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DE102023107939A1 - Valve for the safety-related control of a pneumatic drive - Google Patents

Valve for the safety-related control of a pneumatic drive Download PDF

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DE102023107939A1
DE102023107939A1 DE102023107939.5A DE102023107939A DE102023107939A1 DE 102023107939 A1 DE102023107939 A1 DE 102023107939A1 DE 102023107939 A DE102023107939 A DE 102023107939A DE 102023107939 A1 DE102023107939 A1 DE 102023107939A1
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Germany
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valve
bore
functional position
section
designed
Prior art date
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German (de)
Inventor
Hans-Peter Jäger
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Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (1) zur sicherheitsgerichteten Ansteuerung eines Pneumatikantriebs, mit einem Ventilgehäuse (2), in dem eine längs einer Bohrungsachse (7) erstreckte Steuerbohrung (6) ausgebildet ist, in der ein Ventilglied (8) längs der Bohrungsachse (7) linearbeweglich zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung aufgenommen ist, das einen als Arbeitskolben (23) ausgebildeten und in einem ersten Bohrungsabschnitt (15) der Steuerbohrung (6) abdichtend aufgenommenen ersten Endabschnitt (21) aufweist und das einen als Ventilschieber (24) ausgebildeten und in einem zweiten Bohrungsabschnitt (16) der Steuerbohrung (6) aufgenommenen zweiten Endabschnitt (22) aufweist, wobei der Arbeitskolben (23) mit einer im ersten Bohrungsabschnitt (15) aufgenommenen Abschlussbuchse (10) einen größenvariablen Arbeitsraum (77) begrenzt, wobei der Ventilschieber (24) in der ersten Funktionsstellung einen Fluidkanal (14), der zwischen einem ersten Fluidanschluss (31) am Ventilgehäuse (2) und einem zweiten Fluidanschluss (32) am Ventilgehäuse (2) erstreckt ist und der den zweiten Bohrungsabschnitt (16) mit umfasst, blockiert und in der zweiten Funktionsstellung freigibt, sowie mit einer Einstelleinrichtung (9), die für eine Einleitung einer linearen Einstellbewegung auf das Ventilglied (8) längs der Bohrungsachse (8) und zur zeitweiligen Festlegung des Ventilglieds (8) in der zweiten Funktionsstellung ausgebildet ist

Figure DE102023107939A1_0000
The invention relates to a valve (1) for the safety-related control of a pneumatic drive, with a valve housing (2) in which a control bore (6) extending along a bore axis (7) is formed, in which a valve member (8) is accommodated along the bore axis (7) so as to be linearly movable between a first functional position and a second functional position, which has a first end section (21) designed as a working piston (23) and sealingly received in a first bore section (15) of the control bore (6), and which has a second end section (22) designed as a valve slide (24) and received in a second bore section (16) of the control bore (6), wherein the working piston (23) delimits a variable-size working space (77) with a closure bushing (10) accommodated in the first bore section (15), wherein the valve slide (24) in the first functional position has a fluid channel (14) which extends between a first fluid connection (31) on the valve housing (2) and a second fluid connection (32) on the valve housing (2) and which also includes the second bore section (16), blocks it and releases it in the second functional position, and with an adjustment device (9) which is designed to initiate a linear adjustment movement on the valve member (8) along the bore axis (8) and to temporarily fix the valve member (8) in the second functional position
Figure DE102023107939A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur sicherheitsgerichteten Ansteuerung eines Pneumatikantriebs, mit einem Ventilgehäuse, in dem eine längs einer Bohrungsachse erstreckte Steuerbohrung ausgebildet ist, in der ein Ventilglied längs der Bohrungsachse linearbeweglich zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung aufgenommen ist, das einen als Arbeitskolben ausgebildeten und in einem ersten Bohrungsabschnitt der Steuerbohrung abdichtend aufgenommenen ersten Endabschnitt aufweist und das einen als Ventilschieber ausgebildeten und in einem zweiten Bohrungsabschnitt der Steuerbohrung aufgenommenen zweiten Endabschnitt aufweist, wobei der Arbeitskolben mit einer im ersten Bohrungsabschnitt aufgenommenen Abschlussbuchse einen größenvariablen Arbeitsraum begrenzt, wobei der Ventilschieber in der ersten Funktionsstellung einen Fluidkanal, der zwischen einem ersten Fluidanschluss am Ventilgehäuse und einem zweiten Fluidanschluss am Ventilgehäuse erstreckt ist und der den zweiten Bohrungsabschnitt mit umfasst, blockiert und in der zweiten Funktionsstellung freigibt.The invention relates to a valve for the safety-related control of a pneumatic drive, with a valve housing in which a control bore extending along a bore axis is formed, in which a valve member is accommodated so as to be linearly movable along the bore axis between a first functional position and a second functional position, which has a first end section designed as a working piston and sealingly received in a first bore section of the control bore and which has a second end section designed as a valve slide and received in a second bore section of the control bore, wherein the working piston delimits a variable-sized working space with an end bushing received in the first bore section, wherein the valve slide blocks a fluid channel in the first functional position which extends between a first fluid connection on the valve housing and a second fluid connection on the valve housing and which also includes the second bore section, and releases it in the second functional position.

Grundsätzlich ist ein Pneumatikantrieb als Gefahrenquelle anzusehen, da mit Hilfe des Pneumatikantriebs eine Umsetzung von pneumatischer Energie in Bewegungsenergie vorgesehen ist und der Pneumatikantrieb typischerweise für eine Maschine eingesetzt wird, bei der die Bewegungsenergie für eine Positionsveränderung eine Maschinenkomponente genutzt werden soll. Da bei derartigen Bewegungen von Maschinenkomponenten eine Verletzungsgefahr für einen Benutzer bestehen kann oder durch die Bewegung, sofern sie zu einem ungünstigen Zeitpunkt stattfindet, gegebenenfalls eine Gefahr für die Maschine ausgehen kann, werden für eine pneumatische Ansteuerung von Pneumatikantrieben üblicherweise speziell dafür abgestimmte Ventile verwendet, die auch als sicherheitsgerichtete Ventil bezeichnet werden. Diese sicherheitsgerichteten Ventile zeichnen sich zum einen durch Konstruktionsmerkmale aus, mit denen ein Auftreten von Fehlern minimiert werden soll. Andererseits sind derartige sicherheitsgerichtete Ventile häufig mit einem Sensor ausgestattet, der eine elektrische Abtastung einer Positionierung eines Ventilglieds, das zur Steuerung eines Fluidstroms durch das Ventil verwendet wird, ermöglicht. Beispielhaft ist ein sicherheitsgerichtetes Ventil derart ausgelegt, dass bei Ausfall einer elektrischen oder pneumatischen Versorgungsenergie, die zur Ansteuerung des Ventils verwendet wird, eine eigenständige Überführung des Ventils in einen gesperrten Zustand erfolgt, ohne dass hierzu eine Bereitstellung von Versorgungsenergie erforderlich wäre, wobei in dem gesperrten Zustand sowohl ein Zustrom von pneumatischer Energie an den Pneumatikantrieb als auch ein Abstrom von pneumatischer Energie von de Pneumatikantrieb unterbunden ist.In principle, a pneumatic drive is to be regarded as a source of danger because the pneumatic drive is designed to convert pneumatic energy into kinetic energy and the pneumatic drive is typically used for a machine in which the kinetic energy is to be used to change the position of a machine component. Since such movements of machine components can pose a risk of injury to a user or, if the movement takes place at an inopportune time, can potentially pose a danger to the machine, specially designed valves are usually used for pneumatic control of pneumatic drives, which are also referred to as safety-related valves. On the one hand, these safety-related valves are characterized by design features that are intended to minimize the occurrence of errors. On the other hand, such safety-related valves are often equipped with a sensor that enables electrical scanning of the positioning of a valve element that is used to control a fluid flow through the valve. For example, a safety-related valve is designed in such a way that if an electrical or pneumatic supply energy used to control the valve fails, the valve is automatically transferred to a locked state without the need for supply energy to be provided, whereby in the locked state both an inflow of pneumatic energy to the pneumatic drive and an outflow of pneumatic energy from the pneumatic drive are prevented.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil zur sicherheitsgerichteten Ansteuerung eines Pneumatikantriebs bereitzustellen, das zusätzlich dazu genutzt werden kann, den Pneumatikantrieb durch manuelle Ansteuerung energielos zu machen.The object of the invention is to provide a valve for the safety-related control of a pneumatic drive, which can additionally be used to de-energize the pneumatic drive by manual control.

Diese Aufgabe wird für ein Ventil der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass das Ventil eine Einstelleinrichtung aufweist, die für eine Einleitung einer linearen Einstellbewegung auf das Ventilglied längs der Bohrungsachse und zur zeitweiligen Festlegung des Ventilglieds in der zweiten Funktionsstellung ausgebildet ist.This object is achieved for a valve of the type mentioned at the outset with the features of claim 1. It is provided that the valve has an adjustment device which is designed to initiate a linear adjustment movement on the valve member along the bore axis and to temporarily fix the valve member in the second functional position.

