DE102012021462A1

DE102012021462A1 - Ventileinheit

Info

Publication number: DE102012021462A1
Application number: DE201210021462
Authority: DE
Inventors: Grzegorz Bogdanowicz; Jakob Brenner
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: DE102012021462B4

Abstract

Es wird eine Ventileinheit vorgeschlagen, die einen zwischen einem Einlass (9) und einem Auslass (10) verlaufenden Arbeitskanal (8) aufweist, in dessen Verlauf eine Drosselrückschlageinrichtung (6) und ein Sicherheitsventil (5) eingeschaltet sind. Das Sicherheitsventil (5) hat ein in eine Schließstellung vorgespanntes Ventilglied (16), das mittels eines an einem Steueranschluss (21) anlegbaren externen Steuersignals in eine Durchlassstellung umschaltbar ist, in der der zuvor abgesperrte Arbeitskanal (8) offen ist. Ein Handentlüftungsventil (7) ermöglicht ein Entlüften des zum Auslass (10) führenden Auslassabschnittes (8b) des Arbeitskanals (8). Das Ventilglied (16) ist in seiner Schaltstellung durch den im Arbeitskanal (8) herrschenden Druck nicht beeinflussbar und nur durch das anlegbare Steuersignal in die Durchlassstellung umschaltbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit zur Steuerung der Strömung eines Fluides, mit einem Einlass, einem Auslass und einem zwischen dem Einlass und dem Auslass verlaufenden Arbeitskanal, ferner mit einer in den Verlauf des Arbeitskanals eingeschalteten Drosselrückschlageinrichtung enthaltend ein Drosselventil und ein zu dem Drosselventil parallelgeschaltetes, eine Fluidströmung vom Einlass zum Auslass zulassendes und in der Gegenrichtung sperrendes Rückschlagventil, außerdem mit einem im Verlauf des Arbeitskanals angeordneten, den Arbeitskanal in einen vom Einlass kommenden Einlassabschnitt und einen zum Auslass führenden Auslassabschnitt unterteilenden Sicherheitsventil, das ein durch Federmittel in eine den Arbeitskanal absperrende Schließstellung vorgespanntes Ventilglied aufweist und das einen Steueranschluss aufweist, an dem ein externes Steuersignal anlegbar ist, um das Ventilglied unter Überwindung der Federmittel in eine den Arbeitskanal freigebende Durchlassstellung umzuschalten, und mit einem Handentlüftungsventil zum manuellen Entlüften des Auslassabschnittes.
Mit einer solchen Ventileinheit kann ein angeschlossener fluidbetätigter Antrieb in einer Weise betätigt werden, dass die an den Auslass der Ventileinheit angeschlossene Arbeitskammer des Antriebes nur entlüftbar ist, wenn an dem Steueranschluss ein entsprechendes Steuersignal anliegt. Das Steuersignal kann beispielsweise durch eine Steuereinrichtung generiert werden, an die der zu betätigende Antrieb angeschlossen ist. Fällt das Steuersignal aus, beispielsweise aufgrund eine Betriebsstörung, wird das Sicherheitsventil durch die zugeordneten Federmittel in die Schließstellung umgeschaltet, so dass eine Druckentlastung der angeschlossenen Arbeitskammer und mithin unkontrollierte Bewegungen des Abtriebsgliedes des Antriebes verhindert werden. Bei einer aus der zweiseitigen Produktinformation ”ASP-X352” des Jahres 2007 der Firma SMC Corporation bekannten Ventileinheit der eingangs genannten Art ist das Sicherheitsventil als entsperrbares Rückschlagventil ausgeführt, das eine Fluidströmung zum Auslass hin ungehindert durchlässt und in der Gegenrichtung sperrt, wobei die Sperrung durch ein fluidisches Steuersignal aufgehoben werden kann.
In der Regel ist der Ventileinheit ein an den Einlass angeschlossenes Richtungssteuerventil vorgeschaltet, durch das die Fluidzufuhr bezüglich des angeschlossenen Antriebes gesteuert wird. Wenn bei diesem vorgeschalteten Richtungssteuerventil eine Fehlfunktion vorliegt, durch die unbeabsichtigt ein Druckfluid in den Einlass der Ventileinheit eingespeist wird, kann dies trotz des in die Ventileinheit integrierten Sicherheitsventils zu einer unerwünschten Betätigung des angeschlossenen Antriebes führen. Dies kann kritische und mitunter sogar gefährliche Betriebssituationen zur Folge haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um die Betriebssicherheit eines an die Ventileinheit angeschlossenen Antriebes zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Sicherheitsventil als hinsichtlich seines Betriebszustandes von dem in dem Einlassabschnitt des Arbeitskanals herrschenden Druck unbeeinflussbares Absperrventil ausgebildet ist, dessen Ventilglied ausschließlich durch Anlegen des externen Steuersignals in die Durchlassstellung umschaltbar ist.
