DE102004032981B4 - Ventil zur Schaltstellungsüberwachung von Ventilen - Google Patents

Abstract

Ventil mit einem Ventilkörper (2) und einem Ventilkolben (3) und einer mit dem Ventilkolben (3) in Wirkverbindung stehenden Verlängerung (4) und einer mit der Verlängerung (4) zusammenwirkenden Schalteinrichtung, wobei das freie Ende (8) der Verlängerung (4) mit mindestens einem elektrischen Kontakt (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilkörper (3) ein Schalldämpfer (5) angeschlossen ist und dass die Verlängerung (4) durch den Schalldämpfer (5) hindurch geführt ist und dass in die Verlängerung (4) ein Druckstück (9) integriert ist und dass das Druckstück (9) mit einer Feder versehen ist, so dass die Federkraft des Druckstücks (9) auslegbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Ventilkörper und einem Ventilkolben und einer mit dem Ventilkolben in Wirkverbindung stehenden Verlängerung und einer mit der Verlängerung zusammen wirkenden Schalteinrichtung, wobei das freie Ende der Verlängerung mit mindestens einem elektrischen Kontakt verbunden ist.
• Verfahren zum Erkennen von Betriebspositionen und entsprechende Aufbauten an Ventilen sind im Allgemeinen bekannt. So werden zum Beispiel Wegmeßsysteme zur Erfassung der Ventilstangenbewegung elektro-pneumatischer Stellungsregler eingesetzt. Dabei werden zumeist Potentiometer verwendet, die über einen entsprechenden mit der Ventilstange gekoppelten Hebelabgriff betätigbar sind. Des Weiteren sind im Stand der Technik auch induktive Näherungssensoren beschrieben. Ein dementsprechendes Wegmeßsystem zur Erfassung der Ventilstangenbewegung ist in der DE 42 39 635 C2 dargestellt, wobei ein an der Ventilstange mitbewegter leitfähiger Körper mit einem induktiv arbeitenden Sensor, der durch einen HF-Oszillator zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes angeregt wird, zusammenwirkt.
• Eine weitere Einrichtung zur berührungslosen Schaltstellungsüberwachung an Ventilen ist aus der DE 29 25 581 C2 bekannt. An das im Ventil angeordnete Steuer- und Regelorgan ist dabei ein Metallstift befestigt, dessen Ende einen größeren Durchmesser aufweist, als der eigentliche Durchmesser des Metallstiftes. Dieses mit dem größeren Durchmesser versehene aus einem leitfähigen Metall bestehende Ende des Metallstifts bewegt sich in einer Oszillatorspule. Je nach Stellung des Endes des Metallstifts wird die Oszillatorspule mehr oder weniger stark bedämpft, so dass die Oszillatorschaltung mehr oder weniger stark anschwingt und ein mit der Oszillatorspule zusammenwirkender Schwellwertschalter entsprechend angesprochen wird. Dieses über den Schwellwertschalter erzeugte Ausgangssignal kann abgegriffen und entsprechend zur Auswertung der Betriebsposition des Steuer- und Regelorgans des Ventils verwendet werden. Ein derartiges System ist aufgrund der Vielzahl der benötigten elektrischen und mechanischen Bauteile relativ kostspielig, temperaturempfindlich und es können sich, aufgrund der immer in der Druckluft vorhandenen Feuchtigkeits- oder Ölanteile Ungenauigkeiten in der Messung ergeben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zur Schaltstellungsüberwachung an Ventilen zu schaffen, das kostengünstig ist, temperaturunabhängig arbeitet, in einen vorhandenen Schaltkreis unmittelbar eingebunden werden kann und das einen möglichst konstruktiven einfachen Aufbau aufweist.
• Die Erfindung wird in Bezug auf das Erzeugnis dadurch gelöst, dass an dem Ventilkörper ein Schalldämpfer angeschlossen ist und dass die Verlängerung durch den Schalldämpfer hindurchgeführt ist und dass in die Verlängerung ein Druckstück integriert ist und dass das Druckstück mit einer Feder versehen ist, so dass die Federkraft des Druckstücks auslegbar ist.