Die Einstelleinrichtung ist dazu vorgesehen, das linearbeweglich im Ventil aufgenommene Ventilglied unabhängig von einer pneumatischen Versorgung, mit der während eines bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Ventils eine Relativbewegung des Ventilglieds zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung bewirkt wird, in die zweite Funktionsstellung zu überführen, um dadurch ein kontrolliertes Entweichen von Druckluft aus dem Pneumatikantrieb, zu dessen Ansteuerung das Ventil eingesetzt wird, zu ermöglichen und dadurch bei Bedarf einen energielosen Zustand für den Pneumatikantrieb herbeizuführen. Ein solches Vorgehen ist insbesondere dann von Interesse, wenn es aufgrund eines außergewöhnlichen Betriebszustands, beispielsweise durch Ausfall einer Druckluftversorgung für das Ventil, keine automatisierte Ansteuerung des Ventils möglich ist und der vom Ventil versorgte Pneumatikantrieb vor einer neuerlichen Inbetriebnahme zunächst in eine definierte, energielose Ausgangsstellung gebracht werden soll.The adjustment device is intended to transfer the valve element, which is accommodated in the valve in a linearly movable manner, into the second functional position independently of a pneumatic supply, which causes a relative movement of the valve element between the first functional position and the second functional position during normal use of the valve, in order to enable a controlled escape of compressed air from the pneumatic drive, which the valve is used to control, and thereby to bring about a de-energized state for the pneumatic drive if necessary. Such a procedure is of particular interest if, due to an unusual operating state, for example due to failure of a compressed air supply for the valve, automated control of the valve is not possible and the pneumatic drive supplied by the valve is to be brought into a defined, de-energized starting position before being put into operation again.

Die Wirkungsweise der Einstelleinrichtung besteht darin, das Ventilglied rein mechanisch, vorzugsweise durch eine formschlüssig wirkende Krafteinleitung, längs der Bohrungsachse aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung zu überführen und dort so lange (zeitweilig) festzulegen, bis durch eine neuerliche Einwirkung der Einstelleinrichtung wieder eine Überführung des Ventilglieds aus der zweiten Funktionsstellung in die erste Funktionsstellung zugelassen wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einstelleinrichtung auf eine manuelle Einwirkung eines Benutzers abgestimmt ist, der beispielsweise ohne Nutzung eines Werkzeugs eine Rotationsbewegung und/oder eine Linearbewegung auf die Einstelleinrichtung ausübt und dadurch die gewünschte Funktionsstellung für das Ventilglied vorgeben kann.The adjustment device works by moving the valve member purely mechanically, preferably by means of a form-fitting force introduction, along the bore axis from the first functional position to the second functional position and fixing it there (temporarily) until a renewed action of the adjustment device allows the valve member to be moved from the second functional position to the first functional position. Preferably, the adjustment device is adapted to manual action by a user who, for example, exerts a rotational movement and/or a linear movement on the adjustment device without using a tool and can thereby specify the desired functional position for the valve member.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einstelleinrichtung unabhängig davon, ob hiermit eine Festlegung des Ventilglieds in der zweiten Funktionsstellung hervorgerufen werden soll oder ob dies nicht der Fall ist, keinen Einfluss auf ein Volumen des größenvariablen Arbeitsraums, der vom Arbeitskolben, der Abschlussbuchse und der Steuerbohrung im Ventilgehäuse begrenzt wird, hat. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass ein Abstand zwischen der Abschlussbuchse und dem Arbeitskolben in der ersten Funktionsstellung gegen Null geht und eine Kraftübertragung zwischen der Einstelleinrichtung und dem Arbeitskolben über die Abschlusshülse erfolgt. In diesem Fall verbleibt der verschwindende Abstand zwischen Abschlussbuchse und Arbeitskolben auch dann, wenn mittels der Einstelleinrichtung die Überführung des Ventilglieds aus der ersten in die zweite Funktionsstellung vollzogen wird.Preferably, it is provided that the adjustment device has no influence on a volume of the variable-size working space, which is delimited by the working piston, the end sleeve and the control bore in the valve housing, regardless of whether this is intended to fix the valve member in the second functional position or not. In particular, it is assumed that a distance between the end sleeve and the working piston approaches zero in the first functional position and that force is transmitted between the adjustment device and the working piston via the end sleeve. In this case, the vanishing distance between the end sleeve and the working piston remains even when the valve member is transferred from the first to the second functional position using the adjustment device.

Demgegenüber ist bei einem normalen Betriebszustand für das Ventil vorgesehen, dass der Abstand zwischen der Abschlussbuchse und dem Arbeitskolben variabel ist und durch eine Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums eingestellt werden kann. Hierzu ist am Ventilgehäuse ein Steuerluftanschluss vorgesehen, mit dem eine Zufuhr von Druckluft oder einem anderen druckbeaufschlagten Fluid in den Arbeitsraum sowie eine Abfuhr der Druckluft oder des druckbeaufschlagten Fluids aus dem Arbeitsraum vorgenommen werden kann. Ferner ist dem Ventilglied eine Rückstelleinrichtung zugeordnet, die zur Bereitstellung einer Rückstellkraft auf das Ventilglied ausgebildet ist und die beispielsweise als Federeinrichtung, insbesondere als Wendelfeder, ausgebildet sein kann. Die Aufgabe der Rückstelleinrichtung besteht darin, das Ventilglied während des normalen Betriebszustands, bei dem keine Einflussnahme durch die Einstelleinrichtung vorgesehen ist, aus der zweiten Funktionsstellung in die erste Funktionsstellung zu überführen, sobald eine Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums ein vorgegebenes Druckniveau unterschreitet. Funktional bilden der Arbeitskolben und die Rückstelleinrichtung einen selbstrückstellenden einfachwirkenden Fluidzylinder, insbesondere einen selbstrückstellenden einfach wirkenden Druckluftzylinder.In contrast, in a normal operating state for the valve, the distance between the end sleeve and the working piston is variable and can be adjusted by pressurizing the working chamber. For this purpose, a control air connection is provided on the valve housing, with which compressed air or another pressurized fluid can be supplied to the working chamber and the compressed air or pressurized fluid can be discharged from the working chamber. Furthermore, the valve member is assigned a reset device which is designed to provide a reset force on the valve member and which can be designed, for example, as a spring device, in particular as a helical spring. The task of the reset device is to transfer the valve member from the second functional position to the first functional position during the normal operating state, in which no influence is provided by the adjustment device, as soon as the pressurization of the working chamber falls below a predetermined pressure level. Functionally, the working piston and the return device form a self-resetting single-acting fluid cylinder, in particular a self-resetting single-acting pneumatic cylinder.

Die im Ventilgehäuse ausgebildete Steuerbohrung bildet mit dem zweiten Bohrungsabschnitt abschnittsweise einen Bestandteil eines Fluidkanals, der zwischen einem ersten Fluidanschluss am Ventilgehäuse und einem zweiten Fluidanschluss am Ventilgehäuse erstreckt ist. Dabei ermöglicht der als Ventilschieber ausgebildete und in dem zweiten Bohrungsabschnitt der Steuerbohrung aufgenommene zweite Endabschnitt eine Einflussnahme auf eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem zweiten Fluidanschluss. In der ersten Funktionsstellung des Ventilglieds blockiert der Ventilschieber den Fluidkanal und in der der zweiten Funktionsstellung das Ventilglieds gibt der Ventilschieber den Fluidkanal frei.The control bore formed in the valve housing forms, together with the second bore section, a part of a fluid channel that extends between a first fluid connection on the valve housing and a second fluid connection on the valve housing. The second end section, which is designed as a valve slide and accommodated in the second bore section of the control bore, enables an influence on a fluidly communicating connection between the first fluid connection and the second fluid connection. In the first functional position of the valve member, the valve slide blocks the fluid channel and in the second functional position of the valve member, the valve slide releases the fluid channel.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the subclaims.

Zweckmäßig ist es, wenn die Abschlussbuchse linearbeweglich und abdichtend in dem ersten Bohrungsabschnitt aufgenommen ist und wenn die Einstelleinrichtung für eine lineare Verlagerung der Abschlussbuchse ausgebildet ist. Die Abschlussbuchse nimmt somit eine Doppelfunktion wahr, sie dient einerseits zur Begrenzung des Arbeitsraums, der von einer Innenoberfläche des ersten Bohrungsabschnitts der Steuerbohrung und von dem am Ventilglied ausgebildeten Arbeitskolben bestimmt wird. Hierzu ist beispielhaft vorgesehen, dass ein Querschnitt der Abschlussbuchse geometrisch ähnlich zu einem Querschnitt der Steuerbohrung in einer quer zur Bohrungsachse ausgerichteten Querschnittsebene ist, wobei die beiden Querschnitte derart aneinander angepasst sind, dass lediglich ein geringfügiger Bewegungspalt zwischen der Abschlussbuchse und der Innenoberfläche der Steuerbohrung verbleibt, der insbesondere durch eine umlaufende Dichtung, die an der Außenoberfläche der Abschlussbuchse angeordnet ist, abgedichtet wird.It is expedient if the end bushing is accommodated in the first bore section in a linearly movable and sealing manner and if the adjustment device is designed for a linear displacement of the end bushing. The end bushing thus performs a dual function: on the one hand, it serves to limit the working space, which is determined by an inner surface of the first bore section of the control bore and by the working piston formed on the valve member. For this purpose, it is provided, for example, that a cross-section of the end bushing is geometrically similar to a cross-section of the control bore in a cross-sectional plane aligned transversely to the bore axis, wherein the two cross-sections are adapted to one another in such a way that only a slight movement gap remains between the end bushing and the inner surface of the control bore, which is sealed in particular by a circumferential seal arranged on the outer surface of the end bushing.

