JP4643100B2 - 安全弁 - Google Patents

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Description

【0001】
本発明は、請求項1の上位概念に記載の形式の、圧縮空気作動式の消費装置のための安全弁に関する。
【0002】
このような安全弁は例えば、ドイツ国特許第3005547号明細書ならびにドイツ国特許出願公開第19622198号明細書に由来する。
【0003】
このような安全弁は、例えばクラッチおよびブレーキを圧縮により操作するのに使用される。両方向切換弁が異なる切換位置を取る誤切換時には、このような安全弁の場合、流入部が遮断され、消費装置に通じる導管が空気抜きされるので、この導管にはもはや圧力は残らない。このような誤切換を検出し、装置を遮断するために、ドイツ国特許第3005547号明細書に由来する安全弁の場合、前制御弁のための制御空気を流入部から直接的に取り出すのではなく、交差通路から取り出すようになっており、これらの交差通路は、弁頭が案内されている両孔を互いに十字状に接続している。これにより、安全弁を常に動的に自動監視することができる。
【0004】
本発明の課題は、このような形式の安全弁を改良して、故障を取り除いた後で弁を簡単に、好ましくは電気的な切換エレメントの助けなしに復帰または再作動接続できるような、安全弁を提供することである。
【0005】
この課題は請求項1の特徴により解決される。この特徴の利点は、安全弁が両方向切換弁のうちの一方に故障が発生した場合に遮断可能になるだけでなく、切換エレメントの外部からの操作、例えばキー操作式スイッチによって、または手によって、またはシステム圧全体の除去によって再作動接続することもできることである。本発明の別の利点および構成が請求項2以下に記載されている。
【0006】
例えば、各切換エレメントが、ピストン・シリンダユニットを備えた、少なくとも2つの圧力導管内の圧力差を動的に監視するための装置であり、該装置が、両圧力導管内の圧力が異なる場合に、両方向切換弁のうちの一方の弁の入口を大気に接続することが特に好ましい。両方向切換弁のうちの一方の弁の入口と大気とを接続することによって、安全装置の不慮の、かつ不所望の再作動接続が回避される。
【0007】
切換エレメントがそれぞれ、前制御通路のうちの一つに配置されていることが好ましい。
以下に本発明の更なる利点および特徴を図面につき詳しく説明する。
【0008】
図1〜図5に示した安全弁10はハウジング12を有し、ハウジング12内には、2つの方向切換弁が並列接続されて配置されている。両方向切換弁のそれぞれは、作業ピストン16aおよび16bと、作業ピストンに固定的に結合された弁頭18a,18bとを有している。ハウジング12は、圧縮空気のための流入接続部20と、戻し接続部22と、消費装置接続部24とを有している。方向切換弁のそれぞれには、電磁的に切換え可能な前制御弁26aもしくは26bが対応配置されている。前制御弁は、弁座28aもしくは28bと、空気抜き開口30aもしくは30bとを有している。ピストン状の弁頭18a,18bはハウジング12の孔36a,36b内で案内されている。これにより、弁座34a,34bが開閉させられる。作業ピストン16a,16bによって、弁座32a,32bが開閉させられる。
【0009】
両弁頭18a,18bは横方向孔38を有している。これらの横方向孔は環状通路42aもしくは42bに開口している。
【0010】
ハウジング12内にはさらに2つの通路46a,46bが形成されている。これらの通路46a,46bを以下、交差通路と呼ぶ。交差通路によって、両孔36a,36bは交互に互いに接続可能である。これらの交差通路46a,46bから、前制御通路48a,48bが分岐している。前制御通路は、蓄積室60a,60bと、以下に詳しく説明する、圧力差を動的に監視するための装置とを介して、前制御弁26a,26bの弁座28a,28bに通じている。なお、圧力差を動的に監視するための装置を以下に短く蓄積弁70a,70bと呼ぶ。前制御弁からは、さらに通路50aもしくは50bが作業ピストン16a,16bに、もしくは作業ピストンの作業室14a,14bに通じている。
【0011】
