Einlassklappe zwischen der Auslassöffnung und der Einlassöffnung des Doppelventils. Sind die Pilotventile normal geschlossen, dann sind die Entlüftungsklappen normal offen und die Einlassklappen sind normal geschlossen. Jedes der Pilotventile wird zu einer betätigten Position bewegt, und zwar in Reaktion auf ein elektrisches Steuersignal von einem entsprechenden Operator-gesteuerten Schalter, der üblicherweise bewirkt, dass sich die Entlüftungsklappen schließen und die Einlassklappen öffnen. Jedes Mal, wenn 1) eine Ventileinheit nicht richtig deaktiviert werden kann, 2) eine Ventileinheit nicht richtig betätigt werden kann oder 3) die Pilotventile nicht zeitgleich betätigt oder deaktiviert werden, dann verharrt mindestens eine Ventileinheit in einer Fehlerposition, in der ihre Entlüftungsklappe nicht geschlossen werden kann (wodurch verhindert wird, dass der Auslass unter Druck gesetzt wird.
Während normaler Laufbedingungen erhält der Einlass des Doppelventils eine kontinuierliche Druckfluidquelle. Die Quelle wird jedoch regelmäßig abgeschaltet (beispielsweise bei der Wartung oder am Ende einer Arbeitsschicht). Wird das Druckfluid zyklisch an- und abgelegt, fallen die Drücke in verschiedenen Abschnitten des Doppelventils, die auf verschiedene Ventilkomponenten einwirken, ab, und bauen sich wieder auf, so dass Kräfte auf die Ventileinheiten verursacht werden, denen man bei normalen Laufbedingungen gewöhnlich nicht ausgesetzt wird. Bei Doppelventilen des Standes der Technik ist die Auswirkung des Druckwechsels auf die beweglichen Ventileinheiten gewöhnlich uneinheitlich und unvorhersehbar. In vielen Fällen kann eine Ventileinheit, die sich in einem fehlerhaften Zustand befand, enden, indem sie durch den Druckwechsel zurückgesetzt wird. Dies ist unerwünscht, da das Versagen eines Ventils, das kurz vor dem Druckwechsel gestört wird, nicht bemerkt wird, wenn der Druck abgeschaltet wird. Wird das fehlerhafte Ventil durch den Druckwechsel zurückgesetzt, geht der Hinweis auf Funktionsstörung verloren, und es kann sein, dass das Ventil abgeschaltet wird, damit ein normaler Betrieb unternommen wird. Eine nicht funktionsgestörte Ventileinheit kann dagegen versehentlich die fehlerhafte Position annehmen, wenn tatsächlich kein Fehler aufgetreten ist, so dass die Ventile nach dem zyklischen Druck-An und Aus-Wechsel zurückgesetzt werden müssen, was bei einem Produktionsbetrieb ineffizient wird. Folglich ist es wünschenswert, einen dynamischen Speicher des Ventilszustands während des Wechsels des Einlassdrucks zu schaffen, so dass jede Ventileinheit den gleichen Zustand annimmt, den sie bei Wegnahme des Drucks aufwies.
EP1255047 offenbart ein Steuerventilsystem, umfassend erste und zweite Anzahl Ventile, wobei sich jede Anzahl von Ventilen bewegen lässt zwischen einer betätigten Position, einer ruhenden Position und einer Zwischenposition. Eine Anzahl von Reset-Bauteilen lässt sich selektiv an die erste Anzahl Ventile anschließen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Doppelventil mit Gedächtnis bereit, so dass das Ventil im ruhenden Zustand (d. h. betriebsfertig) bleibt, wenn es in seinem normalen ruhenden Zustand ist und die Einlassluftzufuhr zyklisch wechselt (beispielsweise an/aus geschaltet wird oder aus/an). Ist das Ventil in einem fehlerhaften Zustand (beispielsweise in einer Zwischenposition) und wechselt die Einlassluftzufuhr zyklisch, dann bleibt das Ventil im fehlerhaften Zustand. Das Gedächtnis wird erzielt durch einen ausgeglichenen Zustand der beweglichen Ventilelemente, wenn diese in der normalen ruhenden Position sind, und einem unausgeglichenen oder arretierten Zustand, wenn diese in der Zwischen- oder Fehlerposition sind.
Erfindungsgemäß wird ein Steuerventilsystem nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Bei einem Aspekt der Erfindung umfasst das Steuerventilsystem ein Gehäuse, das einen Einlass umgrenzt; einen Auslass und eine Entlüftung, wobei der Einlass dazu ausgelegt ist, dass er ein Druckfluid aufnimmt. Eine erste bewegliche Ventileinheit umfasst eine erste Entlüftungsklappe und eine erste Einlassklappe, wobei die erste Entlüftungsklappe beweglich ist zwischen einer offenen Position zum Anschließen des Auslasses an die Entlüftung und einer geschlossenen Position zum Isolieren des Auslasses von der Entlüftung, wobei die erste Einlassklappe beweglich ist zwischen einer offenen Position zum Anschließen des Auslasses an den Einlass und einer geschlossenen Position zum Isolieren des Auslasses von dem Einlass. Die erste bewegliche Ventileinheit ist beweglich zu einer betätigten Position, einer ruhenden Position und einer Zwischenposition, wobei die betätigte Position einbezieht, dass die erste Einlassklappe in ihrer offenen Position ist und die erste Entlüftungsklappe in ihrer geschlossenen Position ist, wobei die ruhende Position einbezieht, dass die erste Einlassklappe in ihrer geschlossenen Position ist und die erste Entlüftungsklappe in ihrer offenen Position ist und wobei die Zwischenposition einbezieht, dass die erste Einlassklappe und die erste Entlüftungsklappe zumindest partiell offen sind.