Auf diese Weise verhindert das Sicherheitsventil nach wie vor eine Fluidströmung vom Auslass zum Einlass, wenn an dem Steueranschluss kein externes Steuersignal anliegt. Diese Sicherheitsfunktion wird allerdings dadurch ergänzt, dass auch eine Fluidströmung vom Einlass zum Auslass nur dann möglich ist, wenn an dem Steueranschluss ein externes Steuersignal anliegt. Die Fluidströmung durch das Sicherheitsventil hindurch erfordert also für beide Strömungsrichtungen ein am Steueranschluss anliegendes Steuersignal. Auf diese Weise kann die Betriebssicherheit eines am Auslass der Ventileinheit angeschlossenen fluidbetätigten Antriebes beträchtlich erhöht werden. Wenn an dem Steueranschluss kein Steuersignal anliegt, kann selbst das Einspeisen eines Druckfluides in den Einlass der Ventileinheit nicht zu einem Umschalten des Steuerventils in die Durchlassstellung führen. Das Sicherheitsventil ist als Absperrventil konzipiert, das durch die Federmittel in seine Schließstellung vorgespannt ist, aus der es nur durch Anlegen des externen Steuersignals in die Durchlassstellung umschaltbar ist. Die an dem Sicherheitsventil zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt anliegende Druckdifferenz hat keinerlei Auswirkung auf die Schaltstellung des Ventilgliedes.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das Ventilglied ist zweckmäßigerweise derart im Verlauf des Arbeitskanals angeordnet, dass der im Einlassabschnitt des Arbeitskanals herrschende Fluiddruck keine resultierende Stellkraft auf das Ventilglied ausüben kann. Der im Einlassabschnitt herrschende Druck übt also entweder überhaupt keine Stellkraft auf das Ventilglied aus oder wirkt derart gleichmäßig auf das Ventilglied ein, dass sich die Stellkräfte egalisieren. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass nur durch Anlegen des externen Steuersignals ein Umschalten des Ventilgliedes hervorgerufen werden kann.
Als besonders zweckmäßig wird es angesehen, wenn das Sicherheitsventil in einer Weise ausgebildet ist, dass das Umschalten in die Durchlassstellung mittels eines fluidischen Steuersignals hervorrufbar ist. Am Steueranschluss ist ein fluidisches Steuersignal anlegbar, das derart auf das Ventilglied einwirkt, dass selbiges aus der Schließstellung in die Durchlassstellung umschaltet.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass zum Umschalten des Sicherheitsventils ein elektrisches Steuersignal als externes Steuersignal nutzbar ist. Das Sicherheitsventil ist in diesem Fall zweckmäßigerweise mit einem elektro-fluidischen Wandler ausgestattet, beispielsweise einem Vorsteuerventil, das in der Lage ist, das eingespeiste elektrische Steuersignal in ein auf das Ventilglied einwirkendes fluidisches Steuersignal umzuwandeln.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht eine direkte elektrische Betätigung des Ventilgliedes vor, indem das Sicherheitsventil beispielsweise über eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung verfügt, die auf der Grundlage eines eingespeisten externen elektrischen Steuersignals ein mechanisches Umschalten des Ventilgliedes hervorruft.
Die Drosselrückschlageinrichtung ist zweckmäßigerweise derart im Arbeitskanal angeordnet, dass sie sich im Verlauf des Einlassabschnittes befindet und mithin dem Sicherheitsventil vorgeschaltet ist. Durch die Drosselrückschlageinrichtung wird bewirkt, dass bei in der Durchlassstellung befindlichem Sicherheitsventil eine ungehinderte Fluidströmung vom Einlass zum Auslass möglich ist, während in der Gegenrichtung nur eine gedrosselte Fluidströmung stattfinden kann, was beispielsweise zur Folge hat, dass ein an den Auslass angeschlossener fluidbetätigter Antrieb mit verringerter Geschwindigkeit arbeitet.
Als Ausführungsform für das Sicherheitsventil kommen insbesondere entweder ein 2/2-Wegeventil oder ein 3/2-Wegeventil in Frage. Bei einer Ausführung als 2/2-Wegeventil hat das Sicherheitsventil zweckmäßigerweise einen mit dem Einlass der Ventileinheit verbundenen Eingang und einen mit dem Auslass der Ventileinheit verbundenen Arbeitsausgang, wobei das Handentlüftungsventil zwischen dem Arbeitsausgang und dem Auslass ständig an den Arbeitskanal angeschlossen ist. Eine Betätigung des Handentlüftungsventils macht es möglich, den Arbeitskanal druckmäßig zu entlasten, wenn das Sicherheitsventil in der Schließstellung positioniert ist. Dadurch kann der an den Auslass angeschlossene Antrieb kontrolliert entlüftet werden.
Bei einer Ausgestaltung als 2/3-Wegeventil enthält das Sicherheitsventil außer einem mit dem Einlass verbundenen Eingang und einem mit dem Auslass verbundenen Arbeitsausgang auch noch einen mit dem Handentlüftungsventil verbundenen Entlüftungsausgang. Nimmt das Ventilglied die Schließstellung ein, ist der Entlüftungsausgang mit dem Arbeitsausgang verbunden, der hierbei gleichzeitig vom Eingang abgetrennt ist. In der Durchlassstellung des Sicherheitsventils hingegen ist der Entlüftungsausgang von dem gleichzeitig mit dem Eingang verbundenen Arbeitsausgang abgetrennt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass eine Entlüftung des Auslassabschnittes durch das Handentlüftungsventil nur möglich ist, wenn sich das Sicherheitsventil in der Schließstellung befindet. Auf diese Weise ist Fehlfunktionen vorgebeugt.