Andererseits dient die Abschlussbuchse als mechanisches Kraftübertragungsglied zwischen der Einstelleinrichtung und dem Ventilglied, sofern mit Hilfe der Einstelleinrichtung eine Überführung des Ventilglieds aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung vorgenommen werden soll. Hierbei dient die Abschlussbuchse als axial wirksames Verbindungselement zur formschlüssigen Bewegungsübertragung zwischen der Einstelleinrichtung und dem Ventilglied. Vorzugsweise ist ausschließlich eine Übertragung von Druckkräften zwischen der Abschlussbuchse und dem Ventilglied vorgesehen.On the other hand, the end bushing serves as a mechanical force transmission element between the adjustment device and the valve element, provided that the valve element is to be transferred from the first functional position to the second functional position with the aid of the adjustment device. In this case, the end bushing serves as an axially effective connecting element for the positive transmission of movement between the adjustment device and the valve element. Preferably, only a transmission of pressure forces between the end bushing and the valve element is provided.

Vorteilhaft ist es, wenn die Einstelleinrichtung einen Gewindeabschnitt aufweist, der auf ein korrespondierend ausgebildetes Gewindeteil am Ventilgehäuse aufgeschraubt ist und dass die Einstelleinrichtung an einem linearbeweglich oder linearbeweglich und drehfest in dem ersten Bohrungsabschnitt aufgenommenen Koppelelement abgestützt ist, das an einer axialen Stirnfläche der Abschlussbuchse aufliegt. Die Wechselwirkung zwischen dem Gewindeabschnitt der Einstelleinrichtung und dem Gewindeteil am Ventilgehäuse ermöglicht eine Umsetzung einer Rotationsbewegung, die beispielsweise von einem Benutzer manuell und vorzugsweise werkzeuglose auf die Einstelleinrichtung eingeleitet wird, in eine Translationsbewegung, die für die Überführung der Abschlusshülse und des Ventilglieds aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung benötigt wird. Durch geeignete Auswahl der Gewindesteigung für die Gewindeverbindung zwischen der Einstelleinrichtung und dem Ventilgehäuse wird eine Selbsthemmung für die Einstelleinrichtung erzielt, sodass auf das Ventilglied einwirkende Rückstellkräfte nicht zu einer unerwünschten Verlagerung des Ventilglieds aus der zweiten Funktionsstellung in die erste Funktionsstellung führen. Vorteilhaft ist es, wenn die Einstelleinrichtung in der Art einer kreiszylindrischen Hülse ausgebildet ist, die mit einem Innengewinde versehen ist und wenn das Ventilgehäuse mit einem korrespondierenden Außengewinde ausgerüstet ist.It is advantageous if the adjustment device has a threaded section which is screwed onto a correspondingly designed threaded part on the valve housing and that the adjustment device is supported on a coupling element which is linearly movable or linearly movable and rotationally fixed in the first bore section and which rests on an axial end face of the end bush. The interaction between the threaded section of the adjustment device and the threaded part on the valve housing enables a rotational movement, which is introduced manually and preferably without tools by a user on the adjustment device, to be converted into a translational movement which is used for the transfer of the end sleeve and the valve member from the first functional position to the second functional position is required. By selecting the appropriate thread pitch for the threaded connection between the adjustment device and the valve housing, a self-locking effect is achieved for the adjustment device, so that restoring forces acting on the valve member do not lead to an undesired displacement of the valve member from the second functional position to the first functional position. It is advantageous if the adjustment device is designed in the form of a circular cylindrical sleeve which is provided with an internal thread and if the valve housing is equipped with a corresponding external thread.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abschlussbuchse eine als Sackloch, insbesondere kreiszylindrisch, ausgebildete und längs der Bohrungsachse erstreckte Ausnehmung aufweist, in der ein Sensor, der zur Erfassung einer axialen Position des Ventilglieds ausgebildet ist und der ortsfest am Ventilgehäuse aufgenommen ist, bereichsweise aufgenommen ist. Die Ausnehmung ermöglicht es, den Sensor in der ersten Funktionsstellung des Ventilglieds möglichst nahe gegenüber dem Arbeitskolben anzuordnen, sodass bei einer Überführung des Ventilglieds in die zweite Funktionsstellung ein möglichst große Betrags unterschied für ein vom Sensor bereitgestelltes elektrisches Sensorsignal bewirkt werden kann. Die ortsfeste Anbringung des Sensors am Ventilgehäuse ist vorgesehen, damit auch eine Verlagerung des Ventilglieds durch Einwirkung der Einstelleinrichtung, die mit einer linearen Verlagerung der Abschlussbuchse einhergeht, zuverlässig detektiert werden kann. Die Aufgabe des Sensors besteht darin, sowohl während eines normalen Betriebs des Ventils als auch für den Fall einer Verwendung der Einstelleinrichtung die Position des Ventilglieds zu überwachen und ein dementsprechendes elektrisches Sensorsignal an eine übergeordnete Steuereinrichtung, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, bereitzustellen. Der Sensor ermöglicht insbesondere eine Funktionsüberwachung für das Ventil, da anhand der des Ventilglieds ermittelt werden kann, ob ein Fluidstrom durch den Fluidkanal des Ventils blockiert oder freigegeben ist. Anhand dieser Information kann ein Abgleich mit einem Steuersignal, das zur Ansteuerung des Ventils, insbesondere zur Ansteuerung eines dem Ventil pneumatisch vorgelagerten Vorsteuerventils, genutzt wird, vorgenommen werden und daraus einen Rückschluss gezogen werden, ob das Ventil ordnungsgemäß funktioniert oder möglicherweise aufgrund eines internen Defekts oder einer fehlenden Druckluftversorgung zu Durchführung des Schaltvorgangs ein vom bereitgestellten Steuersignal abweichendes Verhalten zeigt.It is preferably provided that the end bushing has a recess designed as a blind hole, in particular circular cylindrical, and extending along the bore axis, in which a sensor that is designed to detect an axial position of the valve member and that is fixedly mounted on the valve housing is partially accommodated. The recess makes it possible to arrange the sensor in the first functional position of the valve member as close as possible to the working piston, so that when the valve member is transferred to the second functional position, the greatest possible difference in magnitude can be achieved for an electrical sensor signal provided by the sensor. The fixed mounting of the sensor on the valve housing is provided so that a displacement of the valve member due to the action of the adjustment device, which is accompanied by a linear displacement of the end bushing, can also be reliably detected. The task of the sensor is to monitor the position of the valve element both during normal operation of the valve and when the adjustment device is used, and to provide a corresponding electrical sensor signal to a higher-level control device, for example a programmable logic controller. The sensor enables function monitoring for the valve in particular, since the valve element can be used to determine whether a fluid flow through the fluid channel of the valve is blocked or released. This information can be used to compare it with a control signal that is used to control the valve, in particular to control a pilot valve pneumatically upstream of the valve, and to draw a conclusion as to whether the valve is functioning properly or whether it is displaying behavior that deviates from the control signal provided, possibly due to an internal defect or a lack of compressed air supply to carry out the switching process.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor für eine, insbesondere induktive oder kapazitive oder optische oder magnetische, Erfassung eines Abstands zu einer axialen Stirnfläche des Ventilglieds ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Sensor für eine kontaktlose Positionsermittlung ausgebildet, wobei das Material der Abschlussbuchse auf das zum Einsatz kommende Messverfahren des Sensors abgestimmt sein muss. Bevorzugt ist die Abschlussbuchse aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, sodass die Abstandserfassung wahlweise auf induktiver oder kapazitiver oder magnetischer Basis durchgeführt werden kann.In one embodiment of the invention, it is provided that the sensor is designed for a, in particular inductive or capacitive or optical or magnetic, detection of a distance to an axial end face of the valve member. The sensor is particularly preferably designed for contactless position determination, whereby the material of the end sleeve must be matched to the measuring method used by the sensor. The end sleeve is preferably made of a plastic material, so that the distance detection can be carried out optionally on an inductive or capacitive or magnetic basis.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Fluidanschluss eine quer zur Bohrungsachse der Steuerbohrung ausgerichtete Anschlussbohrung umfasst und dass der zweite Fluidanschluss von einer Mündungsöffnung des zweiten Bohrungsabschnitts gebildet wird, wobei der zweite Bohrungsabschnitt benachbart zum ersten Fluidanschluss einen koaxial zur Bohrungsachse ausgerichteten Ventilbereich und einen axial daran angrenzenden Strömungsbereich aufweist, wobei der Ventilbereich einen geringeren Querschnitt als der Strömungsbereich aufweist. Die Aufgabe des Ventils besteht darin, einen Pneumatikantrieb anzusteuern und hierbei sowohl eine Bereitstellung eines druckbeaufschlagten Fluids an den Pneumatikantrieb als auch eine Abfuhr von druckbeaufschlagtem Fluid vom Pneumatikantrieb zu gewährleisten. Hierzu umfasst das Ventil einen ersten Fluidanschluss, der beispielsweise einen Belüftungszweig sowie einen Entlüftungszweig aufweisen kann, wobei der Belüftungszweig mit einer Druckluftquelle verbunden ist und der Entlüftungszweig für eine Druckluftabfuhr in die Umgebung ausgebildet ist. Beispielhaft werden der Belüftungszweig und der Entlüftungszweig zu einem gemeinsamen Abschnitt des Fluidkanals zusammengeführt und erstrecken sich als Anschlussbohrung quer in einem rechten Winkel zur Steuerbohrung im Ventilgehäuse.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first fluid connection comprises a connection bore aligned transversely to the bore axis of the control bore and that the second fluid connection is formed by an opening of the second bore section, wherein the second bore section adjacent to the first fluid connection has a valve region aligned coaxially to the bore axis and a flow region axially adjacent thereto, wherein the valve region has a smaller cross-section than the flow region. The task of the valve is to control a pneumatic drive and in doing so to ensure both the provision of a pressurized fluid to the pneumatic drive and the removal of pressurized fluid from the pneumatic drive. For this purpose, the valve comprises a first fluid connection, which can, for example, have a ventilation branch and a venting branch, wherein the ventilation branch is connected to a compressed air source and the venting branch is designed to discharge compressed air into the environment. For example, the ventilation branch and the venting branch are combined to form a common section of the fluid channel and extend as a connection bore transversely at a right angle to the control bore in the valve housing.