Eine zweite bewegliche Ventileinheit umfasst eine zweite Entlüftungsklappe und eine zweite Einlassklappe, wobei die zweite Entlüftungsklappe beweglich ist zwischen einer offenen Position zum Anschließen des Auslasses an die Entlüftung und einer geschlossenen Position zum Isolieren des Auslasses von der Entlüftung, wobei die zweite Einlassklappe beweglich ist zwischen einer offenen Position zum Anschließen des Auslasses an den Einlass und einer geschlossenen Position zum Isolieren des Auslasses von dem Einlass. Die zweite bewegliche Ventileinheit ist beweglich zu einer betätigten Position, einer ruhenden Position und einer Zwischenposition, wobei die betätigte Position einbezieht, dass die zweite Einlassklappe in ihrer offenen Position ist, und die zweite Entlüftungsklappe in ihrer geschlossenen Position ist, wobei die ruhende Position einbezieht, dass die zweite Einlassklappe in ihrer geschlossenen Position ist und die zweite Entlüftungsklappe in ihrer offenen Position ist und wobei die Zwischenposition einbezieht, dass die zweite Einlassklappe und die zweite Entlüftungsklappe zumindest partiell offen sind.
Erste und zweite Überkreuzkammern kommunizieren mit der zweiten bzw. ersten Einlassklappe. Erste und zweite Flussrestriktoren verbinden den Einlass mit der ersten bzw. zweiten Überkreuzkammer. Erste und zweite Pilotventile befinden sich an einem Ende der ersten bzw. zweiten beweglichen Ventileinheiten, womit man die ersten und zweiten beweglichen Ventileinheiten selektiv in die jeweils betätigten Positionen drängt.
Wenn eine der ersten und zweiten Einheiten in ruhender Position ist, und das Druckfluid aus der Einlassöffnung entlassen wird, dann wirken im Wesentlichen keine Nettokräfte auf die eine Einheit, und sie verbleibt in ihrer ruhenden Position. Wird das Druckfluid zum Einlass zurück gebracht, dann wird die eine Einheit in die ruhende Position gedrängt, und zwar in Reaktion auf den Druck, der von dem Fluidstrom herrührt, in eine entsprechende Überkreuzkammer über einen entsprechenden Flussrestriktor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung eines Gedächtnisses eines normalen Ventilzustands und eines gestörten Ventilzustands in einem Steuerventilsystem nach Anspruch 1 bereitgestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 einen Querschnitt eines Doppelventils gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform in seiner normalen ruhenden Position.
2 einen Querschnitt eines Doppelventils von 1 in seiner normalen Position.
3 einen Querschnitt eines Doppelventils von 1 in einem gestörten Zustand.
4 ein Querschnitt eines Doppelventils von 1 in einem gestörten Zustand, wobei die Pilotventile angeschaltet sind und sie versuchen, das Doppelventil zu betätigen.
5 einen Querschnitt eines Doppelventils gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform in seiner normalen ruhenden Position.
6, ein Zustandsdiagramm, den Betrieb eines erfindungsgemäßen Doppelventils, wenn der Einlassdruck zyklisch ab- und angeschaltet wird.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 umfasst ein Steuerventilsystem in der Form eines Doppelventils 10 ein Gehäuse 11 mit einer Einlassöffnung 12, die zu einer Einlasskammer 13 führt, einer Auslassöffnung 14, die zu einer Auslasskammer 15 führt, und einer Entlüftungsöffnung 16, die zu einer Entlüftungskammer 17 führt. Das Gehäuse 11 kann separate Blöcke 11a bis 11d umfassen, die miteinander verklammert oder verschraubt sind.
Die Kammern 13, 15 und 17 sind durch verschiedene Wege verknüpft, so dass längliche Bohrungen entstehen, die eine erste bewegliche Ventileinheit 18 und eine zweite bewegliche Ventileinheit 20 aufnehmen. Die erste bewegliche Ventileinheit 18 umfasst eine Entlüftungs-Kolben/Kolben/Klappe 21, die gleitend an einem Ende eines Schafts 22 über einen Kolben 23 angeschlossen ist. Die erste bewegliche Ventileinheit 18 umfasst auch eine Einlassklappe 24 und einen Flussrestriktor. Eine scheibenförmige Schulter 26 verläuft von einem Spacer 34, der an Schaft 22 befestigt ist. Die Schulter 26 ist gleitend in einem Weg 27 aufgenommen, der den Flussrestriktor 25 bildet. so dass Pressfluid von einer Einlasskammer 13 mit reduzierter Geschwindigkeit in eine erste Überkreuzkammer 28 fließt, wenn Schulter 26 in Weg 27 vorhanden ist.