Soll ein Antrieb in doppeltwirkender Betriebsweise angesteuert werden, kann die Ventileinheit zweifach zum Einsatz kommen, wobei der Auslass der einen Ventileinheit an eine Arbeitskammer und der Auslass der anderen Ventileinheit an eine andere Arbeitskammer des zu betätigenden Antriebes angeschlossen ist. Alternativ besteht die vorteilhafte Möglichkeit, ein und dieselbe Ventileinheit mit zwei voneinander unabhängigen Arbeitskanälen auszustatten, die jeweils zwischen einem Einlass und einem Auslass verlaufen und die jeweils mit einer eigenen Drosselrückschlageinrichtung versehen sind. Außerdem sind diese beiden Arbeitskanäle an ein gemeinsames Handentlüftungsventil zur manuellen Entlüftung angeschlossen. Darüber hinaus ist in den Verlauf beider Arbeitskanäle ein gemeinsames Sicherheitsventil eingeschaltet, mit dessen Hilfe die beiden Arbeitskanäle gemeinsam synchron absperrbar oder freigebbar sind. Auf diese Weise wird der steuerungstechnische Aufwand auf ein Minimum reduziert.
Ist ein gemeinsames Sicherheitsventil gleichzeitig zwei Arbeitskanälen zugeordnet, ist es von Vorteil, wenn das Sicherheitsventil ein einziges Ventilglied enthält, durch das beide Arbeitskanäle gemeinsam steuerbar sind. Ein solches Ventilglied ist insbesondere als Ventilschieber ausgebildet.
Vorzugsweise ist jedes Handentlüftungsventil in den Verlauf eines Entlüftungskanals eingeschaltet, der einenends zur Atmosphäre ausmündet und andernends entweder ständig mit dem Auslassabschnitt des Arbeitskanals verbunden ist oder, insbesondere durch entsprechende Betätigung des Sicherheitsventils, mit diesem Auslassabschnitt des Arbeitskanals fallweise verbindbar ist.
Bevorzugt ist das Sicherheitsventil als Schieberventil ausgebildet, das über einen linear verschiebbaren, radial dichtenden Ventilschieber als Ventilglied verfügt. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es auf besonders einfache Weise, jegliche Einwirkung des im Arbeitskanal herrschenden Fluiddruckes auf das Ventilglied in dessen Betätigungsrichtung zu vermeiden.
Das Ventilglied ist bevorzugt linear verschiebbar ausgebildet und verfügt über eine axial orientierte Betätigungsfläche, die quasi als bewegliche Wand einer Betätigungskammer fungiert, in die ein Steuerkanal einmündet, durch den hindurch das fluidische Steuersignal zuführbar ist. Insbesondere kann dieser Steuerkanal zu dem Steueranschluss führen, so dass dort direkt ein fluidisches Drucksignal als Steuersignal zur Betätigung des Ventilgliedes einspeisbar ist.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Ventileinheit sieht vor, dass das Sicherheitsventil über ein Ventilgehäuse verfügt, in dem eine Ventilkammer ausgebildet ist, in der das Ventilglied zwischen der Schließstellung und der Durchlassstellung linear verschiebbar aufgenommen ist. In die Ventilkammer mündet umfangsseitig zum einen der Einlassabschnitt des Arbeitskanals und zum anderen der Auslassabschnitt des Arbeitskanals. In oder an dem Ventilgehäuse des Sicherheitsventils sind unabhängig voneinander der Steueranschluss, die Drosselrückschlageinrichtung und das Handentlüftungsventil angeordnet.
Die Drosselrückschlageinrichtung kann prinzipiell ein integraler Bestandteil des Ventilgehäuses des Sicherheitsventils sein. Zweckmäßiger ist allerdings eine Bauform, bei der sie Bestandteil einer den Einlass aufweisenden und an dem Ventilgehäuse des Sicherheitsventils befestigten Anschlusseinheit ist. An diese Anschlusseinheit kann beispielsweise eine Fluidleitung angeschlossen werden, durch die hindurch das für den Betrieb eines angeschlossenen Antriebes erforderliche Druckfluid zuführbar und abführbar ist.
Das Ventilgehäuse des Sicherheitsventils verfügt zweckmäßigerweise über eine Unterseite, an der sich der Auslass befindet. Darüber hinaus weist es eine der Unterseite entgegengesetzte Oberseite auf, an der sich der Einlass, die Drosselrückschlageinrichtung, der Steueranschluss und das Handentlüftungsventil befinden.
Die angestrebte Funktionalität der Ventileinheit lässt sich vorteilhaft mit einem Sicherheitsventil realisieren, das auf einem 5/2-Wegeventil basiert, dessen nicht benötigte Anschlüsse verschlossen sind, beispielsweise durch eingeschraubte Verschlussstopfen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine bevorzugte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinheit in einer perspektivischen Ansicht,
2 die Ventileinheit aus 1 in einer Stirnansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1,
3 einen Längsschnitt der Ventileinheit aus 1 und 2 gemäß Schnittlinie III-III aus 2, wobei ergänzend an die Ventileinheit angeschlossene Komponenten in Gestalt eines fluidbetätigten Antriebes und eines Richtungssteuerventils schematisch angedeutet sind,
4 die Ventileinheit aus 1 und 3 einschließlich der angeschlossenen Komponenten in einem vereinfachten Schaltbild,
5 das Schaltbild einer alternativen Ausführungsform der Ventileinheit einschließlich angeschlossener Komponenten, und
6 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinheit mit angeschlossenen Komponenten.
Soweit im Einzelfall keine anderen Angaben gemacht werden, gelten die nachstehenden Ausführungen für alle illustrierten Ausführungsbeispiele.
Die 3 bis 6 zeigen jeweils eine fluidtechnische Arbeitsvorrichtung 1, die als Kernkomponente eine Ventileinheit 2 aufweist. An die Ventileinheit 2 sind eingangsseitig ein Richtungssteuerventil 3 und ausgangsseitig ein fluidbetätigter Antrieb 4 angeschlossen. Die 1 und 2 zeigen eine Einzeldarstellung der bei der Arbeitsvorrichtung gemäß 3 und 4 verwendeten Ventileinheit 2.
