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Ventil mit Druckmittelantrieb zur Verhinderung der Wiederingangsetzung
einer durch ein Druckmittel betriebenen Maschine nach deren Abschaltung aus Sicherheitsgründen
Das Ventil nach der Erfindung dient dem Zweck, eine unbeabsichtigte Wiederingangsetzung
einer durch ein Druckmittel betriebenen Maschine zu verhindern, wenn dieselbe einmal
aus Sicherheitsgründen abgeschaltet worden ist.
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Es ist bereits eine Steuerung für pneumatische Schaltsysteme bekanntgeworden,
bei welcher durch mechanisches Öffnen und Schließen eines Hilfsschiebers durch einen
Steuerimpuls dem Servomotor eines Hauptventils Druckluft zugeführt oder von diesem
abgeführt wird. Diese bekannte Einrichtung kann keine Sicherungsfunktion im Sinne
der Erfindung übernehmen.
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Außerdem ist ein Ventil bekanntgeworden, welches als Sicherheitsventil
in Druckluftzuleitungen zu nachgeschalteten Preßluftgeräten eingesetzt wird. Dieses
hat die Aufgabe, die Druckluftzuleitung abzuschließen, sobald unerwartet die Druckluftquelle
ausfällt und somit die unkontrollierte Wiederaufnahme des Betriebes der Preßluftgeräte
beim Wiedereinsetzen der Druckluftquelle zu verhindern. Es handelt sich hierbei
um ein Ventil mit druckentlastetem Verschlußstück, das durch eine Feder in Schließstellung
gedrängt wird. Dieses Ventil reagiert im Sinne einer Schließung nur auf einen ganz
bestimmten Steuerimpuls, nämlich auf das Ausbleiben des Luftdruckes in der vorgeschalteten
Leitung.
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Ein anderes bekanntes Ventil hat dieselbe Funktion, ist aber anders
aufgebaut. Bei diesem steht das einen Verbindungskanal zwischen einer Eintrittskammer
und einer Austrittskammer abschließende Verschlußstück einerseits unter der öffnenden
Wirkung einer Feder und andererseits unter der schließenden Wirkung einer es über
eine Stellstange beeinflussenden Membran einer Druckkammer. Außerdem wird das Verschlußstück
unter der Wirkung von Druckdifferenzen zwischen der Eintritts- und der Austrittskammer
jeweils selbsttätig so lange entgegen der Wirkung der öffnungsfeder auf seinem Ventilsitz
gehalten, bis ein Druckausgleich zwischen der Eintritts- und der Austrittskammer
erfolgt, oder es bleibt so lange von dem Ventilsitz abgehoben, bis die Membran es
infolge eines Druckstoßes in Schließstellung bringt.
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Diese bekannte Ventilbauart geht also nur dann in Schließstellung,
wenn der Druck der von dem betreffenden Ventil gesteuerten Druckluft ausbleibt und
unerwartet wieder einsetzt. Sie wird somit zwar pneumatisch betätigt, reagiert aber
lediglich auf Druckimpulse in -der von ihr gesteuerten Leitung. Da dieses Ventil
nicht durch von außen kommende Druckimpulse beeinflußt werden kann, ist es nicht
geeignet, auf mehrere Schaltdrücke entsprechend verschiedener Meßgrößen anzusprechen.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil
dieser Art zu schaffen, welches auf einen Druckstoß an einer dritten Anschlußstelle
als Steuerimpuls anspricht, die Verbindung zwischen der Eintritts- und der Austrittskammer
schließt und unabhängig von dem Aufhören des Druckstoßes als Steuerimpuls so lange
geschlossen bleibt, bis der der Eintrittskammer vorgeschaltete Leitungsabschnitt
der Druckleitung durch ein Dreiwege-Handventil drucklos gemacht worden ist.
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Die Erfindung geht demgemäß von einem Ventil der letztgenannten Art
aus.