Das untere Ende des Schafts 22 empfängt Kolben 30 und 31, die von einer Haltemutter 33 gehalten werden, welche an ein Ende des Schafts 22 geschraubt ist. Die Kolben 30 und 31 sind in einer Buchse 32 gleitend aufgenommen, die starr im Gehäuse 11 gehalten wird.
Ein Federanschlag 36 ist gleitend auf Spacer 34 aufgenommen und wird durch eine Rückholfeder 35 nach oben gedrängt. Unter der beweglichen Ventileinheit 18 wird eine Rückstellkammer 37 wird eine Rückstellkammer 37 geformt, die einen Teil des Rückstellkolbens 38 und eine Kolbenrückholfeder 40 aufnimmt.
Die in 1 gezeigte erste bewegliche Ventileinheit 18 ist in ihrer ruhenden Position, wobei die Auslassöffnung 14 zur Entlüftungsöffnung 16 offen ist und zu Einlassöffnung 12 geschlossen ist. Somit ist Entlüftungskolben/Klappe 21 in ihrer aufrechten ruhenden Position, wobei eine Entlüftungsdichtung 42 von einem Entlüftungssitz 41 beabstandet ist. Gleichzeitig wird eine Einlassdichtung 44 von Einlassklappe 24 gegen einen Einlasssitz 43 bewegt.
Eine zweite bewegliche Ventileinheit 20 umfasst eine Entlüftungskolben/Klappe 46, die gleitend an einem Ende eines Schafts 47 über einen Kolben 48 aufgenommen ist. Die zweite bewegliche Ventileinheit 20 umfasst auch eine Einlassklappe 50 und einen Flussrestriktor 51. Eine scheibenförmige Schulter 52 verläuft von einem Spacer 60, der an Schaft 47 befestigt ist. Die Schulter 52 ist gleitend in einem Weg 53 aufgenommen, der einen Flussrestriktor 51 ausmacht, so dass Druckfluid von einer Einlasskammer 13 mit einer reduzierten Geschwindigkeit in eine zweite Überkreuzkammer 54 strömt, wenn Schulter 52 in Weg 53 zugegen ist.
Das untere Ende von Schaft 47 empfängt die Kolben 55 und 56, die von einer Haltemutter 58 gehalten werden, die an ein Ende von Schaft 47 geschraubt ist. Die Kolben 55 und 56 sind gleiten in einer Buchse 57 aufgenommen, die fest im Gehäuse 11 gehalten wird.
Ein Federanschlag 62 ist gleitend auf Spacer 60 gehalten und wird durch eine Rückholfeder 61 nach oben gedrängt. Unter der beweglichen Ventileinheit 20 ist eine Rückstellkammer 63 gebildet, die einen Teil eines Rückstellkolbens 64 und eine Kolbenrückholfeder 65 aufnimmt.
Die zweite bewegliche Ventileinheit 20 ist in der 1 in ihrer ruhenden Position gezeigt, wobei die Auslassöffnung 14 zur Entlüftungsöffnung 16 offen und zu Einlassöffnung 12 geschlossen ist. Somit ist Entlüftungskolben/Klappe 46 in ihrer aufwärts gerichteten ruhenden Position, wobei eine Entlüftungsdichtung 67 von einem Entlüftungssitz 66 beabstandet ist. Gleichzeitig wird ein Einlasssitz 70 der Einlassklappe 50 gegen einen Einlasssitz 68 bewegt.
Ein Fluidweg 72 schafft eine Fluidkommunikation zwischen der ersten Überkreuzkammer 28 und der Rückstellkammer 63 der zweiten beweglichen Ventileinheit 20. Ein Fluidweg 73 schafft eine Fluidkommunikation von der ersten Überkreuzkammer 28 zu den Taktungskammern 74 und 75 zur Bereitstellung von Druckfluid zu einem Eingang eines ersten Pilotventils 76. Ein Weg 77 ist zwischen dem Ausgang des ersten Pilotventils 76 und der Oberseite von Entlüftungskolben/Klappe 21 angeschlossen.
Ein Fluidweg 78 schafft eine Fluidkommunikation zwischen der zweiten Überkreuzkammer 54 und der Rückstellkammer 37 der ersten beweglichen Ventileinheit 18. Ein Fluidweg 80 schafft eine Fluidkommunikation von der zweiten Überkreuzkammer 54 zu den Taktungskammern 81 und 82 zur Bereitstellung von Pressfluid zu einem Eingang eines zweiten Pilotventils 83. Ein Weg 84 ist zwischen den Ausgang des zweiten Pilotventils 83 und der Oberseite von Entlüftungs-Kolben/Klappe 46 angeschlossen.
Eine Rückstellöffnung 85 kommuniziert mit einem Rückstellweg 86 und schafft einen Rückstelldruck zum Rückstellen der Kolben 38 und 64, die nach oben ragen und die ersten und zweiten beweglichen Ventileinheiten 18 und 20 in ihre normalen ruhenden Positionen überführen. Sind die Einheiten 18 und 20 in ihren ruhenden Positionen und wird kein Druck an irgendwelche Teile des Doppelventils angelegt, dann werden die Ventileinheiten 18 und 20 durch Reibung in ihren oberen ruhenden Positionen gehalten (beispielsweise zwischen den Kolben 30 und 31 und der Buchse 32). Das Ausmaß der bereitgestellten Reibung ist vorzugsweise so groß, dass die beweglichen Ventileinheiten in ihren aktuellen Positionen gegen die Schwerkraft gehalten werden, ungeachtet in welcher Orientierung der Ventilkörper untergebracht ist.