Ausgehend vom ersten Fluidanschluss erstreckt sich ein Fluidkanal bis zu einem zweiten Fluidanschluss, der beispielsweise als Gewindestutzen für eine unmittelbare Anbringung des Ventils an einem Arbeitsanschluss des Pneumatikantriebs ausgebildet sein kann. Der Fluidkanal wird zumindest bereichsweise durch die Steuerbohrung im Ventilgehäuse gebildet, wobei der entsprechende Abschnitt des Fluidkanals auch als zweiter Bohrungsabschnitt bezeichnet wird. Dieser zweite Bohrungsabschnitt ist in einen koaxial zur Bohrungsachse ausgerichteten Ventilbereich und einen axial daran angrenzenden Strömungsbereich unterteilt, wobei das Ventilglied mit seinem zweiten Endbereich, der als Ventilschieber ausgebildet ist, in der ersten Funktionsstellung abdichtend im Ventilbereich aufgenommen ist und damit den Fluidkanal blockiert. In der zweiten Funktionsstellung ist der Ventilschieber außerhalb des Ventilbereichs angeordnet, sodass ein gegenüber dem Ventilschieber verjüngte Abschnitt des Ventilglieds den Ventilbereich durchsetzt und damit eine Fluidströmung zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem zweiten Fluidanschluss ermöglicht.Starting from the first fluid connection, a fluid channel extends to a second fluid connection, which can be designed, for example, as a threaded connector for direct attachment of the valve to a working connection of the pneumatic drive. The fluid channel is formed at least in part by the control bore in the valve housing, whereby the corresponding section of the fluid channel is also referred to as the second bore section. This second bore section is divided into a valve area aligned coaxially to the bore axis and a flow area axially adjacent to it, whereby the valve member with its second end area, which is designed as a valve slide, in the first functional position is sealingly received in the valve area and thus blocks the fluid channel. In the second functional position, the valve slide is arranged outside the valve area, so that a section of the valve member that is tapered compared to the valve slide passes through the valve area and thus enables fluid flow between the first fluid connection and the second fluid connection.

Zweckmäßig hierfür ist es, wenn der Ventilschieber eine Radialdichtung aufweist, die in der ersten Funktionsstellung in dem Ventilbereich angeordnet und für eine abdichtende Anlage an einer Innenoberfläche des Ventilbereichs ausgebildet ist und die in der zweiten Funktionsstellung in dem Strömungsbereich angeordnet ist, um den Fluidkanal freizugeben. Bevorzugt ist die Radialdichtung als O-Ring ausgebildet und in einer umlaufenden Nut, die in die Außenoberfläche des Ventilschiebers eingebracht ist, angeordnet.It is expedient for this purpose if the valve slide has a radial seal which, in the first functional position, is arranged in the valve region and is designed for sealing contact with an inner surface of the valve region and which, in the second functional position, is arranged in the flow region in order to release the fluid channel. The radial seal is preferably designed as an O-ring and is arranged in a circumferential groove which is introduced into the outer surface of the valve slide.

Vorteilhaft ist es, wenn der Ventilschieber eine axial beabstandet zur Radialdichtung angeordnete Sitzdichtung aufweist, die in der ersten Funktionsstellung an einem Ventilsitz anliegt, der an einem Übergang zwischen dem Ventilbereich und dem Strömungsbereich ausgebildet ist und die in der zweiten Funktionsstellung linear beabstandet zum Ventilsitz angeordnet ist. Die Aufgabe der Sitzdichtung besteht darin, bei einem Schließvorgang des Ventils beispielsweise aufgrund der Trägheit des Pneumatikantriebs auftretende Druckschwankungen und insbesondere Druckstöße, wie sie beim schnellen Schließen des Ventils auftreten können, zumindest weitgehend von der Radialdichtung des Ventilschiebers fernzuhalten.It is advantageous if the valve slide has a seat seal arranged axially spaced from the radial seal, which in the first functional position rests against a valve seat that is formed at a transition between the valve area and the flow area and which in the second functional position is arranged linearly spaced from the valve seat. The task of the seat seal is to keep pressure fluctuations and in particular pressure surges, such as those that can occur when the valve is closed quickly, at least largely away from the radial seal of the valve slide, which occur during a valve closing process, for example due to the inertia of the pneumatic drive.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Fluidanschluss einen zwischen einem am Ventilgehäuse ausgebildeten Kupplungsbereich und der Anschlussbohrung erstreckten Anschlusskanal und einen vom Anschlusskanal abzweigenden und bis zu einer Entlüftungsöffnung erstreckten Entlüftungskanal aufweist, wobei im Anschlusskanal ein gegen die Anschlussbohrung sperrendes erstes Rückschlagventil angeordnet ist und wobei im Entlüftungskanal ein gegen die Anschlussbohrung sperrendes zweites Rückschlagventil angeordnet ist, wobei das zweite Rückschlagventil für eine manuelle Entriegelung ausgebildet ist. Bei einer Betätigung der Einstelleinrichtung, die die Überführung des Ventilglieds aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung bewirkt, tritt somit weder ein Ausströmen von Fluid vom Pneumatikantrieb in Richtung des Anschlusskanals noch in Richtung des Entlüftungskanals auf, da dort jeweils Rückschlagventil in Sperrrichtung installiert sind. Erst durch eine Entriegelung des im Entlüftungskanal angeordneten zweiten Entlüftungsventils wird die Entlüftung des Pneumatikantriebs herbeigeführt. Diese Entriegelung kann beispielsweise durch einen Benutzer manuell vorgenommen werden.It is preferably provided that the first fluid connection has a connection channel extending between a coupling region formed on the valve housing and the connection bore and a vent channel branching off from the connection channel and extending to a vent opening, wherein a first check valve blocking the connection bore is arranged in the connection channel and wherein a second check valve blocking the connection bore is arranged in the vent channel, wherein the second check valve is designed for manual unlocking. When the adjustment device is actuated, which causes the valve member to be transferred from the first functional position to the second functional position, fluid neither flows out of the pneumatic drive in the direction of the connection channel nor in the direction of the vent channel, since check valves are installed there in the blocking direction. The pneumatic drive is only vented by unlocking the second vent valve arranged in the vent channel. This unlocking can be carried out manually by a user, for example.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Entlüftungskanal eine einstellbare Drossel angeordnet ist. Mit dieser einstellbaren Drossel wird Einfluss auf eine Entlüftungsgeschwindigkeit genommen, mit der eine Entlüftung des Pneumatikantriebs erfolgt.In an advantageous embodiment of the invention, an adjustable throttle is arranged in the venting channel. This adjustable throttle influences the venting speed at which the pneumatic drive is vented.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

  • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ventils zur Ansteuerung eines Pneumatikantriebs in einer Schließstellung während eines normalen Betriebszustands,
  • 2 das Ventil gemäß der 1 in einer Öffnungsstellung während des normalen Betriebszustands, und
  • 3 das Ventil gemäß den 1 und 2 in einem Entlüftungszustand, der durch Betätigung manuell herbeigeführt werden kann.
An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing.
  • 1 a schematic sectional view of a valve for controlling a pneumatic actuator in a closed position during a normal operating state,
  • 2 the valve according to the 1 in an open position during normal operating conditions, and
  • 3 the valve according to the 1 and 2 in a venting state that can be brought about by manual operation.