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Die Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Ende der Stellstange
mit der Membran verbunden ist, während ihr anderes Ende vom Verschlußstück getrennt
ist, so daß die Stellstange unter der Schließbewegung der Membran auf das Verschlußstück
aufstößt und dieses auf den Ventilsitz drückt und sich beim Ausbleiben eines Überdruckes
in der Druckkammer vom Verschlußstück abhebt, und daß außerdem auf der von der Druckkammer
abgewandten Seite der Membran eine Entlüftungskammer vorgesehen ist, die über eine
Entlüftungsöffnung ständig mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die
Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Ansicht eines Ventils nach der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt längs
der Linie II-II in F i g. 1, F i g. 3 einen ähnlichen Schnitt durch das Ventil wie
nach F i g. 2 in einer anderen Betriebsstellung, F i g. 4 einen weiteren Schnitt
entsprechend F i g. 2 in einer dritten Betriebsstellung, F i g. 5 ein Blockschaltbild
einer Anlage, in der die Erfindung verwendet wird.
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Das Ventil 10 hat ein Gehäuse, welches aus einem Unterteil
12, einem Mittelteil 14 und einem Oberteil 16 besteht. Die einzelnen Teile sind
durch Schraubenverbindungen 18 zusammengehalten. In den aneinander anschließenden
Seiten des Unterteiles 12 und des Mittelteiles 14 sind Ausnehmungen angebracht,
welche eine Eintrittskammer 20 bilden. Die Eintrittskammer 20 steht mit einem
Anschluß 22 im Mittelteil 14 in Verbindung. In den Unterteil 12 ist ein Verbindungskanal
24 eingearbeitet. Das untere Ende des Verbindungskanals 24 mündet in eine Austrittskammer
26, welche mit einem Anschluß 28 Verbindung hat.
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Der Durchfiuß durch den Verbindungskanal 24 wird durch ein Plattenventil
30 geregelt. Es umfaßt einen Ventilsitz 32 und ein Verschlußstück 34, welches
mittels einer Führung 36 in dem Verbindungskanal 24 verschiebbar ist. Am
Umfang der Führung 36 befinden sich Auskehlungen 38, welche eine Strömung zulassen.
Am Verschlußstück 34 ist ein Dichtring 40 angebracht. Das Verschlußstück
34 ist normalerweise durch eine Druckfeder 42 offen gehalten.
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Das Plattenventil 30 ist so ausgelegt, daß das Verschlußstück
34 durch den in der Eintrittskammer 20
herrschenden Druck entgegen
derWirkung der Rückstellfeder 42 nicht geschlossen werden kann. Sobald jedoch
das Ventil geschlossen worden ist, reicht der auf das Verschlußstück einwirkende
Druck aus, um es in seiner Schließstellung zu halten.
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In einer mittigen Bohrung 44 des Mittelteiles 14 ist eine verschiebbare
Stellstange 46 untergebracht. Eine Ringdichtung 50 dient zur Abdichtung der Stehstange
innerhalb der Bohrung 44, so daß das Druckmittel aus der Eintrittskammer
20 nicht in eine Entlüftungskammer 22 durchlecken kann, die über eine Entlüftungsöffnung
54 mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
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Am oberen Ende des Bundes 48 ist eine Auflageplatte 56 angebracht,
welche sich an einer Membran 58 abstützt und durch eine Druckfeder 60 gegen dieselbe
gedrückt wird. Die Druckfeder 60 stützt sich andererseits an einer Dichtungsbuchse
62 an der unteren Wand der Entlüftungskammer 52 ab. Die Dichtungsbuchse 62
dient außerdem zum Zusammendrücken der Ringdichtung 50.
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Der äußere Rand der Membran 58 ist zwischen den Paßflächen des Mittelteiles
14 und des Oberteiles 16 eingespannt, so daß sie die beiden Teile gegeneinander
abdichtet. In den Oberteil 16 ist eine Druckkammer 64 eingearbeitet, welche durch
die Membran 58 nach unten abgeschlossen ist. Diese Druckkammer hat über eine Verbindungsleitung
68 mit einem Anschluß 66 Verbindung.