Die Ventileinheit 2 setzt sich aus mehreren zu einer Baueinheit zusammengefassten und funktionell miteinander verknüpften Komponenten zusammen. Zu diesen Komponenten gehören ein Sicherheitsventil 5, eine Drosselrückschlageinrichtung 6 und ein manuell betätigbares Handentlüftungsventil 7.
Die Ventileinheit 2 verfügt über einen Arbeitskanal 8, der geeignet ist, um von einem fluidischen Druckmedium durchströmt zu werden. Bei dem Druckmedium handelt es sich insbesondere um Druckluft. Der Arbeitskanal 8 erstreckt sich zwischen einem Einlass 9 und einem Auslass 10 der Ventileinheit 2.
Der Einlass 9 ist ausgebildet, um, insbesondere mittels eines Fluidschlauches, das schon erwähnte Richtungssteuerventil 3 anzuschließen. Das Richtungssteuerventil 3 ist ein Mehrwegeventil und ermöglicht es, je nach Schaltstellung den Einlass 9 wahlweise mit einer Druckquelle P, insbesondere eine Druckluftquelle, oder mit einer Drucksenke R, insbesondere die Atmosphäre, zu verbinden. Bei dem Richtungssteuerventil 3 handelt es sich insbesondere um ein elektropneumatisch vorgesteuertes Mehrwegeventil.
Der Auslass 10 ist ausgebildet, um eine Arbeitskammer 4a des fluidbetätigten Antriebes 4 fluidisch anschließen zu können. Bei dem fluidbetätigten Antrieb 4 handelt es sich beispielsweise um einen Linearantrieb oder um einen Drehantrieb. Je nachdem, welchen Betriebszustand das Richtungssteuerventil 3 einnimmt, ist die Arbeitskammer 4a durch den Arbeitskanal 8 hindurch mit von der Druckquelle P stammendem Druckmedium beaufschlagbar oder zu der Drucksenke R entlüftbar. Auf diese Weise kann ein bewegliches Abtriebsglied 11 des fluidbetätigten Antriebes 4 zu einer Bewegung angetrieben werden.
Durch das Sicherheitsventil 5 wird der Arbeitskanal 8 in zwei Kanalabschnitte unterteilt. Dies sind ein Einlassabschnitt 8a und ein Auslassabschnitt 8b. Der Einlassabschnitt 8a erstreckt sich zwischen dem Einlass 9 und einem Eingang 12 des Sicherheitsventils 5. Der Auslassabschnitt 8b erstreckt sich zwischen dem Auslass 10 und einem Arbeitsausgang 13 des Sicherheitsventils 5.
Die Drosselrückschlageinrichtung 6 ist in einer Reihenschaltung mit dem Sicherheitsventil 5 in den Verlauf des Arbeitskanals 8 eingeschaltet. Zweckmäßigerweise sitzt die Drosselrückschlageinrichtung 6 im Einlassabschnitt 8a des Arbeitskanals 8, also zwischen dem Einlass 9 und dem Eingang 12.
Die Drosselrückschlageinrichtung 6 enthält ein Drosselventil 6a und ein dem Drosselventil 6a funktionell parallelgeschaltetes Rückschlagventil 6b. Das Drosselventil 6a ist zweckmäßigerweise hinsichtlich der Drosselungsintensität einstellbar ausgebildet. Das Rückschlagventil 6b zeichnet sich dadurch aus, dass es bei entsprechend positiver Druckdifferenz eine Fluidströmung ausgehend vom Einlass 9 in Richtung zum Auslass 10 durchlässt, in der Gegenrichtung jedoch stets sperrt. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein am Einlass 9 eingespeistes Druckmedium ungedrosselt durch das hierbei öffnende Rückschlagventil 6b hindurch in Richtung zum Auslass 10 strömen kann, während ein in der Gegenrichtung zurückströmendes Druckmedium aufgrund des hierbei geschlossenen Rückschlagventils 6b gezwungen ist, mit verringerter Strömungsrate durch das Drosselventil 6a hindurchzuströmen. Auf diese Weise kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Abtriebsgliedes 11 in den beiden möglichen Bewegungsrichtungen unterschiedlich groß sein.
Das Sicherheitsventil 5 verfügt über ein Ventilgehäuse 14, in dem eine Ventilkammer 15 ausgebildet ist, in der ein Ventilglied 16 angeordnet ist, das unter Ausführung einer bevorzugt linearen, durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umschaltbewegung 17 zwischen unterschiedlichen Schaltstellungen umschaltbar ist.
Bei dem Sicherheitsventil 5 handelt es sich vorzugsweise um ein Schieberventil, dessen Ventilglied 16 nach Art eines sogenannten Ventilschiebers 16a ausgebildet ist, der in der eine Längserstreckung mit Längsachse 18 aufweisenden Ventilkammer 15 linear verschiebbar aufgenommen ist. Eine wesentliche Eigenschaft des Ventilschiebers 16a besteht darin, dass er durch radiale Abdichtmaßnahmen für die gewünschte Fluidsteuerfunktion sorgt. Abweichend von einem axial dichtenden Sitzventil kooperiert der Ventilschieber 16a mit seinem radial orientierten Außenumfang unter Abdichtung mit zugeordneten, bezüglich des Ventilgehäuses 14 ortsfesten Abdichtmitteln 19, von denen er konzentrisch umschlossen ist.