Ein in den 1 bis 3 in unterschiedlichen Schaltstellungen gezeigtes Ventil 1 dient zur fluidischen Versorgung eines nicht dargestellten Pneumatikantriebs, bei dem es sich beispielsweise um einen Pneumatikzylinder handeln kann. Aufgrund seiner nachstehend näher beschriebenen Konstruktionsweise ist das Ventil 1, bei dem es sich um eine vertrackte Ausführungsform der Erfindung handelt, als sicherheitsgerichtet zu bezeichnen, da es verschiedene Einrichtungen aufweist, die einerseits eine eventuellen Fehlfunktion des Ventils 1 entgegenwirken und andererseits eine Überwachung zumindest wesentliche Funktionen des Ventils 1 ermöglichen.A in the 1 to 3 Valve 1, shown in different switching positions, serves to supply fluid to a pneumatic drive (not shown), which may be a pneumatic cylinder, for example. Due to its design described in more detail below, valve 1, which is a complicated embodiment of the invention, can be described as safety-related, since it has various devices which, on the one hand, counteract any malfunction of valve 1 and, on the other hand, enable monitoring of at least essential functions of valve 1.

Das Ventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 auf, das rein exemplarisch aus einem Anschlussblock 3 und einer Gehäusehülse 4 gebildet ist. Dabei dient der Anschlussblock 3 zum Anschluss einer nicht näher dargestellten Versorgungsleitung, die das Ventil 1 beispielsweise mit einer ebenfalls nicht dargestellten Druckluftquelle und einem zwischengeschalteten Steuerventil verbinden kann. Der Anschlussblock 3 ist mit einer Aufnahmebohrung 5 versehen, die rein exemplarisch rotationssymmetrisch zu einer Bewegungsachse 7 ausgebildet ist und die mehrere nicht näher bezeichnete, jeweils kreiszylindrische Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die durch konusabschnittsförmige Abschnitte miteinander verbunden sind. Die in der 1 erkennbare Profilierung der Aufnahmebohrung 5 ist an eine Profilierung der Außenoberfläche der Gehäusehülse 4 derart angepasst, dass die Gehäusehülse 4 gemäß der Darstellung der 1 von unten in die Aufnahmebohrung 5 eingeschoben werden kann. Dabei werden durch mehrere an der Außenoberfläche der Gehäusehülse 4 vorgesehene Dichtringe 51 bis 54 unterschiedliche Dichtungszonen 55 bis 57 gebildet, die nachstehend näher erläutert werden.The valve 1 has a valve housing 2, which is formed purely by way of example from a connection block 3 and a housing sleeve 4. The connection block 3 serves to connect a supply line (not shown in detail) which can connect the valve 1, for example, to a compressed air source (also not shown) and an intermediate control valve. The connection block 3 is provided with a receiving bore 5 which is designed purely by way of example to be rotationally symmetrical to a movement axis 7 and which has several circular cylindrical sections with different diameters (not shown in detail) which are connected to one another by conical sections. The 1 The recognizable profiling of the receiving bore 5 is adapted to a profiling of the outer surface of the housing sleeve 4 in such a way that the housing sleeve 4 according to the representation of the 1 can be inserted from below into the receiving hole 5. In this case, several holes provided on the outer surface of the housing sleeve 4 Sealing rings 51 to 54 form different sealing zones 55 to 57, which are explained in more detail below.

Die Gehäusehülse 4 ist durch eine endseitig aufgeschraubte Abschlusskappe 58 in axialer Richtung längs der Bohrungssachse 7 relativ zum Anschlussblock 3 festgelegt, wobei rein exemplarisch vorgesehen ist, dass trotz dieser axialen Festlegung eine rotatorische Relativbeweglichkeit zwischen dem Anschlussblock 3 und der Gehäusehülse 4 erhalten bleibt.The housing sleeve 4 is fixed in the axial direction along the bore axis 7 relative to the connection block 3 by an end cap 58 screwed on at the end, whereby it is provided purely by way of example that, despite this axial fixing, a rotational relative mobility between the connection block 3 and the housing sleeve 4 is maintained.

Die Gehäusehülse 4 ist ihrerseits mit einer Steuerbohrung 6 versehen, die rein exemplarisch rotationssymmetrisch koaxial zur Bohrungsachse 7 ausgebildet ist und die die Gehäusehülse 4 vollständig durchsetzt.The housing sleeve 4 is in turn provided with a control bore 6 which, purely by way of example, is rotationally symmetrical and coaxial with the bore axis 7 and which completely penetrates the housing sleeve 4.

In der Steuerbohrung 6 ist ein Ventilglied 8 linearbeweglich aufgenommen. Ferner ist in der Steuerbohrung 6 eine Abschlussbuchse 10 ebenfalls linearbeweglich aufgenommen.A valve member 8 is accommodated in the control bore 6 so as to be linearly movable. Furthermore, a closing bushing 10 is also accommodated in the control bore 6 so as to be linearly movable.

Die Steuerbohrung 6 kann in funktionaler Hinsicht in einen ersten Bohrungsabschnitt 15 und in einen zweiten Bohrungsabschnitt 16 unterteilt werden, wobei jeder der beiden Bohrungsabschnitte 15, 16 rein exemplarisch weitere, nachstehend näher beschriebene Funktionsbereiche aufweist.The control bore 6 can be divided in functional terms into a first bore section 15 and a second bore section 16, wherein each of the two bore sections 15, 16 has, purely by way of example, further functional areas described in more detail below.

Wie der Darstellung der 1 bis 3 entnommen werden kann, weist der erste Bohrungsabschnitt 15 rein exemplarisch einen konstanten Innendurchmesser und damit eine kreiszylindrisch ausgebildete Innenoberfläche 61 auf.As the representation of the 1 to 3 can be seen, the first bore section 15 has, purely as an example, a constant inner diameter and thus a circular-cylindrical inner surface 61.

Die Abschlussbuchse 10, die rein exemplarisch aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein kann, ist über nahezu ihre gesamte Längenerstreckung derart an den Innendurchmesser des ersten Bohrungsabschnitts 15 angepasst, dass die Abschlussbuchse 10 längs der Bewegungsachse 7 reibungsarm linear in der Steuerbohrung 6 bewegt werden kann. Um eine Abdichtung zwischen der Abschlussbuchse 10 und der Innenoberfläche 61 zu gewährleisten, ist in einer umlaufenden Ringnut 62 der Abschlussbuchse 10 ein rein exemplarisch als O-Ring ausgebildeter Dichtring 63 aufgenommen.The end bushing 10, which can be made purely by way of example from a plastic material, is adapted to the inner diameter of the first bore section 15 over almost its entire length in such a way that the end bushing 10 can be moved linearly in the control bore 6 along the movement axis 7 with little friction. In order to ensure a seal between the end bushing 10 and the inner surface 61, a sealing ring 63, purely by way of example designed as an O-ring, is accommodated in a circumferential annular groove 62 of the end bushing 10.

Das Ventilglied 8 kann funktional in einen Arbeitskolben 23 und einen axial daran anschließenden Ventilschieber 24 unterteilt werden. Der Arbeitskolben 23,der an einem ersten Endabschnitt 21 des Ventilglieds 8 ausgebildet ist, ist derart an den Innendurchmesser des ersten Bohrungsabschnitts 15 angepasst, dass er längs der Bewegungsachse 7 reibungsarm linear in der Steuerbohrung 6 bewegt werden kann. Um eine Abdichtung zwischen dem Arbeitskolben 23 und der Innenoberfläche 61 zu gewährleisten, ist in einer umlaufenden Ringnut 72 des Arbeitskolbens 23 ein Wellendichtring 73 aufgenommen.The valve member 8 can be functionally divided into a working piston 23 and a valve slide 24 axially connected to it. The working piston 23, which is formed on a first end section 21 of the valve member 8, is adapted to the inner diameter of the first bore section 15 in such a way that it can be moved linearly in the control bore 6 along the movement axis 7 with little friction. In order to ensure a seal between the working piston 23 and the inner surface 61, a shaft sealing ring 73 is accommodated in a circumferential annular groove 72 of the working piston 23.

Gemäß der 1, die eine erste Funktionsstellung für das Ventilglied 8 zeigt, ist eine unmittelbare Anlage einer axialen Stirnfläche 74 des Arbeitskolbens 23 an einer gegenüberliegenden Stirnfläche 64 der Abschlussbuchse 10 vorgesehen, sodass ein Abstand 100 zwischen der Abschlussbuchse 10 und dem Arbeitskolben 23 Null beträgt, also verschwindend ist.According to the 1 , which shows a first functional position for the valve member 8, a direct contact of an axial end face 74 of the working piston 23 with an opposite end face 64 of the end sleeve 10 is provided, so that a distance 100 between the end sleeve 10 and the working piston 23 is zero, i.e. is negligible.