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Das in F i g. 5 dargestellte System dient zur Regelung des Betriebs
einer Kraftmaschine 70. Diese ist mittels eines handbetätigten Ventils 74 und eines
Sicherheitsabsperrventils 76 an eine Brennstoffquelle 72 angeschlossen. Die Kraftmaschine
70 arbeitet, so lange über die Brennstoffleitung 86 Brennstoff zuströmt, also jeweils
wenn die beiden Ventile 74 und 76 offen sind. Das Absperrventil 76 hat eine Einlaßöffnung
78, eine Entlüftungsöffnung 80 und eine Auslaßöffnung 82. Die Schaltung des Absperrventils
76 ist dabei so, daß die Auslaßöffnung 82 mit der Entlüftungsöffnung 80 Verbindung
hat, solange kein Druck auf die Membran 84 einwirkt, so daß dann der Abschnitt 86
der Kraftstoffleitung zwischen der Auslaßöffnung 82 und der Kraftmaschine
70 entlüftet wird. Wenn auf die Membran 84 ein Regeldruck einwirkt, sind
die Einlaßöffnung 78 und die Auslaßöffnung 82 miteinander verbunden, während die
Entlüftungsöffnung 80 abgesperrt ist.
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Zum Ingangsetzen der Kraftmaschine 70 wird die Membran 84 des Absperrventils
76 durch ein einer Druckmittelquelle 88 entstammendes Druckmittel unter Druck gesetzt.
Die Druckmittelquelle 88 ist an die Einlaßöffnung 90 eines handbetätigten Dreiwegeventils
92 angeschlossen. Das Ventil 92 besitzt weiterhin eine Entlüftungsöffnung 94 und
eine Auslaßöffnung 96. Das Ventil 92 kann von Hand in zwei verschiedene Schaltstellungen
eingestellt werden. In einer Schaltstellung ist die Einlaßöffnung 90 abgesperrt,
während die Auslaßöffnung 96 mit der Entlüftungsöffnung 94 Verbindung hat. In der
anderen Schaltstellung des Ventils 92 besteht zwischen Einlaßöffnung 90 und Auslaßöffnung
96 ein Durchgang, während die Entlüftungsöffnung 94 abgesperrt ist.
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Die Auslaßöffnung 96 des Ventils 92 hat über Verbindungsleitungen
98 und 100 mit dem Anschluß 22 des Ventils 10 Verbindung. An den Anschluß 28 des
Ventils 10 ist über Leitungen 102, 104, 106 und 108 die Betätigungsmembran 84 des
Absperrventils 76 angeschlossen. Weiterhin ist eine Entlüftungsdrosselöffnung 110
sowie ein Rückschlagventil 112 im Zuge der Verbindungsleitung 102 vorgesehen. Das
Rückschlagventil112 verhindert eine Rückströmung aus der Leitung 104 in Richtung
auf die Drosselöffnung 110 hin.
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Das System enthält ein weiteres membranbetätigtes Dreiwegeventil 114
mit einer Einlaßöffnung 116, welche über die Verbindungsleitung 98 an die Auslaßöffnung
96 des handbetätigten Dreiwegeventils 92 angeschlossen ist. Das Ventil 114 bat ferner
eine Entlüftungsöffnung 118, eine Auslaßöffnung 120 und eine Stellmembran 122. Die
Auslaßöffnung 120 ist über eine Verbindungsleitung 124 an die Leitungen 106 und
108 angeschlossen, wobei im Verzweigungspunkt dieser drei Leitungen eine weitere
Leitung 126 zum Anschluß an den Anschluß 66 des Ventils 10 angesetzt ist. Die Membrankammer
122 des Ventils 112 ist über Leitungen 128 und 130 an die Leitungen
102 und 104 angeschlossen. Die Schaltung des Ventils 114 ist dieselbe wie die des
Ventils 76. Solange also auf die Steuermembran 122 kein Druck einwirkt, ist die
Einlaßöffnung 116 abgesperrt und die Auslaßöffnung 120 mit der Entlüftungsöffnung
116 verbunden. Wenn die Steuermembran 122 mit einem Druck beaufschlagt wird, ist
hingegen die Einlaßöffnung 116 mit der Auslaßöffnung 120 verbunden, während die
Entlüftungsöffnung 118 abgesperrt ist.