蓄積弁70a,70bは、一方の方向切換弁または並列接続された両方向切換弁のうちの一方に対応配置された蓄積弁70aが、第1の入口導管71aと第2の入口導管73aとを有するように接続されている。第1の入口導管71aは一方では電磁作動式の弁72aに、他方では、他方の蓄積弁70bの入口導管73bに接続されている。他方の方向切換弁に対応配置された蓄積弁70bは、入口導管71bを有している。この入口導管71bは、一方では電磁作動式の弁72bに、他方では、他方の蓄積弁70aの第2の入口導管73aに接続されている。これに対して、第2の入口導管73bは蓄積弁70aの第1の入口導管71aに接続されている。したがって蓄積弁70a,70bは、蓄積室60a,60bを介して、同じく十字状に通路48a,48bを介して、並列に配置された方向切換弁に接続されている。
【0012】
安全弁の機能形式の理解のため、蓄積弁70a,70bの機能形式について、図6および図7に基づき以下に説明する。
【0013】
図6および図7に示した、圧力差を動的に監視し、これを蓄積する蓄積弁は、第2の入口導管73aもしくは73bに接続された接続部を備えたハウジング200と、第1の入口導管71aもしくは71bに接続された接続部211とを有している。ハウジング200の開口内では、ピストン202が戻しばね205の戻し力に抗してシフト可能である。
【0014】
蓄積弁はさらに、接続部208と接続部210とを有している。接続部208は、ピストン202の位置に応じて、接続部207または大気に接続された接続部210に接続可能である。図1〜図5に示した安全弁の場合、接続部208は前制御弁26a,26bに接続されている。これに対して、接続部210は戻し接続部22または大気に接続されている。
【0015】
ピストン202の、戻しばね205とは反対の側は、ダイヤフラム201によって閉鎖されている。ダイヤフラム201はハウジング200に固定されており、有効受圧面A1を形成している。この有効受圧面によって、接続部211に形成された圧力がピストン202に負荷可能である。ピストン202の、戻しばね205に向いた側には、より大きなピストン202の受圧面によって、有効受圧面A2が形成される。しかしさらに、受圧面はシール部材を備えたピストンによって形成することもできる。シール部材は例えばリップリングであってよい。
【0016】
戻しばね205によって形成されたばね力はピストン202を、図6に示した休止位置に保持する。このことのために、ピストン202の、戻しばね205とは反対の側は、シール面203を有している。シール面203は弁座209と協働する。
【0017】
ピストン202の、戻しばね205に向いた側はさらに、シール面204を有している。シール面204は弁座206と協働する。
【0018】
同時に、接続部211に圧力が加わり、かつ接続部207には圧力が加わらない場合、または、以下に詳しく説明するような圧力差が蓄積弁に生じた場合にはいつも、蓄積弁は信号を蓄積する。
【0019】
両接続部207および211に圧力が負荷される場合、ピストン202は図6に示した休止位置にとどまる。戻しばね205のばね力と、接続部207の流体圧によって発生させられて弁座209に作用する、受圧面A2の押圧力とが、合成力を発生させる。この合成力は、ダイヤフラム201に発生する流体圧によって引き起こされる力に抗して、ピストン202を保持する。この場合、両有効受圧面積A1,A2ならびにばね定数が、有効受圧面積A2から有効受圧面積A1を差し引いた面積が、接続部207および211に同じ圧力が形成されている場合に合成押圧力を生じさせるように選択されており、この合成押圧力が、ピストンがその休止位置のままにあるように選択されていることは明らかである。このような休止位置において、接続部208には、接続部207におけるのと同じ流体圧が加えられている。接続部210は上述のように、大気または戻し接続部22に接続されている。
【0020】
蓄積弁の蓄積機能は次の通りである。接続部207における流体圧、ひいては接続部208における流体圧が低下した場合(有効受圧面A1,A2およびばね205のばね力の協働によって、蓄積動作を開始するべき圧力差を測定することができる)、ピストン202をその休止位置に保持するのに、もはや、ばね力、および接続部211よりも低い接続部207,208における圧力から生じる合成力しか残らない。しかし、ダイヤフラム201に加えられる押圧力がばね力と、接続部211に比べて低い接続部207,208の圧力から生じる合成力とを克服し、接続部211にはさらに圧力が負荷されるので、ピストン202は図7に示す蓄積位置に、面積A3を有する弁座206に向かう方向に下方へ運動する。
【0021】