Der Ventilschieber 16a hat bevorzugt in an sich bekannter Weise eine in axialer Richtung mehrfach abgestufte Außenkontur, so dass er über Längenabschnitte größeren Durchmessers und dazwischen angeordneten Längenabschnitten kleineren Durchmessers verfügt. Nur die Längenabschnitte größeren Durchmessers sind in der Lage, durch Kontakt mit den Abdichtmitteln 19 einen Strömungsquerschnitt zu verschließen.
Das Ventilglied 16, exemplarisch der Ventilschieber 16a, ist wahlweise in einer aus der Zeichnung ersichtlichen Schließstellung oder in einer diesbezüglich ausgelenkten Durchlassstellung positionierbar. Die Ventilkammer 15 ist in den Verlauf des Arbeitskanals 8 eingeschaltet, so dass das Ventilglied 16 in der Schließstellung die Verbindung zwischen dem Einlassabschnitt 8a und dem Auslassabschnitt 8b unterbricht und in der Durchlassstellung diese beiden Kanalabschnitte 8a, 8b des Arbeitskanals 8 fluidisch miteinander verbindet. Das Sicherheitsventil 5 ist somit in der Lage, unabhängig vom Betriebszustand des Richtungssteuerventils 3 zu beeinflussen, ob eine Fluidströmung zwischen dem Einlass 9 und dem Auslass 10, egal in welcher Richtung, möglich ist oder nicht.
Bevorzugt ist das Sicherheitsventil 5 vom Typ ”Normalerweise geschlossen”. Das Ventilglied 16 nimmt daher, solange keine externe Betätigungskraft auf es einwirkt, stets die Schließstellung ein. Für diese Schließstellung sorgen Federmittel 20, die sich beim Ausführungsbeispiel einerseits am Ventilgehäuse 14 und andererseits an dem Ventilglied 16 abstützen und die als Druckfedermittel ausgebildet sind. Bevorzugt sind die Federmittel 20 in der Ventilkammer 15 und hierbei bevorzugt koaxial zu dem Ventilglied 16 angeordnet.
Eine Besonderheit des Sicherheitsventils 5 besteht darin, dass sein Betriebszustand, also die Schaltstellung des Ventilgliedes 16, durch den im Einlassabschnitt 8a des Arbeitskanals 8 herrschenden Fluiddruck nicht beeinflussbar ist. Auch der im Auslassabschnitt 8b herrschende Fluiddruck kann die Schaltstellung des Ventilgliedes 16 nicht beeinflussen. Das Sicherheitsventil 5 ist ein reines Absperrventil ohne Rückschlagfunktion, dessen Ventilglied 16 ausschließlich durch Anlegen eines externen Steuersignals P_S in die Durchlassstellung umschaltbar ist. Das Anlegen des Steuersignals P_S bewirkt eine Betätigung des Ventilgliedes 16 durch Fluidkraft, so dass das Ventilglied 16 unter Überwindung der entgegengesetzt orientierten Stellkraft der Federmittel 20 in die Durchlassstellung umgeschaltet wird.
Bevorzugt ist das Sicherheitsventil 5 derart ausgebildet, dass das Umschalten in die Durchlassstellung mittels eines externen fluidischen Steuersignals P_S hervorrufbar ist. Das Sicherheitsventil 5 und insbesondere dessen Ventilgehäuse 14 sind mit einem Steueranschluss 21 ausgestattet, an dem das externe Steuersignal P_S nach Bedarf anlegbar ist.
Beim Ausführungsbeispiel ist der Steueranschluss 21 ein fluidtechnischer Anschluss, an den eine nicht weiter abgebildete Fluidleitung anschließbar ist, durch die hindurch ein das Steuersignal lieferndes Steuerdruckmedium zuführbar ist. Im Innern des Ventilgehäuses 14 verläuft ein Steuerkanal 22, der den Steueranschluss 21 mit einer internen Betätigungskammer 23 des Ventilgehäuses 14 verbindet, bei dem es sich exemplarisch um einen Endabschnitt der Ventilkammer 15 handelt. Die Betätigungskammer 23 ist von einer mit dem Ventilglied 16 antriebsmäßig gekoppelten und vorzugsweise als Bestandteil des Ventilgliedes 16 ausgebildeten Betätigungsfläche 24 begrenzt, die exemplarisch an einem zu dem Ventilglied 16 gehörenden Antriebskolben 25 ausgebildet ist.
Wird an dem Steueranschluss 21 ein fluidisches Druckmedium als Steuersignal eingespeist, erfolgt eine druckmäßige Beaufschlagung der Betätigungsfläche 24, die in der Folge vergleichbar einer beweglichen Wand in der Ventilkammer 15 axial verlagert wird, so dass das Ventilglied 16 aus der abgebildeten Schließstellung in die Durchlassstellung umgeschaltet wird.
Der Einlassabschnitt 8a und der Auslassabschnitt 8b münden an axial versetzten Stellen umfangsseitig in die Ventilkammer 15 ein. In der Schließstellung des Ventilgliedes 16 ist ihre Verbindung unterbrochen, weil in ein zwischen ihnen angeordnetes Abdichtmittel 19 einer der Längenabschnitte größeren Durchmessers des Ventilgliedes 16 eintaucht. In der Durchlassstellung des Ventilgliedes 16 befindet sich im Bereich des gleichen Abdichtmittels 19 einer der Längenabschnitte kleineren Durchmessers des Ventilgliedes 16, so dass das Druckmedium durch die Ventilkammer 15 hindurch zwischen dem Einlassabschnitt 8a und dem Auslassabschnitt 8b, egal in welcher Richtung, überströmen kann.