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Weiterhin ist im System nach F i g. 5 ein Entlüftungsventil 132 vorgesehen,
dessen Einlaßöffnung 134 über eine Leitung 136 an die Verbindungsstelle der Leitungen
128 und 130 angeschlossen ist. Das
Ventil 132 weist außerdem
eine Entlüftungsöffnung 138 auf, wobei der Durchgang zwischen der Einlaßöffnung
134 und der Entlüftungsöffnung 136 jeweils unter der Steuerung eines Betriebsgrößenmessers
erfolgt. Derselbe besteht beispielsweise aus einem Meßwertfühler 140, welcher über
eine Leitung 142 an eine Membrankammer 144 angeschlossen ist. Dieser Meßwertfühler
besteht beispielsweise aus einem Temperaturausdehnungsmesser, dessen Temperaturkammer
140 beispielsweise die Lagertemperatur der Kraftmaschine 70 aufnimmt. Sobald die
überwachte Lagertemperatur über einen zulässigen Wert hinaus ansteigt, dehnt sich
die Temperaturmeßsubstanz in der Meßkammer 140, der Leitung 142 und der Membrankammer
144 aus, so daß die Membran 144 eine Umschaltung des Ventils 132 bewirkt. Nach dieser
Umschaltung 132 ist die Einlaßöffnung 134 mit der Entlüftungsöffnung 138 verbunden,
so daß das gesamte System entlüftet wird. Die zuvor geschilderte Anzeige und überwachung
der Lagertemperatur bringt nur ein Beispiel für eine zu überwachende Betriebsgröße
der Kraftmaschine 70. Weitere Betriebsgrößen-Meßfühler können eingebaut werden und
in ähnlicher Weise mit einem jeweils zugehörigen Ventil verbunden sein, so daß jeweils
die Leitung 128 entlüftet wird, wenn eine überwachte Betriebsgröße einen Sicherheitsbereich
überschreitet.
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Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Einzelgliedern der Steuereinheit
können in den Leitungen 130 und 104 Drosseln 146 und 148 eingebaut sein, wodurch
die Durchflußmenge in den betreffenden Leitungen begrenzt wird.
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Dieses System arbeitet in folgender Weise: Zunächst wird das Ventil
74 von Hand geöffnet. Dadurch kann jedoch noch kein Brennstoff zu der Kraftmaschine
70 strömen, da die Schaltmembran des Absperrventils 76 noch nicht mit Druck beaufschlagt
ist, so daß die Einlaßöffnung 78 noch abgesperrt bleibt. Nach Öffnung des Ventils
74 wird das Ventil 92 von Hand in die Stellung gebracht, in welcher die Einlaßöffnung
90 und die Auslaßöffnung 96 miteinander verbunden sind, während die Entlüftungsöffnung
94 abgesperrt ist. Nunmehr ist der Anschluß 22 des Ventils 10 über die Leitungen
98 und 100 an die Druckmittelquelle angeschlossen. Die Einlaßöffnung 116 des Ventils
114 bleibt noch abgesperrt, da auf die Stehmembran 122 noch kein Druck einwirkt.