Wird der Einlassdruck zuerst an Einlassöffnung 12 angelegt, bleiben die beweglichen Ventileinheiten wie folgt in ihren ruhenden Positionen. Der Druck in der Einlasskammer 13 spiegelt sofort den Druckanstieg an Einlassöffnung 12 wider. Die Oberflächen der ersten beweglichen Ventileinheit 18, die zur Einlasskammer 13 offen sind, umfassen eine erste Seite 87 der Schulter 26 und eine Oberseite 89 von Kolben 30. Diese Oberflächen werden mit gleichen Flächen bereitgestellt, so dass der Einlassdruck gegen die Oberflächen eine aufwärts gerichtete Kraft gegen Oberfläche 87 erzeugt, die im Wesentlichen genau durch eine abwärts gerichtete Kraft gegen Oberfläche 89 ausgeglichen wird. Entsprechend hat eine Oberfläche 88 von Schulter 52 eine Fläche, die im Wesentlichen gleich der Oberfläche 90 von Kolben 55 ist. Somit wirkt eine Nettokraft von im Wesentlichen gleich Null auf jede der beweglichen Ventileinheiten in Reaktion auf den Aufbau von Druck in der Einlasskammer 13.
Aufgrund der unvollständigen Dichtungen der Flussrestriktoren 25 und 51 startet ein Druckaufbau in den Überkreuzkammern 28 und 54. Beim Druckaufbau in den Überkreuzkammern wirkt der resultierende Druck auf die Einlassklappen 24 und 50 und presst sie gegen ihre entsprechenden Sitze 43 bzw. 68. Der steigende Druck wird ebenfalls an die Rückstellkammern 37 und 63 übermittelt, die wiederum eine aufwärts gerichtete Kraft zum Setzen der Einlassklappen erzeugt. Druck aus den Überkreuzkammern wird ebenfalls an die Taktungskammern der Pilotventile 76 und 83 übertragen. Nach einer kurzen Verzögerung gleicht sich der Druck in den Überkreuzkammern, Rückstellkammern und Taktungskammern dem Druck in der Einlasskammer 13 an.
Die 2 zeigt das Doppelventil 10 in seinem normalen betätigten Zustand Da die Taktungskammern 75 und 82 vollständig unter Druck stehen, wenn die Pilotventile 76 und 83 angestellt werden, presst der Druck, der von den Pilotventilen gegen die Entlüftungs-Kolben/Klappen 21 und 46 ausgeübt wird, diese nach unten, bis die Entlüftungsdichtungen 42 und 67 auf den Ventilsitzen 41 bzw. 66 aufsitzen. Die Entlüftungs-Kolben/Klappen 21 und 46 pressen die Ventilschäfte 22 und 47 nach unten, wodurch die Einlassklappen 24 und 50 abgesetzt werden. Die Schultern 26 und 52 der Spacer 34 bzw. 60 bewegen sich ebenfalls nach unten und versetzen die Federanschläge 36 und 62, während zudem die Öffnung an den Flussrestriktionen vergrößert werden, wodurch der Flusskoeffizient durch das Ventil erhöht wird.
Werden die Pilotventile in die ruhende Position überführt, wird Pressfluid, das gegen die Oberseite der Entlüftungs-Kolben/Klappen 21 und 46 presst, durch die Pilotventile ausgelassen. Pressfluid in der Auslasskammer 15 und Rückstellkammern 37 und 63 legen eine aufwärts gerichtete Kraft gegen die erste und zweite bewegliche Ventileinheiten 18 und 20 an, dem nur eine kleinere Kraft gegenübersteht, die gegen die Oberflächen 89 und 90 in der Einlasskammer 13 wirkt. Demnach bewegen sich erste und zweite bewegliche Ventileinheiten 18 und 20 nach oben in ihre normalen ruhenden Positionen, wie es in der 1 gezeigt ist, so dass die nächste Betätigung der Pilotventile 76 und 83 abgewartet wird, während die Taktungskammern 74, 75, 81 und 82 schnell vollständig unter Druck gesetzt werden.