Die Illustration in 3 zeigt, dass das Ventilglied 16 derart im Verlauf des Arbeitskanals 8 angeordnet ist, dass es keiner aus dem im Einlassabschnitt 8a des Arbeitskanals 8 herrschenden Fluiddruck resultierenden Stellkraft ausgesetzt ist. Zwar verfügt das Ventilglied 16 über axial orientierte Flächen, die von dem im Einlassabschnitt 8a herrschenden Fluiddruck beaufschlagt werden. Allerdings sind diese axial orientierten Flächen so angeordnet und ausgebildet, dass sich die aufgrund ihrer Beaufschlagung entstehenden axialen Kräfte ausgleichen und keine resultierende axiale Stellkraft entsteht. Die jeweilige Schaltstellung des Ventilgliedes 16 ist also allein durch einerseits die Stellkraft der Federmittel 20 und andererseits die vorhandene oder nicht vorhandene, aus dem externen Steuersignal P_S resultierende Betätigungskraft bestimmt.
Bei einer nicht illustrierten modifizierten Ausführungsform des Sicherheitsventils 5 ist der Steueranschluss 21 zum Anlegen eines elektrischen externen Steuersignals ausgebildet. In diesem Fall verfügt das Sicherheitsventil 5 zweckmäßigerweise über einen elektro-fluidischen Wandler, insbesondere ein Vorsteuerventil, das aufgrund des elektrischen Steuersignals in der Lage ist, ein fluidisches Betätigungssignal an die Betätigungsfläche 24 zu senden. Bei einem ebenfalls nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird die zum Umschalten des Ventilgliedes 16 erforderliche Betätigungskraft elektromechanisch hervorgerufen, indem das Sicherheitsventil 5 mit einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung ausgestattet ist, deren beweglicher Anker mit dem Ventilglied 16 bewegungsgekoppelt ist und direkt dessen Umschaltbewegung 17 hervorruft, wenn an dem Steueranschluss 21 ein elektrisches Steuersignal angelegt wird.
Mit Hilfe des weiter oben bereits erwähnten Handentlüftungsventils 7 kann der Auslassabschnitt 8b des Arbeitskanals zumindest dann entlüftet und somit druckentlastet werden, wenn das Ventilglied 16 die Schließstellung einnimmt Zu diesem Zweck ist das Handentlüftungsventil 7 zumindest in der Schließstellung des Ventilgliedes 16 an den Auslassabschnitt 8b des Arbeitskanals 8 angeschlossen. Sollte aufgrund einer Störung das für den Betrieb des fluidbetätigten Antriebes 4 erforderliche externe Steuersignal P_S weggefallen sein und das in der Arbeitskammer 4a enthaltene Fluidvolumen folglich eingesperrt sein, eröffnet das Handentlüftungsventil 7 die Möglichkeit, durch manuelle Aktivierung eine von der elektronischen Steuereinrichtung unabhängige manuelle Entlüftung des Auslassabschnittes 8b und somit der daran angeschlossenen Arbeitskammer 4a durchzuführen. Die Entlüftung findet dann insbesondere durch das Handentlüftungsventil 7 hindurch statt, wobei der Einlassabschnitt 8a des Arbeitskanals 8 nicht genutzt wird.
Bei dem in 1 bis 4 illustrierten Ausführungsbeispiel ist das Sicherheitsventil 5 als 3/2-Wegeventil konzipiert. Außer dem schon beschriebenen Eingang 12 und Arbeitsausgang 13 enthält es einen weiteren, zur Entlüftung des Auslassabschnittes 8b nutzbaren Entlüftungsausgang 26. In der Schließstellung des Ventilgliedes 16 ist der Entlüftungsausgang 26 mit dem Arbeitsausgang 13 verbunden, der gleichzeitig vom Eingang 12 abgetrennt ist. In der Durchlassstellung des Ventilgliedes 16 ist der Entlüftungsausgang 26 hingegen von dem gleichzeitig mit dem Eingang 12 verbundenen Arbeitsausgang 13 abgetrennt.
An den Entlüftungsausgang 26 ist das Handentlüftungsventil 7 angeschlossen. Exemplarisch erstreckt sich im Ventilgehäuse 14 ausgehend von dem Entlüftungsausgang 26 ein Entlüftungskanal 27, der zur Atmosphäre ausmündet und in dessen Verlauf das Handentlüftungsventil 7 eingeschaltet ist.
Das Handentlüftungsventil 7 ist bevorzugt vom Typ ”Normalerweise geschlossen”. Solange es nicht betätigt ist, nimmt es eine den Entlüftungskanal 27 absperrende Schließstellung ein, so dass der Entlüftungsausgang 26 von der Atmosphäre abgetrennt ist. Auf diese Weise kann in der Schließstellung des Ventilgliedes 16 nur dann eine Entlüftung des Auslassabschnittes 8b stattfinden, wenn das Handentlüftungsventil 7 aktiv betätigt wird.
Aufgrund der beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 vorhandenen 3/2-Ventilfunktionalität des Sicherheitsventils 5 ist das Handentlüftungsventil 7 nur in der Schließstellung des Ventilgliedes 16 mit dem Auslassabschnitt 8b des Arbeitskanals 8 verbunden. In der Durchlassstellung des Ventilgliedes 16 ist der Entlüftungskanal 27 vom Arbeitskanal 8 insgesamt abgetrennt.