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Die Stellung des Ventils 10 in dieser Schaltstufe zeigt F i g. 2,
in welcher das Plattenventil 30 offen und das Stellglied 46, 48 in seiner oberen
Grenzstellung ist. Das Verschlußatück wird durch die Druckfeder 42 angehoben und
gegen die Stehstange 46 gedrückt, welche als oberer Anschlag wirkt. Bei dieser Einstellung
kann das Druckmittel von der Druckmittelquelle 88 über den Anschluß 22 in die Eintrittskammer
20, von dort über das offene Plattenventil 30, den Verbindungskanal 24 und über
die Austrittskammer 26 zum Anschluß 28 strömen. Von dort strömt es über das Rückschlagventi1112
in die Leitungen 130 und 104. In der Leitung 104 wird das Druckmittel an die Leitung
106 und von dort zu den Leitungen 108,124 und 126 weitergeleitet. Da die Membran
122 des Ventils 114 nicht unter Druck gesetzt ist, wird die Anschlußöffnung 120
über die Entlüftungsöffnung 118 entlüftet, so daß sich in den Leitungen 108 bzw.
126 kein genügend hoher Druck aufbauen kann, welcher zur Betätigung der Stellmembran
84 des Absperrventils 76 ausreichen würde. über die Zeitung 126 und den Anschluß
66 kann sich auch kein genügend hoher Druck in der Druckkammer 64 des Ventils 10
aufbauen, welcher zur Betätigung der Membran 59 ausreichen würde.
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Das Druckmittel strömt indessen aus der Leitung 130 auch in die Leitungen
128 und 136. Wenn der Meßfühler 140 zur Überwachung der Lagertemperatur dient, wird
zunächst das Entlüftungsventil 132
geschlossen und die Einlaßöffnung 134 abgesperrt
sein, da das überwachte Lager im Ruhezustand der Kraftmaschine kalt ist. In der
Leitung 128 kann sich infolgedessen ein genügend hoher Druck ausbilden, welcher
über die Schaltmembran 122 zur Umschaltung des Ventils 114 ausreicht, so daß nunmehr
die Entlüftungsöffnung 118 abgesperrt und die Einlaßöffnung 116 mit der Auslaßöffnung
120 verbunden wird. Infolgedessen kann sich nunmehr in den Leitungen 108 und 126
ein Druck aufbauen, welcher zur Betätigung der Schaltmembran 84 des Absperrventils
76 ausreicht, so daß nunmehr der Kraftstoff von der Einlaßöffnung 78 zu der Auslaßöffnung
82 strömen kann, während die Entlüftungsöffnung 80 abgesperrt ist. Infolgedessen
kann nunmehr der Kraftstoff zu der Kraftmaschine 70 strömen, wodurch dieselbe in
Gang gesetzt wird.
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In den unmittelbar aneinander angeschlossenen Leitungen 108 und 126
herrscht jeweils ein gleicher Druck. Wenn infolgedessen die Steuermembran 84 mit
einem Druck beaufschlagt wird, wird auch die Membran 58 über die Leitung 126 mit
einem gleichen Druck beaufschlagt. Dadurch wird die Druckfeder 60, welche normalerweise
die Membran 58 emporhebt, zusammengedrückt, so daß der Regeldruck die Membran 58
nach unten drückt.
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Das Stellglied 46, 48 verschiebt sich somit in die in F i g. 3 dargestellte
Lage, wobei das untere Ende der Stehstange 46 das Verschlußstück 34 an den Ventilsitz
32 drückt, Sobald das Ventil somit geschlossen ist, ist die Druckdifferenz zwischen
den beiden Seiten des Verschlußstücks 34 so groß, daß es entgegen der Wirkung der
Druckfeder 42 in Anlage am Ventilsitz 32 gehalten wird. Die Druckdifferenn wird
dadurch weiter vergrößert, so daß nach Schließen des Plattenventils 30 der Druck
im Verbindungskanal 24 durch Abströmen von Druckmittel über die Drosselführung 110
vermindert wird. Das Rückschlagventi1112 verhindert gleichzeitig einen Rückstrom
von Druckmittel aus den Leitungen 104 und 130. Die Entlüftungsöffnung 110 ist so
weit gedrosselt, daß sie den Druck in der Verbindungsleitung 102 nur unmerklich
beeinflußt, solange das Plattenventil 30 offen ist.