• Durch das erfindungsgemäße Anbringen eines elektrischen Kontaktes am unmittelbaren Ende der Verlängerung, die erfindungsgemäß und vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff besteht und unmittelbar an den Ventilkolben angebaut ist, ist nun die Möglichkeit geschaffen mit einfachsten Mitteln und somit kostengünstig ein eindeutiges Signal über die Betriebsposition des Ventilkolbens auswerten zu können. Durch den Einsatz eines mechanischen Schalters in Form eines Öffners und/oder eines Schließers arbeitet das erweiterte Ventil temperaturunabhängig, so dass das Ventil auch für robusteste Einsätze verwendet werden kann. Insbesondere durch die Hindurchführung der Verlängerung durch einen an das Ventil angeschlossenen Schalldämpfer wird das Ventil flexible einsetzbar und kann somit in beliebige Automationssysteme oder Anlagen eingebaut werden.
• In einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Erfindung wird vorgeschlagen als elektrischen Kontakt einen Sicherheitspositionsschalter einzusetzen. Der Einsatz eines handelsüblichen Sicherheitspositionsschalters und die Integration in beziehungsweise der Anbau an ein bestehendes Ventil bietet die Möglichkeit, ohne hohen konstruktiven Aufwand und sehr kostengünstig eine hohe Funktionssicherheit und Aussagefähigkeit über die Betriebsposition des Ventilkolbens zu erhalten. Dabei können jegliche auf dem Markt verfügbare Sicherheitspositionsschalter verwendet werden, was wiederum die Flexibilität des Einsatzes des erfindungsgemäßen Ventils erhöht. Durch den Einsatz des Sicherheitspositionsschalters ist ebenfalls die Möglichkeit geschaffen, das Ventil in eine Not-Aus-Kette einer erweiterten Schaltung, zum Beispiel in einer Automationsanlage unmittelbar einbinden zu können. Da hier standardisierte und genormte Sicherheitspositionsschalter verwendet werden, ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Ventils auch in vorhandene Systeme integrierbar.
• Ein Verfahren zur Schaltstellungsüberwachung an Ventilen, wird dadurch bereitgestellt, dass mittels der Verlängerung mindestens ein elektrischer Kontakt, insbesondere ein Öffner und/oder ein Schließer betätigt wird. Durch den verfahrenstechnischen Schritt ist hierbei die Möglichkeit geschaffen, mittels der Bewegung eines Steuer- und Regelorgans des Ventils, wobei mit Steuer- und Regelorgan vornehmlich aber nicht ausschließlich der Ventilkolben gemeint ist, unmittelbar einen elektrischen Kontakt, insbesondere einen Öffner und/oder einen Schließer zu betätigen. Durch die Bewegung des Ventilkolbens und der daran befestigten Verlängerung ist eine einfachste aufgebaute Möglichkeit geschalten, ein Verfahren zur Erkennung der Schaltstellung und damit der Betriebsposition des Ventils zu ermöglichen. Insbesondere bei einem Einsatz eines Sicherheitspositionsschalters betätigt die Verlängerung, je nach Ausführung gleich mehrere Öffner oder mehrere Schließer oder eine Kombination aus Öffner und Schließer. Der Sicherheitspositionsschalter kann unmittelbar in den Schaltkreis einer Steuerung integriert werden und je nach Auslegung des Sicherheitspositionsschalters für unterschiedliche Funktionen eingesetzt werden. Ein wesentlicher Einsatz des Sicherheitspositionsschalters ist die Verwendung in einer Not-Aus-Kette in einer Anlagensteuerung.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:
• 1 zeigt die Seitenansicht im Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Ventil.
• Die 1 zeigt die Seitenansicht in einem Schnitt auf ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Ventil 1 bestehend aus einem Ventilkörper 2, einem Ventilkolben 3, einer stiftartigen Verlängerung 4, einem Schalldämpfer 5, einem Adapter 6 und einem Sicherheitspositionsschalter 7.
