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Die
Erfindung betrifft ein pneumatisches Sicherheitsventil für Druckluftsysteme,
in denen jeweils über
vorgegebene, begrenzte Zeiträume
durch ein Steuerventil über
eine Leitung Druckluft zu Steuerzwecken an ein Betätigungsorgan
abgegeben wird.
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In
der Druckindustrie ist es beispielsweise üblich, mit Hilfe von in Intervallen
abgegebenen Druckimpulsen periodisch Farbventile zu öffnen und
auf diese Weise Farbe in eine Farbwanne der Druckmaschine zu füllen. Durch
Abtastung des Füllstands
in der Farbwanne und entsprechende Steuerung des Steuerventils läßt sich
erreichen, dass jeweils angemessene Farbmengen zur Verfügung stehen.
Bei der geschilderten Steuerung ist davon auszugehen, dass das Farbventil
ohne Anliegen des Steuerdrucks federnd oder in anderer Weise geschlossen
wird bzw. selbstschließend
ist.
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Bei
einem Defekt des Steuerventils oder der zugehörigen Steuerung kann dieses
unter bestimmten Voraussetzungen in der geöffneten Stellung stehenbleiben.
Das bedeutet, dass ständig
ein erhöhter Luftdruck
am Farbventil anliegt und dieses in der offenen Stellung hält, so dass
die Farbwanne unvermeidlich überläuft. Diese
Möglichkeit
ist in der Druckindustrie gefürchtet,
da sie nicht nur den Verlust von mehr oder weniger großen Mengen
Druckfarbe bedeutet, sondern zu einer erheblichen und schwer zu beseitigenden
Verunreinigung an und im Umkreis der Druckmaschine führt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsventil
zu schaffen, das auch bei einem Versagen der Steuerung eines Farbventils an
der Farbwanne einer Druckmaschine gewährleistet, dass das Farbventil
nur periodisch und bei Bedarf geöffnet
wird. Das Sicherheitsventil soll darüber hinaus nicht nur bei der
Steuerung von Farbventilen, sondern auch in Zusammenhang mit anderen
pneumatischen Steuerungsaufgaben einsetzbar sein. Ein Farbventil
soll hier als Beispiel verstanden werden.
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Die
gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem pneumatischen Sicherheitsventil
der obigen Art dadurch gelöst,
dass das in der Leitung stromabwärts
des Steuerventils angeordnete Sicherheitsventil eine Öffnungs-
und eine Schließstellung aufweist,
dass mit der Leitung stromaufwärts
des Sicherheitsventils ein Druckbehälter verbunden ist, derart,
dass übermäßig anhaltende
Druckluft-Impulse des Steuerventils in dem Druckbehälter zum
Aufbau eines Luftdrucks führen,
der einen Druck-Schwellenwert überschreitet,
bei dem der Luftdruck bestrebt ist, das Sicherheitsventil in die Schließstellung
umzuschalten.
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Das
bedeutet, dass mit anstehendem Luftdruck vom Steuerventil und damit
geöffnetem
Farbventil ständig
Luft in einem Druckbehälter
gesammelt wird, und dass jeweils dann, wenn sich in dem Sammelbehälter ein
bestimmter Druck aufgebaut hat, das Sicherheitsventil aus der geöffneten
in die Schließstellung
umgeschaltet wird. Wann dies geschieht, kann beispielsweise durch
eine Drosselstelle in der Zufuhrleitung zum Druckbehälter bestimmt
werden, die das Ansammeln von Druckluft im Druckbehälter verzögern hilft
oder durch die Wahl der Behältergröße.
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Der
vom Steuerventil kommende Luftdruck wird bei Normalbetrieb verwendet
zum Verschieben des Ventilkörpers
des Sicherheitsventils in die geöffnete
Stellung. In die geschlossene Stellung wirkt eine Druckfeder, deren
Druckkraft jedoch etwas geringer ist als die Kraft des genannten
Steuerdrucks aus der Leitung. Erst wenn zusätzlich der aus dem Druckbehälter kommende
Luftdruck auf den Ventilkörper
in Richtung Schließstellung
einwirkt, wird das Ventil durch die Feder und den letzteren Druck
in die Schließstellung
umgeschaltet.