次いで接続部207および208に、再び流体圧が加えられ、もしくは圧力が再び上昇すると、「弁座206の面積A3 x 流体圧」の積から形成される、上方に向けられた僅かな力のみが生じる。弁座206の面積A3は、このような力が、戻しばね205によって発生する力と一緒に、「流体圧 x ダイヤフラムの有効受圧面積A1」によって形成される下方に向けられた力に抗してピストン202を動かすことが十分にはできないように、寸法設定されている。接続部207および211相互間の圧力補償が、装置を休止位置へ復帰させ、もしくは蓄積機能を消滅させることはない。発生した圧力差は、接続部208を接続部210によって大気に接続するピストンの位置によって、ある程度蓄積されたままである。
【0022】
蓄積弁の復帰、すなわち機能の消滅は、ダイヤフラム201上方の空間が接続部211を通して空気抜きされて、ばね205と、弁座の面積A3に加えられた流体圧とがピストン202を再びその出発位置または休止位置に、上方に向かって動かすことによってのみ達成されうる。この場合、蓄積された信号は消滅する。図1〜図5との関連において以下に説明するように、空気抜きは、電磁作動式の復帰弁72aもしくは72bを介して行うことができる。
図1〜図5に示した同一符号は同一部材を示す。
【0023】
安全弁の機能形式は次の通りである。図1では安全弁は休止位置で示されている。休止位置においては、前制御弁26a,26bは閉じられており、作業ピストン16a,16bの作業室14a,14bは通路50a,50bと、前制御弁26a,26bの空気抜き開口30a,30bとを介して空気抜きされている。これにより、弁頭18a,18bは、圧縮ばね80aおよび80b(および圧力媒体)によって、弁座34a,34bに押し付けられ、これらの弁座を閉じる。作業ピストンの弁座32aおよび32bが開かれているので、消費装置接続部24は戻し接続部22へ空気抜きされている。前制御弁26a,26bが切り換えられると、図2に示したようにこれらの弁の弁座28a,28bは開かれ、弁座30a,30bは閉じられる。蓄積室60a,60bの前制御通路48a,48b、蓄積弁70a,70bの第2の接続導管73a,73bならびに接続導管75a,75bの容積は、前制御通路48a,48b、蓄積室60a,60b、第2の接続導管73a,73b、ならびに接続導管75a,75b内に存在していて、弁座28a,28bと通路50a,50bとを介して作業ピストン16a,16bの作業室14aおよび14b内に流入する圧縮空気が、作業ピストン16a,16bを切り換えるのに十分な大きさに選択されているので、作業ピストンは図2に示したポジションをとり、このポジションにおいて、作業ピストンの弁座32a,32bは閉じられ、弁頭18a,18bの弁座34a,34bは開かれている。
【0024】
この場合、圧縮空気は流入接続部20から中空に穿孔された弁頭18a,18b内に流入し、ここから横方向孔38を通って環状通路42a,42b内に流入し、次いで交差通路46a,46bを通って環状通路40a,40b内に流入し、ここから、弁座34a,34bを貫通して消費装置接続部24を介して、消費装置に流入する。同時に圧縮空気は、交差通路46a,46bから、もしくは環状通路40a,40bから、前制御通路48a,48bおよび蓄積室60a,60b内に流入し、蓄積弁70a,70bに向かって流れる。この場合蓄積弁70a;70bのそれぞれの入口導管71a;71bも、入口導管73a;73bも、同じ圧力下の圧縮空気で負荷されている。蓄積弁70a,70bはこのような状態において、上述の休止位置にあるので、弁座28aもしくは28bには、流入全圧下にある圧縮空気が充填され、これにより、並列配置された弁の作業ピストン16a,16bを、導管50a,50bを介して切換え位置に保持する。前制御弁26a,26bが切り換えられ、それらの弁座28a,28bが閉じられると、同時に空気抜き開口30a,30bが開かれ、作業ピストン16a,16bの作業室14a,14bが、前制御弁の空気抜き開口30a,30bと通路50aおよび50bとを介して空気抜きされる。
【0025】
両方向切換え弁は次いで再び、図1に示した休止位置に切り換えられる。なぜならば、作業ピストン16a,16bにもはや圧縮空気が負荷されず、ひいてはばね80が弁頭18a,18bをそれらの弁座34a,34bに押圧するからである。しかしこのとき、前制御通路48aおよび48bには、流入全圧を有する圧縮空気が充填されているので、新たな切換え時には、このような圧縮空気によって、作業ピストン16a,16bが、図2に示したポジションに再び切り換えられる。
【0026】