• Der Ventilkörper 2 ist beispielsweise ein handelsübliches Pneumatikventil, wobei vornehmlich ein Hauptluftventil als Einschaltventil an einer Wartungseinheit für die erfindungsgemäße Ausführung vorgesehen ist. Auch wenn in diesem Ausführungsbeispiel der Einsatz eines pneumatischen Ventils beschrieben ist, so ist dieses Beispiel nicht beschränkend. Es ist natürlich ebenfalls vorstellbar, das erfinderische Ventil bzw. das Verfahren für fluide Mittel zu verwenden. In dem Ventilkörper 2 bewegt sich der Ventilkolben 3 in unterschiedliche Richtungen, wie mit dem Pfeil P angedeutet. Der Ventilkolben 3 wirkt direkt mit der stiftartigen Verlängerung 4, die vornehmlich aus einem metallischen Werkstoff besteht, zusammen. Die Verbindung zwischen Ventilkolben 3 und metallischer Verlängerung 4 erfolgt über ein Kraftschluß, wobei die Verlängerung 4 über die Rückstellfeder des Positionsschalters 7 in Position gehalten wird. Am Ende der Verlängerung 4 liegt die Verlängerung 4 am Schaltstößel 8 des Sicherheitspositionsschalters 7 an. Über die Bewegung P der Verlängerung 4 wird dann der Schaltstößel 8 betätigt und die Öffner und/oder Schließer des Positionsschalters 7 betätigt. Hierbei kann der Sicherheitspositionsschalter, je nach Einsatzfall mit zwei Öffnern oder zwei Schließern oder einer Kombination aus Öffner und Schließer ausgestattet sein. In der bevorzugten Ausführungsvariante ist der Sicherheitspositionsschalter 7 mit einem Öffner und einem Schließer versehen.
• Um das Ventil 1 individuell einsetzen zu können, ist das Ventil 1 mit einem Schalldämpfer 5 versehen. Über den Schalldämpfer 5 wird die beim Ausschalten des Ventils 1 austretende Luft schallgedämpft, so dass das Ventil 1 universell einsetzbar ist. Über einen Adapter 6 ist der Sicherheitspositionsschalter 7 mit dem Schalldämpfer 5 und somit auch mit dem Ventilkörper 2 verbunden. Die Verlängerung 4 wird dabei durch eine Öffnung in der Mitte des Adapters 6 hindurchgeführt. Der Adapter 6 besteht im einfachsten Fall aus einem metallischen Ring, der mit Gewinden zur Aufnahme des Schalldämpfers 5 und des Positionsschalters 7 versehen ist.
• Um die Funktionalität zu erhöhen und die Adaptierbarkeit verschiedenster Positionsschalter 7 an das Ventil 1 zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Verlängerung 4 mit einem Druckstück 9 zu versehen. Mittels des Druckstückes 9 ist es möglich, unterschiedliche Strecken zwischen dem Hub P des Ventils 1 und den Schaltstrecken der elektrischen Schaltelemente des Sicherheitspositionsschalters 7 auszugleichen. Besitzt beispielsweise das Ventil 1 oder vielmehr der Ventilkolben 3 einen Hub von 8 mm und der Öffner im Sicherheitspositionsschalter 7 wird lediglich über eine Strecke von 6 mm geöffnet, so kann über das Druckstück 9 in der Verlängerung 4 diese Differenz von 2 mm ausgeglichen werden. Je nach Auslegung der Federkraft im Druckstück 9 ist es darüber hinaus möglich, den Schaltzeitpunkt des Öffners im Sicherheitspositionsschalter 7 einzustellen. Somit ist es möglich, den Öffner möglichst lange offen zu halten, um somit auch das mögliche Schließen des Ventilkolbens 3 in dessen Endlage abfragen zu können.