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Wenn
das Steuerventil ordnungsgemäß arbeitet,
d. h., periodisch öffnet
und schließt,
wird zwar bei jeder Öffnungsphase
ein gewisser Luftdruck in dem Druckbehälter aufgebaut. Beim Abschalten
des Steuerdruckes wird jedoch ein Schnellentlüftungsventil an dem Druckbehälter geöffnet, so
dass der angesammelte Luftdruck immer wieder abgebaut wird und die
Druckaufnahme mit der nächsten Öffnungsphase
des Steuerventils erneut beginnt.
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Wenn
andererseits das Steuerventil defekt ist und ständig geöffnet bleibt, wird dem Druckbehälter über einen
längeren
Zeitraum Druckluft zugeführt. Da
der Steuerdruck ständig
ansteigt, kann das Schnellentlüftungsventil
des Druckbehälters
nicht geöffnet
werden.
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Der
Druck im Druckbehälter
baut sich immer mehr auf, bis er im Zusammenwirken mit der Feder ausreicht,
das Sicherheitsventil zu schließen.
Das Sicherheitsventil verbleibt in dieser Stellung. Die Farbzufuhr
wird unterbrochen.
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Das
Sicherheitsventil ist vorzugsweise ein 3/2-Wegeventil mit einem
Ein- und Auslaß für die Herstellung
der Verbindung vom Steuerventil zum Farbventil sowie einem weiteren
Auslaß,
der in der Schließstellung
mit dem Farbventil verbunden ist und das Abbauen des dort vorhandenen
Druckes und damit das Schließen
des Farbventils ermöglicht.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung
erläutert.
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1 ist
ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils in der
Normalstellung;
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2 zeigt
das Schaltbild in einer Stellung, in der die Farbabgabe aufgrund
einer Störung
unterbrochen ist.
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In 1 ist
ein Steuerventil mit 10 bezeichnet. Dieses pneumatische
Steuerventil ist über
eine Leitung 12 mit einem Farbbehälter 14 verbunden,
der ein nicht dargestelltes Farbauslaßventil aufweist. Der Farbbehälter 14 kann
gebildet werden durch eine Kartusche oder auch ein größeres Farbgebinde. Farbkartuschen
können
beispielsweise einen Kolben enthalten, der zur Farbabgabe mit Druckluft
beaufschlagt wird und auf diese Weise Farbe durch ein sich selbsttätig öffnendes
Ventil der Kartusche austreten läßt. Es gibt
aber auch unterschiedliche Systeme mit Farbabgabeventilen, die direkt
durch Druckluft geschaltet werden können. Auf die Art der Farbabgabe
kommt es hier nicht an. Die Bezugsziffer 16 soll sich auf
ein Farbventil beliebiger Art beziehen, das nur insoweit näher zu definieren
ist, als es durch Druckluft direkt oder indirekt geöffnet werden
kann und ohne Druckluftzufuhr in die Schließstellung zurückkehrt.
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Üblicherweise
gibt das Steuerventil in vorgegebenen Intervallen oder bei Bedarf
Druckluft-Impulse zur Öffnung
des Farbventils ab.
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Störungen von
Steuerorganen, wie etwa im vorliegenden Fall des Steuerventils 10 sind
nie vollständig
auszuschließen.
Wenn das Steuerventil 10 in der geschlossenen Stellung
stehenbleibt, gelangen keine Druckimpulse an das Farbventil 16,
und es wird keine Farbe in die Farbwanne abgegeben. Dies wird in
der Regel eine Unterbrechung des Druckprozesses erforderlich machen,
der anschließend
neu anlaufen muß.