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Unter den zuvor beschriebenen Bedingungen befindet sich das System
in seinem normalen Betriebszustand. Es verharrt in demselben so lange, wie der Meßfühler
140 eine störungsfreie Funktion der Kraftmaschine 70 anzeigt. Es sei nunmehr angenommen,
daß zeit dem Meßfühler 140 die Lagertemperatur der Kraftmaschine 70 überwacht werde
und daß dieselbe zu steigen beginne. Dann dehnt sich die in dem Meßfühler 140, der
-Leitung 142 und der Membrankammer 144 enthaltene Flüssigkeit in Abhängigkeit von
dem Temperaturanstieg aus. Wenn der Temperaturanstieg einen Grenzwert überschreitet,
schaltet die Membrankammer 144 das Entlüftungsventil 132 um, so daß die Einlaßöffnung
134 über die Entlüftungsöffnung 138 entlüftet wird.
Infolgedessen
werden die Leitung 136 und auch die unmittelbar daran angeschlossene Leitung 128
entlüftet. Damit verschwindet der auf die Membran 122 des Ventils
114 einwirkende Stelldruck. Infolge dieser Entlastung der Stellmembran 122
wird das Ventil 114 umgeschaltet, so daß nunmehr die Einlaßöffnung 116 abgesperrt
und die Auslaßöffnung 120 über die Entlüftungsöffnung 118 entlüftet wird.
Dadurch werden die Leitung 124 und auch die Leitungen 108 und 126 über die
Entlüftungsöffnung 118 entlüftet, so daß die Membran 84 des Absperrventils
76 entlastet wird. Durch die Entlastung der Membran wird das Ventil 76 in entsprechender
Weise wie das Ventil 114 in seine Ausgangslage umgeschaltet, so daß die Einlaßöffnung
78 abgesperrt wird und die weitere Brennstoffzufuhr zu der Kraftmaschine 70 unterbunden
bleibt. Die Leitung 86 wird über die Auslaßöffnung 82 und die Entlüftungsöffnung
80 des Ventils 76 entlüftet.
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Infolge der Entlüftung der Leitung 124 wird auch der Druck
in der Druckkammer 64 des Ventils 10 abgebaut, so daß das Stellglied 46, 48 durch
die Druckfeder 60 wieder zurückgestellt wird und die Membran $8 in ihre Ausgangslage
zurückkehrt. Diese Einstellung des Ventils ist in F i g. 4 dargestellt. Danach ist
also das untere Ende der Stehstange 46 vom Verschlußstück 34 abgehoben, während
diese jedoch weiterhin in der Schließstellung verbleibt, da der in der Eintrittskammer
20 herrschende Druck der Druckmittelquelle 88 bei weitem den über
den Verbindungskanal 24 auf das Verschlußstück einwirkenden Druck übersteigt.
Da der Verbindungskana124 über die Drosselöffnung 110 während der Dauer des Betriebs
der Kraftmaschine 70 entlüftet worden ist, ist der Druck in dem Verbindungskanal
24 zur Zeit eines Ausfalls mit großer Wahrscheinlichkeit im wesentlichen dem Atmosphärendruck
gleich. Infolgedessen hält der auf das Verschlußstück 34 einwirkende Druck der Druckmittelquelle
88 dieses geschlossen. Nur durch Ablassen des Druckes in der Eintrittskammer
20 kann das Ventil 30 auf die Ausgangsstellung zurückgestellt werden, da
nur dann die Druckfeder 42 das Verschlußstück 34 vom Ventilsitz 32 abheben kann.
Diesen Abbau des Einlaßdruckes kann man nur durch Umschalten des Ventils
92 von Hand durchführen, wodurch die Druckmittelquelle 88 vom Ventil
10 abgeschaltet wird, während gleichzeitig die Auslaßöffnung 96 zur Entlüftung
der Leitungen 98 und 100 mit der Entlüftungsöffnung 94 verbunden
wird. Dabei hat dann die Eintrittskammer 20 mit der Atmosphäre unmittelbar
Verbindung.