An einer der Abschlussbuchse 10 abgewandten Unterseite 75 des Arbeitskolben 23 ist eine rein exemplarisch als Wendelfeder ausgebildete Federeinrichtung 76 abgestützt, die mit einem dem Arbeitskolben 23 entgegengesetzten Endbereich an einer kreisringförmigen Axialfläche 17 an einem unteren Ende des ersten Bohrungsabschnitts 15 anliegt. Die Federeinrichtung 76 ist für eine Bereitstellung einer Vorspannkraft auf das Ventilglied 8 ausgebildet und ist derart dimensioniert, dass sie bei Einwirkung von Druckkräften auf den Arbeitskolben 23 komprimiert werden kann, um eine axiale Verlagerung des Ventilglieds 8 längs der Bohrungsachse 7 zu ermöglichen.A spring device 76, designed purely as a coil spring, is supported on an underside 75 of the working piston 23 facing away from the end sleeve 10, which spring device rests with an end region opposite the working piston 23 on an annular axial surface 17 at a lower end of the first bore section 15. The spring device 76 is designed to provide a preload force on the valve member 8 and is dimensioned such that it can be compressed when pressure forces act on the working piston 23 in order to enable an axial displacement of the valve member 8 along the bore axis 7.

Ausgehend von der Unterseite 75 des Arbeitskolbens 23 erstreckt sich als zweiter Endabschnitt 22 des Ventilglieds 8 der Ventilschieber 24, der funktional in einen an den Arbeitskolben 23 unmittelbar angrenzenden Führungsabschnitt 81, einen sich daran anschließenden Schaftabschnitt 82, einen sich daran anschließenden Schieberabschnitt 83 sowie einen sich daran anschließenden Trägerabschnitten 84 unterteilt werden kann.Starting from the underside 75 of the working piston 23, the valve slide 24 extends as the second end section 22 of the valve member 8, which can be functionally divided into a guide section 81 immediately adjacent to the working piston 23, an adjoining shaft section 82, an adjoining slide section 83 and an adjoining carrier section 84.

Der Führungsabschnitt 81 ist auf einen Innendurchmesser eines als Ventilbereich 19 bezeichneten Bereichs des zweiten Bohrungsabschnitts 16 angepasst und gewährleistet eine in radialer Richtung spielarme Lagerung des Ventilglieds 8 in der Steuerbohrung 6. Am Übergang zwischen dem Führungsabschnitt 81 und dem Schaftabschnitt 82, der einen erheblich kleineren Durchmesser als der Führungsabschnitt 81 aufweist, ist ein Wellendichtring 85 angeordnet, der zur fluidischen Abtrennung zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 15 und dem zweiten Bohrungsabschnitt 16 dient.The guide section 81 is adapted to an inner diameter of a region of the second bore section 16 referred to as the valve region 19 and ensures that the valve member 8 is supported in the control bore 6 with little play in the radial direction. At the transition between the guide section 81 and the shaft section 82, which has a considerably smaller diameter than the guide section 81, a shaft sealing ring 85 is arranged, which serves for fluidic separation between the first bore section 15 and the second bore section 16.

Der an den Schaftabschnitt 82 angrenzende Schieberabschnitt 83 ist in gleicher Weise wie der Führungsabschnitt 81 auf den Innendurchmesser des Ventilbereichs 19 angepasst und mit einer Ringnut 86 versehen, in der eine Dichtscheibe 87 aufgenommen ist, die für eine Abdichtung zwischen dem Schiebeabschnitt 83 und dem Ventilbereich 19 ausgebildet ist.The slide section 83 adjacent to the shaft section 82 is adapted to the inner diameter of the valve region 19 in the same way as the guide section 81 and is provided with an annular groove 86 in which a sealing disk 87 is received, which is designed for sealing between the slide section 83 and the valve region 19.

Der an den Schieberabschnitt 83 angrenzende Trägerabschnitt 84 dient zur Aufnahme einer rein exemplarisch U-förmig profilierten Sitzdichtung 88, die in der ersten Funktionsstellung, wie sie in der 1 gezeigt ist, mit einer axialen Ringfläche 89 an einer ebenfalls ringförmigen Axialfläche 90 der Steuerbohrung 6 abdichtend anliegt. Die Axialfläche 90 bestimmt auch den geometrischen Übergang zwischen dem Ventilbereich 19, der einen kleineren Durchmesser aufweist, und dem Strömungsbereich 20, der einen größeren Durchmesser aufweist.The support section 84 adjacent to the slide section 83 serves to accommodate a purely exemplary U-shaped profiled seat seal 88, which in the first functional position, as shown in the 1 shown, with an axial ring surface 89 sealingly abuts against an axial surface 90, which is also ring-shaped, of the control bore 6. The axial surface 90 also determines the geometric transition between the valve region 19, which has a smaller diameter, and the flow region 20, which has a larger diameter.

Der Ventilbereich 19 sowie der Strömungsbereich 20 bestimmen zusammen mit einer Anschlussbohrung 36 bereichsweise einen Fluidkanal 14, der sich bis zu einem ersten Fluidanschluss 31 im Anschlussblock 3 sowie zu einer als zweiter Fluidanschluss 32 dienenden Mündungsöffnung der Steuerbohrung 6 erstreckt.The valve region 19 and the flow region 20, together with a connection bore 36, partially define a fluid channel 14 which extends to a first fluid connection 31 in the connection block 3 and to an opening of the control bore 6 serving as a second fluid connection 32.

An einem Übergang zwischen dem Anschlussblock 3 und der Gehäusehülse 4 ist rein exemplarisch ein umlaufender Ringkanal 33 ausgebildet, der in der unteren Dichtungszone 57 liegt und von den Dichtringen 53 und 54 begrenzt wird. In der darüberliegenden Dichtungszone 56, die von den Dichtringen 52 und 53 begrenzt wird, ist ebenfalls ein Ringkanal 34 ausgebildet, der mit einer Atmungsbohrung 35 verbunden ist, die den Anschlussblock 3 durchsetzt, wobei hierdurch ein Druckaufbau zwischen der Unterseite 75 des Arbeitskolbens 23 und dem davon begrenzten Bereich des ersten Bohrungsabschnitts 15 vermieden werden soll. Die obere Dichtungszone 55, die von den Dichtringen 51 und 52 begrenzt wird, dient mit einem zugeordneten Ringkanal 35, der durch einen Durchmesserrücksprung am Außenumfang der Abschlussbuchse 10 mit der Steuerbohrung 6 gebildet wird, zur Bereitstellung eines Arbeitsfluids, insbesondere Druckluft, in einen in der 1 aufgrund der unmittelbaren Anlage zwischen der Abschlussbuchse 10 und der Stirnfläche 74 des Arbeitskolben 23 nur undeutlich erkennbaren Arbeitsraum 77. Eine Druckluftzufuhr in den Arbeitsraum 77 erfolgt über eine Anschlussbohrung 93 im Anschlussblock 3.At a transition between the connection block 3 and the housing sleeve 4, a circumferential ring channel 33 is formed purely by way of example, which lies in the lower sealing zone 57 and is delimited by the sealing rings 53 and 54. In the sealing zone 56 above, which is delimited by the sealing rings 52 and 53, an annular channel 34 is also formed, which is connected to a breathing bore 35 that passes through the connection block 3, whereby a pressure build-up between the underside 75 of the working piston 23 and the area of the first bore section 15 delimited thereby is to be avoided. The upper sealing zone 55, which is delimited by the sealing rings 51 and 52, serves with an associated ring channel 35, which is formed by a diameter recess on the outer circumference of the end bush 10 with the control bore 6, for providing a working fluid, in particular compressed air, into a 1 Due to the direct contact between the end sleeve 10 and the front face 74 of the working piston 23, the working chamber 77 is only indistinctly visible. Compressed air is supplied to the working chamber 77 via a connection bore 93 in the connection block 3.

Eine Linearbeweglichkeit der Abschlussbuchse 10 in vertikaler Richtung nach oben (gemäß der Darstellung der 1) wird durch die Abschlusskappe 58 gewährleistet, die mit einem radial nach innen gerichteten Ringbund 59 die Abschlussbuchse 10 übergreift.A linear movement of the end bushing 10 in a vertical direction upwards (as shown in the 1 ) is ensured by the end cap 58, which overlaps the end bushing 10 with a radially inwardly directed annular collar 59.