Derartige Unterbrechungen sind naturgemäß äußerst nachteilig, aber wesentlich
unangenehmer ist der umgekehrte Fall, dass nämlich das Steuerventil 10 in
der geöffneten
Stellung stehenbleibt und auf diese Weise ständig weiter Farbe durch das
Farbventil 16 abgegeben wird, bis die Farbwanne überläuft und
sich die Farbe an und in der Umgebung der Druckmaschine verbreitet.
Dies führt nicht
nur zu einem Verlust der Druckfarbe, sondern vor allem zu einer
außerordentlich
lästigen
Verschmutzung der Druckmaschine und der gesamten Umgebung der Druckmaschine.
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Die
vorliegende Erfindung sieht daher ein Sicherheitsventil 18 vor,
durch das ohne elektronische Sicherheitssteuerung, also auf rein
pneumatischem Wege gewährleistet
werden kann, dass das Farbventil 16 auch bei einer Störung des
Steuerventils 10 geschlossen wird und ein Überlaufen
einer nachgeschalteten Farbwanne vermieden werden kann. Das Sicherheitsventil 18 umfaßt im Kern
ein 3/2-Wegeventil 20, das in die Leitung 12 eingeschaltet
ist, Das 3/2-Wegeventil weist einen nach rechts und links in 1 hin-
und hergehend beweglichen Ventilkörper auf, der einen Ventilkörperabschnitt 22 und
einen Ventilkörperabschnitt 24 aufweist,
die die geöffnete und
geschlossene Stellung bilden. In der geschlossenen Stellung ist
der stromabwärtige
Bereich der Leitung 12, der zum Farbventil 16 führt, mit
einem Auslaß 26 verbunden,
der den Druckabbau am Farbventil 16 und damit die Schließung des
Farbventils ermöglicht.
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Solange
der Steuerdruck des Steuerventils 10 in der Leitung 12 anliegt,
wird dieser Steuerdruck über
eine Steuerleitung 28 zur rechten Seite des Ventilkörpers des
Sicherheitsventils 20, bezogen auf 1, geführt, so
dass der Ventilkörper
in der geöffneten,
in 1 gezeigten Stellung gehalten wird.
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Solange
der Steuerdruck vom Steuerventil 10 in der Leitung 12 anliegt,
gelangt dieser auch als Steuerdruck über eine nach links in 1 gerichtete Steuerleitung 30,
in der sich eine Drosselstelle 32 befindet, zur anderen
Seite des Ventil körpers
links in 1, in der der dort eintreffende Druck den Ventilkörper in
Richtung Schließstellung
zu verschieben bestrebt ist. Wegen der Drosselstelle 32 erfolgt
der Druckaufbau hier jedoch nur sehr langsam, während auf der gegenüberliegenden
Seite keine Drosseleinrichtung existiert, so dass der Ventilkörper zunächst in
der in 1 gezeigten Stellung verbleibt.
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Ist
das Steuerventil 10 über
längere
Zeit geöffnet,
und verbleibt dementsprechend das Farbventil 16 ebenfalls
in der geöffneten
Stellung, kann die nicht dargestellte Farbwanne überlaufen. Solange Druckluft
in der Leitung 12 anliegt, gelangt diese kontinuierlich über die
Leitung 30 und die Drosselstelle 32 über eine
nicht bezeichnete Kammer, von der ein Schnellentlüftungsventil 34 ausgeht,
und eine weitere Leitung 36 in einen Druckbehälter 37.
In dem Druckbehälter 37 wird
nach und nach ein zunehmender Luftdruck aufgebaut. Da in der Kammer
der Luftdruck des Steuerventils 10 bestehenbleibt, wird
das Schnellentlüftungsventil
nicht geöffnet.