Anders verhält es sich bei den Ausführungsbeispielen der 5 und 6, bei denen das Sicherheitsventil 5 zur Steuerung des Arbeitskanals 8 als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Der Entlüftungskanal 27 ist dort ständig an den Auslassabschnitt 8b angeschlossen, so dass der Auslassabschnitt 8b unabhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes 16 entlüftbar ist, wenngleich natürlich die geschilderte manuelle Entlüftung nur im Notfall bei in der Schließstellung befindlichem Ventilglied 16 empfehlenswert ist.
Das Ausführungsbeispiel der 6 unterscheidet sich von demjenigen der 5 durch eine Verdopplung des Arbeitskanals 8, der Drosselrückschlageinrichtung 6 und der Funktionalität des Sicherheitsventils 5 und des Handentlüftungsventils 7. So ist zusätzlich zu dem Arbeitskanal 8 ein weiterer Arbeitskanal 8' vorhanden, der sich zwischen einem weiteren Einlass 9' und einem weiteren Auslass 10' erstreckt und in dessen Einlassabschnitt 8a eine weitere Drosselrückschlageinrichtung 6' eingeschaltet ist. Mit einer solchen Ausgestaltung lässt sich vorteilhaft ein doppeltwirkender fluidbetätigter Antrieb 4 betreiben, der eine weitere Arbeitskammer 4b aufweist, an die der weitere Auslass 10' angeschlossen ist.
Das Sicherheitsventil 5 hat eine doppelte 2/2-Ventilfunktion und ist in der Lage, in der Schließstellung beide Arbeitskanäle 8, 8' abzusperren und in der Durchlassstellung die Fluidströmung durch beide Arbeitskanäle 8, 8' hindurch freizugeben. Letzteres geschieht mittels eines einzigen, entsprechend ausgebildeten Ventilgliedes 16 des Sicherheitsventils 5.
Das Handentlüftungsventil 7 hat ebenfalls eine doppelte 2/2-Ventilfunktion, wobei es über den erwähnten Entlüftungskanal 27 an den Auslassabschnitt 8b des erwähnten Arbeitskanals 8 angeschlossen ist, während es gleichzeitig über einen weiteren Entlüftungskanal 27' an den Auslassabschnitt 8b des weiteren Arbeitskanals 8' angeschlossen ist. In der normalerweise eingenommenen Schließstellung des Handentlüftungsventils 7 sind beide Entlüftungskanäle 27, 27' abgesperrt. Durch Betätigung des Handentlüftungsventils 7 können allerdings die Auslassabschnitte 8b beider Arbeitskanäle 8, 8' gemeinsam zur Atmosphäre entlüftet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Handentlüftungsventils 7 ist in 3 illustriert. Demnach enthält es ein Gehäuse 28, mit dem es am Ventilgehäuse 14 des Sicherheitsventils 5 befestigt ist und das von dem Entlüftungskanal 27 durchsetzt ist. In dem Gehäuse 28 befindet sich ein durch Federmittel 29 ständig in Richtung einer Schließstellung beaufschlagtes Ventilglied 30, dem eine Handhabe 30a zur manuellen Betätigung zugeordnet ist, die zweckmäßigerweise ein einstückiger Bestandteil des Ventilgliedes 30 ist.
Die Handhabe 30a ist von außerhalb der Ventileinheit 2 zugänglich und kann mit einem Finger einer Hand gemäß Pfeil 31 beaufschlagt werden, um es entgegen der Kraft der Federmittel 29 auszulenken und in eine Offenstellung zu bewegen, in der der Fluiddurchgang durch den Entlüftungskanal 27 hindurch freigegeben ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 kann durch Betätigung des Ventilgliedes 30 des Handentlüftungsventils 7 ein gleichzeitiges Öffnen oder Verschließen beider Entlüftungskanäle 27, 27' bewirkt werden.
Aus den 1 bis 3 ist ersichtlich, dass zweckmäßigerweise in oder am Ventilgehäuse 14 des Sicherheitsventils 5 der Steueranschluss 21, die mindestens eine Drosselrückschlageinrichtung 6 und das Handentlüftungsventil 7 unabhängig voneinander angeordnet sind. Die Drosselrückschlageinrichtung 6 ist zweckmäßigerweise Bestandteil einer den Einlass 9 aufweisenden und an dem Ventilgehäuse 14 des Sicherheitsventils 5 befestigten Anschlusseinheit 32. Diese Anschlusseinheit 32 hat beim Ausführungsbeispiel eine abgewinkelte Form, wobei der Einlass 9 zweckmäßigerweise verschwenkbar ist.
Insgesamt ist es von Vorteil, wenn das Ventilgehäuse 14 des Sicherheitsventils 5 eine Unterseite 33 aufweist, an der der Auslass 10 angeordnet ist. An einer der Unterseite 33 entgegengesetzten Oberseite 34 dieses Ventilgehäuses 14 befinden sich zweckmäßigerweise sowohl die Drosselrückschlageinrichtung 6 als auch der Steueranschluss 21 und das Handentlüftungsventil 7.