Der Betrieb von Ventil 10 nach dem Versagen von einer beweglichen Ventileinheit ist in den 3 und 4 gezeigt. Wie in der 3 gezeigt, ergibt sich der Fehlerzustand, wenn die erste bewegliche Ventileinheit 18 nach dem Abschalten beispielsweise von Pilotventil 76 nicht in ihre ruhende Position zurückkehren kann. Die erste bewegliche Ventileinheit 18 ist in ihrer Zwischenposition gezeigt, wobei sowohl Entlüftungs-Kolben/Klappe 21 als auch Einlassklappe 24 in einem ungesetzten Zustand sind. Ist die bewegliche Ventileinheit 18 in einer betätigten Position (d. h. ganz unten), wenn sie erstmals gestört wird, versucht die Rückholfeder 35, die erste bewegliche Ventileinheit 18 zu einer Zwischenposition zu bewegen. Der Federanschlag 36 verhindert, dass die Einlassklappe 24 in ihre geschlossene Position bewegt wird. Bei offener Einlassklappe 24 wird die zweite Überkreuzkammer 54 über ein oder beide Entlüftungsventile an die Entlüftung 16 angeschlossen. Bei entlüfteter zweiter Überkreuzkammer 54 wird die Rückstellkammer 37 so entlüftet, dass keine Rückstellkraft auf die erste bewegliche Ventileinheit 18 ausgeübt werden kann. Die Taktungskammern 81 und 82 werden ebenfalls entlüftet, so dass das Doppelventil 10 in einer Abschalt-Bedingung ist, wobei die zweite bewegliche Ventileinheit 20 nicht durch das zweite Pilotventil 83 betätigt werden kann. Da die Einlassklappe 50 geschlossen ist, sind Druckaufbauten in der ersten Überkreuzkammer 28 selbst durch die andere bewegliche Ventileinheit 18 gestört. Die Überkreuzkammer 28 legt den Druck an die Rückstellkammer 63 und die Taktungskammern 74 und 75 an. Werden somit die Pilotventile 76 und 83 betätigt, erhält die fehlerhafte Ventileinheit 18 einen vollen Druck an der Oberseite von Entlüftungsklappe 21 und kann sich in ihre vollständig betätigte Position bewegen. Da jedoch die Entlüftungs-Kolben/Klappe 46 bei offener Einlassklappe offen ist, kann kein signifikanter Druck in der Überkreuzkammer 54 aufgebaut werden. Folglich kann das Pilotventil 83 keinen ausreichenden Druck bereitstellen, damit die zweite bewegliche Ventileinheit 20 von ihrer ruhenden Position bewegt wird. Somit bleibt das Doppelventil 10 in einer Abschalt-Position, zumindest bis beide beweglichen Ventileinheiten durch die Rückstellkolben 38 und 64 zurückgestellt werden.
Wird der Einlassdruck abgeschaltet, während eine bewegliche Ventileinheit in ihrer vollständig betätigten Position ist, dann wird die Ventileinheit durch die entsprechende Rückholfeder in die Zwischenposition gedrängt. Die Rückholfeder kann nicht die entsprechende bewegliche Ventileinheit über die Zwischenposition hinaus bewegen, und zwar aufgrund des entsprechenden Federanschlags. Die bewegliche Ventileinheit kann sich aufgrund von Reibung und/oder Schwerkraft nicht den ganzen Weg zu ihrer ruhenden Position bewegen, und zwar je nach der Ausrichtung des Doppelventils. Wird der Einlassdruck wiederhergestellt, wird Druck aus dem Flussrestriktor entsprechend der nicht gestörten Ventileinheit in eine Überkreuzkammer geleitet, die über die gestörte Einlassklappe und zumindest die Auslassklappe der nicht gestörten Einheit zur Entlüftung offen ist. Da sich in der Überkreuzkammer ein voller Druck aufbaut (d. h. die Überkreuzkammer, die durch den Flussrestriktor der fehlerhaften Ventileinheit gespeist wird), rastet ein abwärts gerichteter Druck gegen den Flussrestriktor vom Inneren der Überkreuzkammer die gestörte bewegliche Ventileinheit in der Zwischenposition gegen die Rückholfeder ein.
Die 5 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Doppelventils 10', das im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie die in den 1 bis 4 gezeigte Ausführungsform funktioniert. Entsprechende Teile in der 5 sind mit den gleichen Bezugszahlen und einem zusätzlichen hochgestellten Strich bezeichnet. Das Gehäuse 11' umfasst eine erste bewegliche Ventileinheit 18' und eine zweite bewegliche Ventileinheit 20'. Da die Einheiten identisch sind, wird lediglich die bewegliche Ventileinheit 18' eingehend beschrieben.
Ein Ventilschaft 22' hat eine Entlüftungs-Kolben/Klappe 21', die durch eine Haltemutter 91 fest an einem Ende befestigt ist. Ein Spacer 92 hat Scheibenanteile 93 und 94 an jedem axialen Ende. Die Entlüftungs-Kolben/Klappe 21' umfasst einen schalenförmigen Hohlraum 95, der einen scheibenförmigen Abschnitt 93 und einen O-Ring 96 aufnimmt. Der O-Ring 96 bildet eine Gleitringdichtung mit Entlüftungssitz 41' in der Art und Weise, wie sie in der Parallelanmeldung-Seriennummer (Anwalts-Aktenzeichen 2166-206) beschrieben ist, die hiermit für alle Zwecke aufgenommen ist. Die Einlassklappe 24' hat entsprechend einen Hohlraum 97 zum Aufnehmen eines scheibenförmigen Abschnitts 94 und eines O-Rings 98.
Ebenfalls sind ein Spacer 100 und ein Kolben 101 an Schaft 22' befestigt. Eine Nocke 103 am unteren Ende von Schaft 22' hält die Klappen, Spacer, und den Kolben in einer festen Beziehung auf Schaft 22'. Der Kolben 101 ist so geformt, dass ein Flussrestriktor 25' zwischen der Einlasskammer 13' und der Überkreuzkammer 28' bereitgestellt wird. Der Kolben 101 hat einen konstanten Durchmesser durch Einlasskammer 13', so dass dieser keine Oberflächen zum Ausüben von Kraft in einer axialen Richtung auf der beweglichen Ventileinheit 18' hat. Eine Oberseite 102 ist der Überkreuzkammer 28' zum Erzeugen einer abwärts gerichteten Einrastkraft ausgesetzt, wenn ein fehlerhafter Zustand vorliegt, wie früher beschrieben.