図3に示した誤切換えの場合、前制御弁26aの磁石が励磁されており、これに対して、前制御弁26bの磁石は励磁されていないことを想定している。これにより、弁座82aは開かれ、しかし弁座28bは開かれていない。作業ピストン16aには、前制御通路48bと、第2の入口導管73aと、蓄積弁70aと、接続導管75aと、弁座28aと、通路50aとを介して、圧縮空気が負荷され、作業ピストン16aは第3に示したポジションに切り換えられる。これに対して、作業ピストン16bは切り換えられない。これにより、弁座34bは閉じられ、しかし弁座34aは開かれている。しかしながらこのような位置では、圧縮空気は弁座34aに流入することはできない。なぜならば、弁座34aに通じる交差通路46aがピストン状の弁頭18bによって閉じられているからである。消費装置接続部24は開いた弁座32bを介して、戻し接続部22に空気抜きされる。消費装置接続部24における増圧は行われない。
【0027】
弁頭18aによって圧縮空気は横方向孔38と環状通路42aとを介して、交差通路46b内に流入するものの、弁頭18bが閉じた位置にあるので、圧縮空気はここからさらに進むことはできない。しかしながら、交差通路46bに接続された前制御通路48bを介して、作業ピストン16aには流入全圧が負荷されたままである。
【0028】
これに対して、前制御通路48aは、環状通路40aと開いた弁座34aおよび32bとを介して、戻し接続部22に空気抜きされるので、前制御通路48aでは圧力を増大することはできず、若干存在する圧力が、戻し圧、例えば大気圧に減じられる。
【0029】
この場合、蓄積弁70a,70bが切り換えられるので、蓄積弁70aはその休止位置にある。この休止位置では、入口導管73aは接続導管75aを介して電磁弁26aの弁座28aに接続されているので、弁座28aには、前制御導管48bと蓄積室60bとを介して、受圧下の流体が負荷されている。これに対して蓄積弁70bはその蓄積位置に移行している。なぜならば、入口導管71bおよび73bには、同じ圧力は存在しないからである。つまり、入口導管73bは蓄積室60aと前制御通路48aとを介して戻し接続部22に接続され、ひいては空気抜きされているので、入口導管73bには圧力は存在せず、これに対して入口導管71bは、蓄積室60bと、前制御通路48bと、交差通路46bと、環状通路42aと、横方向孔38とを介して、圧縮空気のための流入接続部20に接続されている。この場合、蓄積弁70bの接続部210(図6および図7参照)は、導管74bを介して、大気に接続されている。前制御弁26bを何らかの形式で切り換えて、弁座28bを開く場合、作業ピストン16bの切換えは不可能である。なぜならばこの場合、通路50bが接続通路75bと、蓄積位置に留まる蓄積弁70bとを介して、導管74bに接続されているからである。
【0030】
図4に示すように、作業ピストン16aが再びその休止位置に移行しても、エラーは蓄積されたままになる。なぜならば、蓄積弁70bの入口導管71bおよび73bにおける圧力状態が補償されているにもかかわらず、蓄積弁70bはこの場合にも、図3に示したポジションに留まることになるからである。図5に示したような復帰弁72を操作することによって蓄積弁が復帰させられて初めて、すなわち、導管71bが空気抜きされ、蓄積弁70bがその休止位置に戻されて初めて、安全弁の新たな操作が可能となる。このような復帰は、例えばキー操作式スイッチまたは他の手動式操作によって行うことができる。
【0031】
操作の復帰は、システム圧の遮断によっても可能である。これにより、例えば電磁弁、または例えばキー操作式スイッチによって操作される機械操作式の弁を省くこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による安全弁を休止位置で示す断面図である。
【図2】 安全弁を切換位置で示す図である。
【図3】 安全弁を誤切換状態で示す図である。
【図4】 安全弁を、エラーが発生して蓄積された後の休止位置で示す図である。
【図5】 図1〜図4の安全弁を、エラーから復帰させた状態で示す図である。
【図6】 本発明による安全弁に使用される、2つの圧力導管内の圧力差を監視するための装置を、休止位置で示す図である。
【図7】 図6の装置を蓄積位置で示す図である。

Claims (6)

  1. 圧縮空気作動式の消費装置のための安全弁であって、
    前記安全弁が、2つの孔を有するハウジング(12)と、各1つの作業ピストン(16a,16b)と該作業ピストンに結合された各1つの弁頭とを有する、並列接続された2つの方向切換弁と、を備え、