Claims

Ventileinheit zur Steuerung der Strömung eines Fluides, mit einem Einlass (9), einem Auslass (10) und einem zwischen dem Einlass (9) und dem Auslass (10) verlaufenden Arbeitskanal (8), ferner mit einer in den Verlauf des Arbeitskanals (8) eingeschalteten Drosselrückschlageinrichtung (6) enthaltend ein Drosselventil (6a) und ein zu dem Drosselventil (6a) parallelgeschaltetes, eine Fluidströmung vom Einlass (9) zum Auslass (10) zulassendes und in der Gegenrichtung sperrendes Rückschlagventil (6b), außerdem mit einem im Verlauf des Arbeitskanals (8) angeordneten, den Arbeitskanal (8) in einen vom Einlass (9) kommenden Einlassabschnitt (8a) und einen zum Auslass (10) führenden Auslassabschnitt (8b) unterteilenden Sicherheitsventil (5), das ein durch Federmittel (20) in eine den Arbeitskanal (8) absperrende Schließstellung vorgespanntes Ventilglied (16) aufweist und das einen Steueranschluss (21) aufweist, an dem ein externes Steuersignal anlegbar ist, um das Ventilglied (16) unter Überwindung der Federmittel (20) in eine den Arbeitskanal (8) freigebende Durchlassstellung umzuschalten, und mit einem Handentlüftungsventil (7) zum manuellen Entlüften des Auslassabschnittes (8b), dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (5) als hinsichtlich seines Betriebszustandes von dem in dem Einlassabschnitt (8a) des Arbeitskanals (8) herrschenden Druck unbeeinflussbares Absperrventil ausgebildet ist, dessen Ventilglied (16) ausschließlich durch Anlegen des externen Steuersignals in die Durchlassstellung umschaltbar ist
Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (16) derart im Verlauf des Arbeitskanals (8) angeordnet ist, dass es keiner aus dem im Einlassabschnitt (8a) des Arbeitskanals (8) herrschenden resultierenden Stellkraft ausgesetzt ist.
Ventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (5) durch ein fluidisches Steuersignal in die Durchlassstellung umschaltbar ist, wobei der Steueranschluss (21) zum Anlegen des fluidischen Steuersignals ausgebildet ist.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselrückschlageinrichtung (6) im Verlauf des Einlassabschnittes (8a) des Arbeitskanals (8) angeordnet ist.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (5) ein 2/2-Wegeventil ist.
Ventileinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (5) einen mit dem Einlass (9) verbundenen Eingang (12) und einen mit dem Auslass (10) verbundenen Arbeitsausgang (13) hat, wobei das Handentlüftungsventil (7) zwischen dem Arbeitsausgang (13) und dem Auslass (10) ständig an den Arbeitskanal (8) angeschlossen ist.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (5) ein 3/2-Wegeventil ist.
Ventileinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (5) einen mit dem Einlass (9) verbundenen Eingang (12), einen mit dem Auslass (10) verbundenen Arbeitsausgang (13) und einen mit dem Handentlüftungsventil (7) verbundenen Entlüftungsausgang (26) aufweist, wobei in der Schließstellung des Ventilgliedes (16) der Entlüftungsausgang (26) mit dem vom Eingang (12) abgetrennten Arbeitsausgang (13) verbunden ist und in der Durchlassstellung des Ventilgliedes (16) der Entlüftungsausgang (26) von dem mit dem Eingang (12) verbundenen Arbeitsausgang (13) abgetrennt ist.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei unabhängig voneinander jeweils zwischen einem von zwei Einlässen (9, 9') und einem von zwei Auslässen (10, 10') verlaufende Arbeitskanäle (8, 8') enthält, die jeweils mit einer eigenen Drosselrückschlageinrichtung (6, 6') versehen und gemeinsam an ein Handentlüftungsventil (7) angeschlossen sind und in deren Verlauf ein gemeinsames Sicherheitsventil (5) eingeschaltet ist, das in der Schließstellung beide Arbeitskanäle (8, 8') absperrt und in der Durchlassstellung beide Arbeitskanäle (8, 8') freigibt.
Ventileinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (5) ein einziges, bevorzugt als Ventilschieber (16a) ausgebildetes Ventilglied (16) enthält, durch das beide Arbeitskanäle (8, 8') gemeinsam steuerbar sind.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Handentlüftungsventil (7) in den Verlauf eines Entlüftungskanals (27, 27') eingeschaltet ist, der einerseits mit dem Auslassabschnitt (8b) des Arbeitskanals (8, 8') verbunden oder verbindbar ist und andererseits zur Atmosphäre ausmündet.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (5) ein Schieberventil ist, das einen linear verschiebbaren, radial dichtenden Ventilschieber (16a) als Ventilglied (16) aufweist.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (16) linear verschiebbar ausgebildet ist und eine axial orientierte Betätigungsfläche (24) aufweist, die eine Betätigungskammer (23) begrenzt, in die ein Steuerkanal (22) einmündet, durch den hindurch das fluidische Steuersignal zuführbar ist.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (5) ein Ventilgehäuse (14) aufweist, in dem eine Ventilkammer (15) ausgebildet ist, in der das Ventilglied (16) zwischen der Schließstellung und der Durchlassstellung linear verschiebbar aufgenommen ist und in die umfangsseitig zum einen der Einlassabschnitt (8a) des Arbeitskanals (8) und zum anderen der Auslassabschnitt (8b) des Arbeitskanals (8) einmünden, wobei in oder an dem Ventilgehäuse (14) des Sicherheitsventils (5) unabhängig voneinander der Steueranschluss (21), die Drosselrückschlageinrichtung (6, 6') und das Handentlüftungsventil (7) angeordnet sind.
Ventileinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselrückschlageinrichtung (6, 6') Bestandteil einer den Einlass (9, 9') aufweisenden und an dem Ventilgehäuse (14) des Sicherheitsventils (5) befestigten Anschlusseinheit (32) ist.
Ventileinheit nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (14) des Sicherheitsventils (5) eine Unterseite (33) aufweist, an der der Auslass (10) angeordnet ist, und über eine der Unterseite (33) entgegengesetzte Oberseite (34) verfügt, an der sich der Einlass (9), die Drosselrückschlageinrichtung (6), der Steueranschluss (21) und das Handentlüftungsventil (7) befinden.