Die Übergänge zwischen den Arbeitszuständen des Doppelventils der vorliegenden Erfindung sind ausführlicher in der 6 gezeigt. Ausgehend von einem normalen ruhenden Zustand 110 und wenn der Einlassdruck zyklisch an- und abgelegt wird, dann erfolgt bei nachlassendem Druck ein Übergang zu einem Zustand 111, wobei die beweglichen Ventileinheiten in der ruhenden Position ausgeglichen werden. Aufgrund der ausgeglichenen Bedingung werden die beweglichen Ventileinheiten nicht bewegt, ungeachtet jeglichen Restdrucks in der Einlasskammer. Mit anderen Worten wirken keine Nettokräfte auf eine Ventileinheit, und sie bleibt aufgrund von Reibung zwischen den Ventileinheiten und dem Gehäuse in der ruhenden Position. Beim Wiederherstellen des Drucks erzeugt der ansteigende Einlassdruck in der Einlasskammer keine Nettokraft gegen eine Ventileinheit. Das Fluid gelangt durch die Flussrestriktoren und baut Druck in den Überkreuzkammern auf, was einen Druck ergibt, der positiv die Ventileinheiten in den ruhenden Positionen hält, und eine Rückkehr erfolgt zu seinem normalen ruhenden Zustand 110.
Werden beide Pilotventile gleichzeitig betätigt, dann erfolgt von Zustand 110 ein Übergang zu einem normalen betätigten Zustand 112. Werden die Pilotventile in den Ruhezustand überführt (beispielsweise durch Beenden der Druckknopf-Schaltsignale nahe dem Ende eines Maschinenbetriebszyklus), dann kehren die Ventileinheiten zur ruhenden Position zurück, und das Ventil kehrt zum normalen ruhenden Zustand 110 zurück. Bei Auftreten einer Störung wird jedoch ein Übergang zu einem fehlerhaften Zustand 113 durchgeführt, wobei die gestörten Ventileinheiten nicht in den Ruhezustand übergehen können.
Wird der Druck am Einlass gelöst, dann erfolgt ein Übergang zu Zustand 114, wobei die fehlerhaften Einheiten durch die Wirkung der Rückholfeder und der Federanschlage in der Zwischenposition eingerastet werden. Wird der Druck wiederhergestellt, kann die gestörte Ventileinheit nicht mehr die Ruheposition einnehmen, indem sie in Zustand 113 zurückkehrt.
Wird der Einlassdruck im normalen betätigten Zustand 112 zyklisch von an nach aus gestellt, dann verriegeln die Ventileinheiten bei nachlassenden Druck in der Zwischenposition und das Ventil geht in den Zustand 114 über. Wird der Druck wiederhergestellt, ist das Ventil weiterhin in einem gestörten Zustand in Zustand 113 abgeschaltet, selbst wenn sich das Ventil bei Abschalten des Drucks in einem normalen Zustand befand. Somit hat die vorliegende Erfindung den zusätzlichen Vorteil, dass der Arbeitszyklus einer Werkzeugmaschine nicht wieder aufgenommen wird, wenn der Einlassluftdruck wiederhergestellt wird, wenn sich eine Werkzeugmaschine aktuell in einem Arbeitszyklus mit abgeschalteter Einlassluft befindet.

Claims

Steuerventilsystem, umfassend: ein Gehäuse (11), das eine Einlassöffnung (12) umgrenzt, welche zu einer Einlasskammer (13), einem Auslass (14) und einer Entlüftung (16) führt, wobei die Einlassöffnung (12) so ausgelegt ist, dass sie Druckfluid aufnimmt; eine erste bewegliche Ventileinheit (18) mit einer ersten Entlüftungsklappe (21) und einer ersten Einlassklappe (24), wobei die erste Entlüftungsklappe (21) beweglich ist zwischen einer offenen Position zum Anschließen des Auslasses (14) an die Entlüftung (16) und einer geschlossenen Position zum Isolieren des Auslasses (14) von der Entlüftung (16), wobei die erste Einlassklappe (24) beweglich ist zwischen einer offenen Position zum Anschließen des Auslasses (14) an die Einlasskammer (13) und einer geschlossenen Position zum Isolieren des Auslasses (14) von der Einlasskammer (13), wobei die erste bewegliche Ventileinheit (18) beweglich ist zu einer betätigten Position, einer ruhenden Position und einer Zwischenposition, wobei die betätigte Position einbezieht, dass die erste Einlassklappe (24) in ihrer offenen Position ist und die erste Entlüftungsklappe (21) in ihrer geschlossenen Position ist, wobei die ruhende Position einbezieht, dass die erste Einlassklappe (24) in ihrer geschlossenen Position ist und die erste Entlüftungsklappe (21) in ihrer offenen Position ist und wobei die Zwischenposition einbezieht, dass die erste Einlassklappe (24) und die erste Entlüftungsklappe (21) zumindest partiell offen sind; eine zweite bewegliche Ventileinheit (20) mit einer zweiten Entlüftungsklappe (46) und einer zweiten Einlassklappe (50), wobei die zweite