    前記各方向切換弁が、それぞれに対応配置された前制御弁(26a,26b)によって切換え可能であり、両弁頭がそれぞれ、前記ハウジングの各1つの孔内で案内され、前記ハウジングの両孔が2つの交差通路(46a,46b)によって、十字状に互いに接続されており、第1の前制御弁(26a)の弁座(28a)が、第2前制御通路(48b)を介して一方の交差通路(46b)に接続され、該一方の交差通路が、一方の弁頭(18b)の孔(36b)を起点にして延び、第2の前制御弁(26b)の弁座(28b)が、第1前制御通路(48a)を介して、他方の交差通路(46a)に接続され、該他方の交差通路が、他方の弁頭(18a)の孔(36a)を起点にして延びている形式のものにおいて、
    両方向切換弁のそれぞれの前制御通路(48a,48b)のそれぞれの対応する2つの地点に、それぞれの前制御通路(48a,48b)内の流体の流通と遮断とを切換えるために、それぞれ1つの圧縮空気作動式の切換エレメントが設けられ、
    該切換エレメントはそれぞれ、他方の切換エレメントに十字状に接続されており、
    各切換エレメントは、第1前制御通路(48a)内の流体圧力と第2前制御通路(48b)内の流体圧力により制御され、
    前記切換エレメントによって、前記2つの地点で圧力が異なる場合に、安全弁が遮断可能であり、両切換エレメントのうちの少なくとも一方を外部から圧縮空気作動式に操作することによってのみ、再び作動接続可能であることを特徴とする、安全弁。
  2. 前記各切換エレメントが、ピストン・シリンダユニットを備えた、少なくとも2つの圧力導管内の圧力差を動的に監視するための装置であって、
    前記装置が、前記2つの圧力導管内の圧力が異なる場合に、両方向切換弁のうちの一方を大気に接続するようになっている、請求項に記載の安全弁。
  3. 少なくとも2つの前記圧力導管内の圧力差を動的に監視するための装置が、ピストン・シリンダユニットを有し、該ピストン・シリンダユニットが、互いに対向して位置する、異なる大きさの2つの有効受圧面(A1,A2)を備え、
    且つ一方の有効受圧面には一方の圧力導管(207)を通して、他方の有効受圧面には他方の圧力導管(211)を通して、受圧下の流体が負荷可能であり、
    さらにピストン・シリンダユニットが、少なくとも1つの戻しばね(205)の戻し力に抗して運動可能なピストン(202)を有し、両圧力導管(207,211)内の圧力が同じ場合には、少なくとも1つの戻しばね(205)の戻し力と、少なくとも1つの戻しばね(205)に向いた受圧面(A2)に前記圧力導管(207)の流体により加えられる押圧力とを一緒にした大きさが、戻しばね(205)とは反対側の受圧面(A1)に前記他方の圧力導管(211)の流体により加えられる押圧力の大きさに等しいことにより、ピストン・シリンダユニットが休止位置に留まり、
    該休止位置では、前記圧力導管(207)の加圧された流体は、各切換エレメントの前制御弁と流通し、
    少なくとも1つの前記戻しばね(205)に向いた側に加えられる押圧力が短期間だけでも減すると、ピストン・シリンダユニットが蓄積位置に移行して前記圧力導管(207)と各切換エレメントの前制御弁との間の流通を遮断し、
    該蓄積位置では、少なくとも1つの前記戻しばね(205)とは反対側の受圧面(A1)に加えられる押圧力が、ばね力と、受圧下の流体の再負荷時に第3の流入面(A3)に加えられる押圧力とから成る和よりも大きく、
    第3の流入面(A3)は、少なくとも1つの戻しばね(205)に向き弁座206に対してシールされる受圧面(A2)に形成されたシール面(204)の露出した表面から成り、
    戻しばね(205)とは反対側の受圧面(A1)に作用する圧力を除去することによってのみ、ピストン・シリンダユニットが蓄積位置から休止位置に戻すことが可能である、請求項に記載の安全弁。
  4. 少なくとも1つの前記戻しばね(205)とは反対側に配置された受圧面(A1)が、ピストン・シリンダユニットの操作ダイヤフラム(201)によって形成される、請求項に記載の安全弁。
  5. 前記ピストン・シリンダユニットが少なくとも2つの接続部(208,210)を有し、一方の接続部(210)が大気に接続され、他方の接続部(208)がピストン・シリンダユニットの休止位置では、前記圧力導管(207)に接続され、前記ピストン・シリンダユニットの蓄積位置では、大気に接続された接続部(210)に接続されている、請求項3又は4に記載の安全弁。
  6. 少なくとも1つの前記戻しばね(205)とは反対側の受圧面(A1)に作用する押圧力が、電磁弁によって又は機械的に操作可能な弁によって、減じることができる、請求項3又は4に記載の安全弁。
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