• In diesem Ausführungsbeispiel ist das Druckstück mit einer gegenüber der Federkraft des Öffners stärkeren Feder versehen. Ausgehend von der in 1 dargestellten Ausgangsposition 1 des Ventilkolbens 3 in der das Ventil 1 geschlossen ist, wird das Ventil 1 elektrisch angeregt mittels eines Druckes geöffnet. Da die Feder einen Öffner 10 des Sicherheitspositionsschalters 7 schwächer ist als im Druckstück 9 öffnet sich nach zirka 2 mm der Öffner 10. Nach weiteren 3,5 mm Hub der Bewegung P des Ventilkolbens 3 ist der Öffner 10 vollständig geöffnet. Der Hub des Ventilkolbens beträgt aber in diesem Ausführungsbeispiel 8 mm, so dass die restlichen ca. 2 mm vom Druckstück 9 aufgenommen werden. Das Ventil 1 ist nun vollständig geöffnet und der Ventilkolben 3 befindet sich in der Position II. Im Sicherheitspositionsschalter befindet sich der Öffner 10 ebenfalls in der Position II, ein angeschlossener Schaltkreis ist somit unterbrochen. Bei einem Abschalten des Hauptluftventils 1 verfährt der Ventilkolben 3 wieder in seine Ausgangsposition 1. Nach einem Weg von zirka 2 mm in Richtung der Position 1 hat sich zuerst das Druckstück 9 entspannt, da hierin die größere Federkraft enthalten ist. Nun verfährt der Ventilkolben um weitere 5 mm bevor der Öffner 10 wieder schließt, da der Sicherheitspositionsschalter 7 in diesem Beispiel als Sprungschalter ausgeführt ist und erst auf dem letzten Millimeter endgültig schließt. Da der Hub des Ventilkolbens 3 zwar 8 mm beträgt der Schließweg des Ventilkolbens 3 aber nur zirka 6 mm beträgt, ist das Ventil 1 bereits vollständig geschlossen, wenn auch der Öffner 10 schließt. In der Endstellung 1 ist das Ventil 1 geschlossen und auch der Öffner 10 des Sicherheitspositionsschalters 7. Durch diesen erfindungsgemäßen Aufbau eines Ventils 1 ist es möglich, das Ventil 1 mit den dazu gehörigen Sicherheitspositionsschalter 7 in einer Not-Aus-Kette einer Automationsanlage oder einer beliebigen Anlage mit Sicherheitseinrichtungen einzusetzen.
• Zusätzlich kann über einen im Sicherheitspositionsschalter 7 angeordneten Schließer eine weitere Abfrage, zum Beispiel der Ausfall der pneumatischen Energieversorgung, erkannt und ein automatischer Wiederanlauf bei der Wiederkehr der pneumatischen Energieversorgung verhindert werden und somit eine weitere sicherheitstechnische Einrichtung mit dem erfindungsgemäßen Ventil 1 abgefragt werden. Durch die eindeutige Betriebspositionsabfrage ist es erfindungsgemäß möglich eine genaue Aussage über den Zustand des Hauptluftventils 1 zu erhalten. Dies erfolgt mit einfachsten Mitteln und somit kostengünstig und durch die Verwendung von genormten Mitteln ist das erfindungsgemäße Ventil 1 leicht in Automations- und Anlagensysteme integrierbar.

Claims (5)

1. Ventil mit einem Ventilkörper (2) und einem Ventilkolben (3) und einer mit dem Ventilkolben (3) in Wirkverbindung stehenden Verlängerung (4) und einer mit der Verlängerung (4) zusammenwirkenden Schalteinrichtung, wobei das freie Ende (8) der Verlängerung (4) mit mindestens einem elektrischen Kontakt (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilkörper (3) ein Schalldämpfer (5) angeschlossen ist und dass die Verlängerung (4) durch den Schalldämpfer (5) hindurch geführt ist und dass in die Verlängerung (4) ein Druckstück (9) integriert ist und dass das Druckstück (9) mit einer Feder versehen ist, so dass die Federkraft des Druckstücks (9) auslegbar ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrischer Kontakt (10) ein Sicherheitspositionsschalter (7) eingesetzt ist.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitspositionsschalter (7) in eine Not-Aus-Kette einer Steuerung integriert ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein Hauptluftventil einer Wartungseinheit einer Luftversorgung ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (4) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.