Entlüftungsklappe (46) beweglich ist zwischen einer offenen Position zum Anschließen des Auslasses (14) an die Entlüftung (16) und einer geschlossenen Position zum Isolieren des Auslasses (14) von der Entlüftung (16), wobei die zweite Einlassklappe (50) beweglich ist zwischen einer offenen Position zum Anschließen des Auslasses (14) an die Einlasskammer (13) und einer geschlossenen Position zum Isolieren des Auslasses (14) von der Einlasskammer (13), wobei die zweite bewegliche Ventileinheit (20) beweglich ist zu einer betätigten Position, einer ruhenden Position und einer Zwischenposition, wobei die betätigte Position einbezieht, dass die zweite Einlassklappe (50) in ihrer offenen Position ist, und die zweite Entlüftungsklappe (46) in ihrer geschlossenen Position ist, wobei die ruhende Position einbezieht, dass die zweite Einlassklappe (50) in ihrer geschlossenen Position ist und die zweite Entlüftungsklappe (46) in ihrer offenen Position ist und wobei die Zwischenposition einbezieht, dass die zweite Einlassklappe (50) und die zweite Entlüftungsklappe (46) zumindest partiell offen sind; erste und zweite Überkreuzkammern (28, 54), die mit der zweiten (50) bzw. ersten (24) Einlassklappe kommunizieren; erste und zweite Flussrestriktoren (25, 51), die die Einlasskammer (13) mit der ersten (28) bzw. zweiten (54) Überkreuzkammer verbinden; und erste und zweite Pilotventile (76, 83), die sich an einem Ende der ersten (18) bzw. zweiten (20) beweglichen Ventileinheiten befinden, womit man die ersten (18) und zweiten (20) beweglichen Ventileinheiten selektiv in die jeweils betätigten Positionen drängt; dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine der ersten (18) und zweiten (20) Einheiten in ruhender Position ist, und das Druckfluid aus der Einlassöffnung (12) entlassen wird, dann im Wesentlichen keine Nettokräfte auf die eine Einheit (18, 20) wirken, und sie in ihrer Position verbleibt, und wenn das Druckfluid zur Einlassöffnung (12) zurück gebracht wird, dann die eine Einheit (18, 20) in die ruhende Position gedrängt wird, und zwar in Reaktion auf den Druck, der von dem Fluidstrom herrührt, in eine entsprechende Überkreuzkammer (28, 54) über einen entsprechenden Flussrestriktor (25, 51).
Steuerventilsystem nach Anspruch 1, wobei die ersten (18) und zweiten (20) beweglichen Ventileinheiten derart geformt sind, dass das Druckfluid in der Einlasskammer (13) Kräfte erzeugt, die auf die erste (18) und zweite (20) Ventileinheiten wirken, wobei sich im Wesentlichen keine Komponenten in Achsrichtung der ersten (18) und zweiten (20) beweglichen Ventileinheiten befinden.
Steuerventilsystem nach Anspruch 2, wobei Teile der ersten (18) und zweiten (20) Ventileinheiten, die in der Einlasskammer (13) dem Druckfluid ausgesetzt sind, mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser zylindrisch geformt sind.
Steuerventilsystem nach Anspruch 2, wobei die ersten (25) und zweiten (51) Flussrestriktoren erste (26) und zweite (52) Schultern auf den ersten (18) bzw. zweiten (20) beweglichen Ventileinheiten umfassen, wobei jede Schulter (26, 52) eine entsprechende Einlassseite (87, 88) aufweist, eine entsprechende Oberfläche zur Einlasskammer (13) ausgerichtet ist und die ersten (18) und zweiten (20) beweglichen Ventileinheiten erste (89) und zweite (90) Kolbenoberflächen aufweisen, die sich gegenüber den ersten (26) und zweiten (52) Schultern befinden und zur Einlasskammer (13) gerichtet sind, wobei die erste (89) und zweite (90) Kolbenoberfläche jeweilige Oberflächen schaffen, die den Oberflächen der Einlassseiten (87, 88) der jeweiligen Schultern (26, 52) entsprechen.
Steuerventilsystem nach Anspruch 1, zudem umfassend einen Federanschlag (36, 62), der durch eine Rückstellfeder (35, 61) nach oben gedrängt wird, wobei, wenn eine der ersten (18) und zweiten (20) Einheiten in der betätigten Position oder in der Zwischenposition ist und das Druckfluid aus der Einlassöffnung (12) entfernt wird, dann die eine Einheit (18, 20) durch die entsprechende Rückstellfeder (35, 61) in die Zwischenposition gedrängt wird, wobei verhindert wird, dass sich die eine Einheit aufgrund des entsprechenden Federanschlags (36, 62) in die ruhende Position bewegt, und es weiter verhindert wird, dass sich die eine Einheit (18, 20) zumindest partiell durch Reibung und zumindest partiell durch Schwerkraft in die ruhende Position bewegt.