Vielmehr öffnet
das Schnellentlüftungsventil,
das über
eine nicht bezeichnete Steuerleitung mit dem Druckbehälter 37 verbunden
ist, nur dann, wenn in dem Druckbehälter ein gewisser Druck vorhanden
ist, während
die Zufuhrleitung zu dem Druckbehälter im wesentlichen drucklos
ist.
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Wenn
das Steuerventil 10 im Fall einer Störung dauerhaft offen bleibt,
verbleibt die Steuerleitung 30 mit der Drosselstelle 32 und
dem anschließenden
Leitungssystem zum Druckbehälter
ständig unter
Druck. Dieser Druck wird, gedrosselt durch die Drosselstelle 32,
im Druckbehälter 37 angesammelt, bis
er ausreicht, im Zusammenwirken mit einer Druckfeder 38 das
Sicherheitsventil in die Schließstellung
gemäß 2 umzuschalten.
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Da
in dieser Schließstellung
die Verbindung vom Steuerventil 10 zum Farbventil 16 unterbrochen wird,
ist das Farbventil 16 geschlossen.
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Das
erwähnte,
vor dem Druckbehälter 37 liegende
Schnellentlüftungsventil 34 ist
in 1 und 2 in einer Stellung gezeigt,
in der eine nicht bezeichnete Ventilkugel vor einem auf der linken
Seite befindlichen Sitz liegt und einen Auslaß 40 verschließt. Wenn
bei normalem Betrieb der Luftdruck in der Leitung 12 abgebaut
wird, fällt
der Luftdruck auch in der gesamten Zufuhrleitung zu dem Druckbehälter 37 ab.
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In
dieser Situation ist der Druck im Druckbehälter höher als der Druck in dem Zufuhrleistungssystem.
Daher bewirkt der höhere
Luftdruck im Druckbehälter 37 über eine
Steuerleitung 42, dass die Ventilkugel des Schnellentlüftungsventils
von dem auf der linken Seite befindlichen Sitz abgehoben wird. Auf diese
Weise kann der Druck im Druckbehälter 37 sehr
rasch abgebaut werden. Dies geschieht bei normalem Betrieb und in
intaktem Steuerventil 10 jeweils in den Phasen, in denen
das Steuerventil 10 geschlossen wird. Wenn das Steuerventil 10 geöffnet wird
und der Druck in die Leitung 12 zurückkehrt, baut sich auch der
Druck wieder in dem Druckbehälter 37 auf.
Dies beginnt jedoch bei jeder Öffnungsphase
des Steuerventils 10 von vorne. Daraus ergibt sich, dass
im Druckbehälter
erst dann ein relevanter Schwellenwert erreicht wird, der zur Schließung des Sicherheitsventils
führen
kann, wenn die Öffnungszeit
des Steuerventils 10 eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet.
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Erst
in diesem Falle, also im Störungsfalle hält die Luftzufuhr
zu dem Druckbehälter über einen längeren Zeitraum
an. Jetzt kann sich im Druckbehälter
ein Druck aufbauen, der ausreicht, um zusammen mit der Druckfeder 38 das
Sicherheitsventil zu schließen.
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Dieses
erfindungsgemäße System
stellt gewissermaßen
ein rein pneumatisches Zeitglied dar. Es ist mit relativ einfachen
Maßnahmen
möglich,
die Öffnungs- und Schließseiten
des Farbventils 16 zu variieren. Wenn beispielsweise die
Durchlaßfläche der
Drosselstelle 32 verändert
wird, verändert
sich die Zeit, die benötigt
wird, den Druckbehälter 37 mit einer
ausreichenden Druckluftmenge zu füllen, um das Sicherheitsventil
in die Schließstellung
zu bringen. Andererseits können
auch Drosselstellen vorgesehen werden, die die Zeit bestimmen, die
benötigt wird
zum Ablassen des Druckes aus dem Druckbehälter 37. Je länger dieser
Druck im wesentlichen gehalten wird, desto langer verbleibt der
Ventilkörper des
Sicherheitsventils 20 in der Schließstellung gemäß 2.