Die dem Ventilgehäuse 2 zugehörige Abschlusskappe 58 ist ferner an einer Innenoberfläche mit einem nicht bezeichneten Gewinde versehen, mit dem sie auf den Anschlussblock aufgeschraubt ist. Die Abschlusskappe 58 weist auch an einer Außenoberfläche ein Außengewinde 60 auf, das sich vorzugsweise über eine gesamte Länge der Abschlusskappe 58 erstreckt ist. Auf dieses Außengewinde 60 ist die in der Art eines Bechers mit zentraler Bohrung 44 ausgebildete und mit einem zum Außengewinde 60 korrespondierenden Innengewinde 45 versehene Einstelleinrichtung 9 aufgeschraubt. Der radial nach innen ragende Ringbund 46 der Einstelleinrichtung 9 liegt in axialer Richtung auf einem Koppelelement 27 auf, das koaxial zur Bohrungsachse 7 angeordnet und ausgebildet ist und das für eine Bewegungsübertragung zwischen der Einstelleinrichtung 9 und der Abschlussbuchse 10 vorgesehen ist. Beispielhaft umfasst das Koppelelement einen ringförmigen Koppelkörper 28 und davon ausgehende, in Richtung der Bohrungsachse 7 erstreckte Koppelbeine 29, die beispielsweise in einer 90-Grad-Teilung bezüglich der Bohrungsachse 7 angeordnet sind und die die Abschlusskappe 58 linearbeweglich durchsetzen und auf der Abschlussbuchse 10 aufliegen.The end cap 58 belonging to the valve housing 2 is further provided on an inner surface with a thread (not designated) with which it is screwed onto the connection block. The end cap 58 also has an external thread 60 on an outer surface, which preferably extends over the entire length of the end cap 58. The adjustment device 9, which is designed in the manner of a cup with a central bore 44 and is provided with an internal thread 45 corresponding to the external thread 60, is screwed onto this external thread 60. The radially inwardly projecting annular collar 46 of the adjustment device 9 rests in the axial direction on a coupling element 27 which is arranged and designed coaxially to the bore axis 7 and which is provided for transmitting movement between the adjustment device 9 and the end bushing 10. For example, the coupling element comprises an annular coupling body 28 and coupling legs 29 extending therefrom in the direction of the bore axis 7, which are arranged, for example, at a 90-degree pitch with respect to the bore axis 7 and which pass through the end cap 58 in a linearly movable manner and rest on the end bushing 10.

Ferner weist die Abschlusskappe 58 eine zentrale Gewindebohrung 69 auf, in die ein rein exemplarisch stabförmiger und mit einem Außengewinde versehener Sensor 11 eingeschraubt ist. Der Sensor 11 ist rein exemplarisch als induktiver Sensor ausgebildet und ermöglicht eine Erfassung eins Abstands zur der Stirnfläche 74 des Arbeitskolbens 23. Hierzu ist der Sensor 11 in einer kreiszylindrischen Ausnehmung 65 der Abschlussbuchse 10 zumindest bereichsweise aufgenommen.Furthermore, the end cap 58 has a central threaded bore 69 into which a purely exemplary rod-shaped sensor 11 provided with an external thread is screwed. The sensor 11 is purely exemplary designed as an inductive sensor and enables a distance to the end face 74 of the working piston 23 to be detected. For this purpose, the sensor 11 is accommodated in a circular cylindrical recess 65 of the end bushing 10, at least in part.

Bei einer Bereitstellung eines druckbeaufschlagten Fluids in den Arbeitsraum wird eine Druckkraft auf die Stirnfläche 74 des Arbeitskolbens 23 ausgeübt, so dass dieser nach Überwindung von Reibkräften und der Rückstellkraft der Federeinrichtung 76 in axialer Richtung (nach unten gemäß der Darstellung der 1) längs der Bohrungsachse 7 bewegt werden kann. Dadurch wird der Ventilschieber 24 aus dem Ventilbereich 19 herausgeschoben und die Dichtwirkung zwischen dem Ventilschieber 24 und dem Ventilbereich 19 wird aufgehoben, was in der 2 als zweite Funktionsstellung dargestellt ist. Dadurch kann ein Fluidstrom durch den Fluidkanal 14 vom ersten Fluidanschluss 31 bis zum zweiten Fluidanschluss 32 strömen. In der zweiten Funktionsstellung nimmt der Abstand 100 zwischen der Abschlussbuchse 10 und dem Arbeitskolben 23 einen Maximalwert ein.When a pressurized fluid is provided in the working chamber, a pressure force is exerted on the front surface 74 of the working piston 23, so that after overcoming frictional forces and the restoring force of the spring device 76, the latter moves in the axial direction (downward according to the illustration of the 1 ) can be moved along the bore axis 7. As a result, the valve slide 24 is pushed out of the valve area 19 and the sealing effect between the valve slide 24 and the valve area 19 is eliminated, which in the 2 is shown as the second functional position. This allows a fluid flow through the fluid channel 14 from the first fluid connection 31 to the second fluid connection 32. In the second functional position, the distance 100 between the end sleeve 10 and the working piston 23 assumes a maximum value.

Wird eine Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums 77 beendet und eine Entlüftung des Arbeitsraums 77 vorgenommen, so verschwindet die Druckkraft auf die Stirnfläche 74 des Arbeitskolbens 23 und die Federeinrichtung 76 verlagert das Ventilglied 8 wieder in die erste Funktionsstellung gemäß der 1.If the pressurization of the working chamber 77 is terminated and the working chamber 77 is vented, the pressure force on the front face 74 of the working piston 23 disappears and the spring device 76 displaces the valve member 8 back into the first functional position according to the 1 .

Wird hingegen - vorzugsweise ausgehend von der ersten Funktionsstellung gemäß der 1 - eine Betätigung der Einstelleinrichtung 9 von einem nicht dargestellten Benutzer vorgenommen, der die Einstelleinrichtung 9 relativ zum Ventilgehäuse 2 in eine Rotationsbewegung um die Bohrungsachse 7 versetzt, kommt es aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Außengewinde 60 der Abschlusskappe 58 und dem Innengewinde 45 der Einstelleinrichtung 9 (unter der Voraussetzung der korrekten Drehrichtungswahl für die Einstelleinrichtung 9) zu einer axialen Verlagerung der Einstelleinrichtung 9 und des Koppelelements 27. Da das Koppelelement 27 auf der linearbeweglich in der Steuerbohrung 6 gelagerten Abschlussbuchse 10 aufliegt und diese lediglich vom Ventilglied 8 in vertikaler Richtung nach unten (gemäß der Darstellung der 1) an einer Bewegung gehindert wird, erfolgt eine Krafteinleitung auf das Ventilglied 8, wodurch eine Verkürzung der Federeinrichtung 76 und eine axiale Verlagerung der Komponenten: Einstelleinrichtung 9, Koppelelement 27, Abschlussbuchse 10 und Ventilglied 8 hervorgerufen wird. Hierdurch wird eine Freigabe des Fluidkanals 14 bewirkt, so dass insbesondere eine Entlüftung des vom Ventil 1 angesteuerten, nicht dargestellten Pneumatikantriebs erfolgen kann.If, however, - preferably starting from the first functional position according to the 1 - If the adjustment device 9 is actuated by a user (not shown) who causes the adjustment device 9 to rotate relative to the valve housing 2 around the bore axis 7, the interaction between the external thread 60 of the end cap 58 and the internal thread 45 of the adjustment device 9 (assuming the correct direction of rotation for the adjustment device 9) results in an axial displacement of the adjustment device 9 and the coupling element 27. Since the coupling element 27 rests on the end bushing 10 which is mounted in a linearly movable manner in the control bore 6 and this is only pushed downwards by the valve member 8 in a vertical direction (as shown in the 1 ) is prevented from moving, a force is introduced onto the valve member 8, causing a shortening of the spring device 76 and an axial displacement of the components: adjustment device 9, coupling element 27, end sleeve 10 and valve member 8. This causes the fluid channel 14 to be released, so that in particular the pneumatic drive (not shown) controlled by the valve 1 can be vented.

Die durch die Einstelleinrichtung 9 bewirkte Verlagerung des Ventilglieds 8 aus der ersten Funktionsstellung gemäß der 1 in die zweite Funktionsstellung gemäß der 3 kann vom Sensor 11 in gleicher Weise anhand des sich ändernden Abstands 100 ermittelt werden wie die Verlagerung des Ventilglieds 8 aus der ersten Funktionsstellung gemäß der 1 in die zweite Funktionsstellung gemäß der 2, die durch die Druckluftbeaufschlagung des Arbeitsraums 77 bewirkt werden kann. Somit ist sowohl während eines normalen Betriebs für das Ventil 1, bei dem die Einstelleinrichtung in der Neutralposition gemäß der 1 verbleibt, als auch in einer besonderen Betriebssituation, wie sie in der 3 gezeigt ist, stets eine Aussage darüber möglich, ob sich das Ventilglied 8 in der ersten Funktionsstellung oder in der zweiten Funktionsstellung befindet.The displacement of the valve member 8 from the first functional position according to the 1 into the second functional position according to the 3 can be determined by the sensor 11 in the same way based on the changing distance 100 as the displacement of the valve member 8 from the first functional position according to the 1 into the second functional position according to the 2 , which can be caused by the pressurization of the working chamber 77. Thus, both during normal operation for the valve 1, in which the adjusting device is in the neutral position according to the 1 remains, as well as in a special operating situation, such as in the 3 As shown, it is always possible to state whether the valve member 8 is in the first functional position or in the second functional position.