Steuerventilsystem nach Anspruch 1, wobei verhindert wird, dass sich die eine Einheit (18, 20) in die ruhende Position bewegt, wenn eine der ersten (18) und der zweiten (20) Einheiten sich in der betätigten Position oder der Zwischenposition befindet und das Druckfluid aus der Einlassöffnung (12) entfernt wird, und wenn das Druckfluid wieder zu der Einlassöffnung (12) geleitet wird, dann die eine Einheit (18, 20) von der ruhenden Position weg gedrückt wird, und zwar als Reaktion auf einen Druck, der sich in einer entsprechenden Überkreuzkammer (28, 54) aufgebaut hat und einen nach unten gerichteten Druck gegen einen entsprechenden Flussrestriktor (25, 51) ausübt.
Steuerventilsystem nach Anspruch 1, zudem umfassend: eine erste und zweite Rückstellfeder (35, 61), durch die die erste und zweite bewegliche Ventileinheit (18, 20) von der betätigten Position in die Zwischenposition gedrückt werden.
Steuerventilsystem nach Anspruch 7, wobei eine Einheit (18, 20) durch eine entsprechende Rückstellfeder (35, 61) in die Zwischenposition bewegt wird, wenn sich eine der ersten und der zweiten Einheiten (18, 20) in der betätigten Position oder der Zwischenposition befindet und das Druckfluid aus der Einlassöffnung (12) entfernt wird, und wenn das Druckfluid wieder zu der Einlassöffnung (12) geleitet wird, dann die eine Einheit (18, 20) gegen die entsprechende Rückstellfeder (35, 61) in der Zwischenposition gehalten wird, und zwar als Reaktion auf einen Druck, der sich in einer entsprechenden Überkreuzkammer (28, 54) aufgebaut hat.
Steuerventilsystem nach Anspruch 1, das zudem umfasst: eine erste und zweite Rückstellkammer (37, 63), die sich jeweils am anderen Ende der ersten bzw. zweiten beweglichen Ventileinheit (18, 20) befinden, wobei die erste und zweite Rückstellkammer (37, 63) mit der ersten bzw. zweiten Überkreuzkammer (54, 28) gekoppelt sind.
Verfahren zur Bereitstellung eines Speichers für einen normalen Ventilzustand und einen fehlerhaften Ventilzustand in einem Steuerventilsystem, wobei: das Steuerventilsystem enthält: ein Gehäuse (11), das eine Einlassöffnung (12) umgrenzt, welche zu einer Einlasskammer (13), einem Auslass (14) und einer Entlüftung (16) führt, wobei die Einlassöffnung (12) so ausgelegt ist, dass sie Druckfluid aufnimmt; das Steuerventilsystem umfasst: eine erste bewegliche Ventileinheit (18) mit einer ersten Entlüftungsklappe (21) und einer ersten Einlassklappe (24), die erste bewegliche Ventileinheit (18) beweglich ist zu einer betätigten Position, einer ruhenden Position und einer Zwischenposition, das Steuerventilsystem eine zweite bewegliche Ventileinheit (20) mit einer zweiten Entlüftungsklappe (46) und einer zweiten Einlassklappe (50) umfasst, die zweite bewegliche Ventileinheit (20) beweglich ist zu einer betätigten Position, einer ruhenden Position und einer Zwischenposition, das Steuerventilsystem erste und zweite Überkreuzkammern (28, 54) umfasst, die mit der zweiten (50) bzw. ersten (24) Einlassklappe kommunizieren; das Steuerventilsystem erste und zweite Flussrestriktoren (25, 51) umfasst, die die Einlasskammer (13) an die erste (28) bzw. zweite (54) Überkreuzkammer koppeln; das Steuerventilsystem erste und zweite Pilotventile (76, 83) umfasst, die sich an einem Ende der ersten (18) und zweiten (20) beweglichen Ventileinheiten befinden, die so aktiviert werden, dass sie selektiv die erste (18) und zweite (20) bewegliche Ventileinheit in die jeweils betätigten Positionen drücken, der normale Ventilzustand dann vorliegt, wenn sich eine bewegliche Ventileinheit (18, 20) in ruhender Position befindet, ist ein entsprechendes Pilotventil (76, 83) nicht aktiviert, und der fehlerhafte Ventilzustand dann vorliegt, wenn sich eine bewegliche Ventileinheit (18, 20) in der betätigten Position oder der Zwischenposition befindet, ist ein entsprechendes Pilotventil (76, 83) nicht aktiviert worden, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass: wenn eine bewegliche Ventileinheit (18, 20) im normalen Ventilzustand ist, die bewegliche Ventileinheit (18, 20) in der ruhenden Position balanciert wird, wird der Einlassdruck zyklisch ab- und angelegt; und wenn eine bewegliche Ventileinheit (18, 20) im fehlerhaften Ventilzustand ist, die bewegliche Ventileinheit (18, 20) in der Zwischenposition eingerastet wird, wird der Einlassdruck zyklisch ab- und angelegt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die beweglichen Ventileinheiten (18, 20) derart geformt sind, dass das Druckfluid in der Einlasskammer (13) im Wesentlichen keine Nettokräfte auf die beweglichen Ventileinheiten (18, 20) in deren Axialrichtung erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Einrastschritt umfasst das Aufbauen von Druck in einer entsprechenden Überkreuzkammer (28, 54) von einer beweglichen Ventileinheit (18, 20) in einem fehlerhaften Zustand, wobei die entsprechende Überkreuzkammer (28, 54) durch die andere bewegliche Ventileinheit (18, 20), die sich im normalen Ventilzustand befindet, abgedichtet wird.