Claims (10)

Ventil (1) zur sicherheitsgerichteten Ansteuerung eines Pneumatikantriebs, mit einem Ventilgehäuse (2), in dem eine längs einer Bohrungsachse (7) erstreckte Steuerbohrung (6) ausgebildet ist, in der ein Ventilglied (8) längs der Bohrungsachse (7) linearbeweglich zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung aufgenommen ist, das einen als Arbeitskolben (23) ausgebildeten und in einem ersten Bohrungsabschnitt (15) der Steuerbohrung (6) abdichtend aufgenommenen ersten Endabschnitt (21) aufweist und das einen als Ventilschieber (24) ausgebildeten und in einem zweiten Bohrungsabschnitt (16) der Steuerbohrung (6) aufgenommenen zweiten Endabschnitt (22) aufweist, wobei der Arbeitskolben (23) mit einer im ersten Bohrungsabschnitt (15) aufgenommenen Abschlussbuchse (10) einen größenvariablen Arbeitsraum (77) begrenzt, wobei der Ventilschieber (24) in der ersten Funktionsstellung einen Fluidkanal (14), der zwischen einem ersten Fluidanschluss (31) am Ventilgehäuse (2) und einem zweiten Fluidanschluss (32) am Ventilgehäuse (2) erstreckt ist und der den zweiten Bohrungsabschnitt (16) mit umfasst, blockiert und in der zweiten Funktionsstellung freigibt, sowie mit einer Einstelleinrichtung (9), die für eine Einleitung einer linearen Einstellbewegung auf das Ventilglied (8) längs der Bohrungsachse (8) und zur zeitweiligen Festlegung des Ventilglieds (8) in der zweiten Funktionsstellung ausgebildet ist.Valve (1) for the safety-related control of a pneumatic drive, with a valve housing (2) in which a control bore (6) extending along a bore axis (7) is formed, in which a valve member (8) is accommodated along the bore axis (7) so as to be linearly movable between a first functional position and a second functional position, which has a first end section (21) designed as a working piston (23) and sealingly received in a first bore section (15) of the control bore (6), and which has a second end section (22) designed as a valve slide (24) and received in a second bore section (16) of the control bore (6), wherein the working piston (23) delimits a variable-size working space (77) with a closure bushing (10) accommodated in the first bore section (15), wherein the valve slide (24) in the first functional position forms a fluid channel (14) which extends between a first fluid connection (31) on the valve housing (2) and a second fluid connection (32) on the valve housing (2) and which also encloses the second bore section (16), blocks it and releases it in the second functional position, and with an adjustment device (9) which is designed to initiate a linear adjustment movement on the valve member (8) along the bore axis (8) and to temporarily fix the valve member (8) in the second functional position. Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussbuchse (10) linearbeweglich und abdichtend in dem ersten Bohrungsabschnitt (15) aufgenommen ist und dass die Einstelleinrichtung (9) für eine lineare Verlagerung der Abschlussbuchse (10) ausgebildet ist.Valve (1) after Claim 1 , characterized in that the end bushing (10) is received in the first bore section (15) in a linearly movable and sealing manner and that the adjusting device (9) is designed for a linear displacement of the end bushing (10). Ventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (9) einen Gewindeabschnitt (45) aufweist, der auf ein korrespondierend ausgebildetes Gewindeteil (60) am Ventilgehäuse (2) aufgeschraubt ist und dass die Einstelleinrichtung (9) an einem linearbeweglich oder linearbeweglich und drehfest in dem ersten Bohrungsabschnitt aufgenommenen Koppelelement (27) abgestützt ist, das an einer axialen Stirnfläche der Abschlussbuchse (10) aufliegt.Valve (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the adjusting device (9) has a threaded section (45) which is screwed onto a correspondingly designed threaded part (60) on the valve housing (2) and that the adjusting device (9) is supported on a coupling element (27) which is received in the first bore section in a linearly movable or linearly movable and rotationally fixed manner and which rests on an axial end face of the end sleeve (10). Ventil (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussbuchse (10) eine als Sackloch, insbesondere kreiszylindrisch, ausgebildete und längs der Bohrungsachse erstreckte Ausnehmung (65) aufweist, in der ein Sensor (11), der zur Erfassung einer axialen Position des Ventilglieds (8) ausgebildet ist und der ortsfest am Ventilgehäuse (2) aufgenommen ist, bereichsweise aufgenommen ist.Valve (1) after Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the end bushing (10) has a recess (65) designed as a blind hole, in particular circular-cylindrical, and extending along the bore axis, in which a sensor (11) which is designed to detect an axial position of the valve member (8) and which is received in a stationary manner on the valve housing (2) is received in regions. Ventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11) für eine, insbesondere induktive oder kapazitive oder optische oder magnetische, Erfassung eines Abstands (100) zu einer axialen Stirnfläche (74) des Ventilglieds (8) ausgebildet ist.Valve (1) after claim 4 , characterized in that the sensor (11) is designed for a, in particular inductive or capacitive or optical or magnetic, detection of a distance (100) to an axial end face (74) of the valve member (8). Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidanschluss (31) eine quer zur Bohrungsachse (7) der Steuerbohrung (6) ausgerichtete Anschlussbohrung (36) umfasst und dass der zweite Fluidanschluss (32) von einer Mündungsöffnung des zweiten Bohrungsabschnitts (16) gebildet wird, wobei der zweite Bohrungsabschnitt (16) benachbart zum ersten Fluidanschluss (31) einen koaxial zur Bohrungsachse (7) ausgerichteten Ventilbereich (19) und einen axial daran angrenzenden Strömungsbereich (20) aufweist, wobei der Ventilbereich (19) einen geringeren Querschnitt als der Strömungsbereich (20) aufweist.Valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first fluid connection (31) comprises a connection bore (36) aligned transversely to the bore axis (7) of the control bore (6) and that the second fluid connection (32) is formed by an opening of the second bore section (16), wherein the second bore section (16) is beard to the first fluid connection (31) has a valve region (19) aligned coaxially to the bore axis (7) and a flow region (20) axially adjacent thereto, wherein the valve region (19) has a smaller cross-section than the flow region (20). Ventil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (24) eine Radialdichtung (87) aufweist, die in der ersten Funktionsstellung in dem Ventilbereich (19) angeordnet und für eine abdichtende Anlage an einer Innenoberfläche des Ventilbereichs (19) ausgebildet ist und die in der zweiten Funktionsstellung in dem Strömungsbereich (20) angeordnet ist, um den Fluidkanal (14) freizugeben.Valve (1) after claim 6 , characterized in that the valve slide (24) has a radial seal (87) which, in the first functional position, is arranged in the valve region (19) and is designed for a sealing engagement with an inner surface of the valve region (19) and which, in the second functional position, is arranged in the flow region (20) in order to release the fluid channel (14). Ventil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (24) eine axial beabstandet zur Radialdichtung (87) angeordnete Sitzdichtung (88) aufweist, die in der ersten Funktionsstellung an einem Ventilsitz anliegt, der an einem Übergang zwischen dem Ventilbereich (19) und dem Strömungsbereich (20) ausgebildet ist und die in der zweiten Funktionsstellung linear beabstandet zum Ventilsitz angeordnet ist.Valve (1) after claim 7 , characterized in that the valve slide (24) has a seat seal (88) which is arranged axially spaced from the radial seal (87) and which, in the first functional position, rests against a valve seat which is formed at a transition between the valve region (19) and the flow region (20) and which, in the second functional position, is arranged linearly spaced from the valve seat. Ventil (1) nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidanschluss (31) einen zwischen einem am Ventilgehäuse (2) ausgebildeten Kupplungsbereich und der Anschlussbohrung erstreckten Anschlusskanal und einen vom Anschlusskanal abzweigenden und bis zu einer Entlüftungsöffnung erstreckten Entlüftungskanal aufweist, wobei im Anschlusskanal ein gegen die Anschlussbohrung sperrendes erstes Rückschlagventil angeordnet ist und wobei im Entlüftungskanal ein gegen die Anschlussbohrung sperrendes zweites Rückschlagventil angeordnet ist, wobei das zweite Rückschlagventil für eine manuelle Entriegelung ausgebildet ist.Valve (1) according to one of the Claims 6 , 7 or 8 , characterized in that the first fluid connection (31) has a connection channel extending between a coupling region formed on the valve housing (2) and the connection bore and a vent channel branching off from the connection channel and extending to a vent opening, wherein a first check valve blocking against the connection bore is arranged in the connection channel and wherein a second check valve blocking against the connection bore is arranged in the vent channel, wherein the second check valve is designed for manual unlocking. Ventil (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Entlüftungskanal eine einstellbare Drossel angeordnet ist.Valve (1) after claim 9 , characterized in that an adjustable throttle is arranged in the ventilation channel.
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WO2004102012A1 (en) * 2003-05-13 2004-11-25 Dbt Gmbh Hydraulically switchable directional control valve

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