[0001] Die Erfindung betrifft ein hydraulisch betätigbares 5/2-Wege-Sicherheitsventil,bestehend
aus einem Ventilgehäuse mit zwei in einer Bohrung des Gehäuses gegenläufig zueinander
bewegbaren Ventilkörpern, zwei z.B. elektromagnetisch betätigbaren Vorsteuerventilen,
einem Pumpenanschluß, zwei Arbeitsanschlüssen und zwei Tankanschlüssen, wobei die
Ventilkörper je einen Arbeitskolben, die durch das Druckmittel über Steuerkanäle und
die Vorsteuerventile beaufschlagbar sind, sowie mit den Arbeitskolben verbundene Steuerkolben
aufweisen, welche die Verbindungen zwischen dem Pumpenanschluß, den Arbeitsanschlüssen
und dem Tankanschluß steuern.
[0002] Sicherheitsventile der vorgenannten Art werden z.B. dazu verwendet, die Bremse und
die Kupplung einer mechanischen Presse zu betätigen. Aus Sicherheitsgründen besteht
ein derartiges Ventil aus zwei Wegeventilen, so daß bei Ausfall eines Ventils der
Bremsvorgang noch gewährleistet ist.
[0003] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsventil der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß eine selbsttätige Überwachung des Ventils ermöglicht
wird, ohne Verwendung besonderer zusätzlicher Überwachungselemente. Zweckmäßigerweise
soll ferner die Geschwindigkeit und der Druckaufbau am Verbraucher z.B. an einem Differentialzylinder
steuerbar sein.
[0004] Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß jeder der beiden Ventilkörper
aus drei in axialem Abstand ausgebildeten Steuerkolben gebildet ist, durch welche
in Verbindung mit entsprechenden Steuerkanten im Gehäuse in der Grundstellung des
Ventils der Pumpenanschluß P mit dem Arbeitsanschluß B und der Arbeitsanschluß A mit
dem Tankanschluß R verbindbar ist; durch welche ferner in der Schaltstellung des
Ventils der Pumpenanschluß P mit dem Arbeitsanschluß A und der Arbeitsanschluß B
mit dem Tankanschluß S verbindbar ist; und durch welche schließlich bei einer Fehlschaltung
der Pumpenanschluß P mit dem Arbeitsanschluß B und der Arbeitsanschluß A mit dem Tankanschluß
R verbindbar ist.
[0005] Vorzugsweise ist das Sicherheitsventil mit einem Proportional-Drei-Wege-Druckminderventil
gekoppelt, dessen eine Seite ständig an den Tankanschluß S des Sicherheitsventiles
angeschlossen ist und dessen andere Seite abhängig von seiner Schaltstellung mit dem
Anschluß R oder dem Pumpenanschluß P des Sicherheitsventiles verbindbar ist.
[0006] Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung
erläutert, in der
Fig. 1 schematisch mit Schnitt das Sicherheitsventil in Grundstellung zeigt.
Fig. 2 zeigt im Schnitt das Sicherheitsventil in Schaltstellung.
Fig. 3 und 4 zeichen schmeatisch im Schnitt das Sicherheitsventil jeweils bei einer
Fehlschaltung.
Fig. 5 zeigt schematisch im Schnitt das Sicherheitsventil gekoppelt mit einem Proportional-Druckminderventil.
Fig. 1 zeigt schematisch ein 5/2-Wege-Sicherheitsventil mit einem Gehäuse 10, an welchem
zwei elektromagnetisch betätigbare Vorsteuerventile 12 und 14 angeflanscht sind.
[0007] Im Gehäuse ist eine zentrale Bohrung 16 ausgebildet, in der zwei Ventilkörper 18,
20 axial gegenläufig zueinander bewegbar sind. Jeder Ventilkörper ist mit einem Arbeitskolben
22 versehen, der eine nicht näher bezeichnete Sackbohrung aufweist, in der eine Druckfeder
24 angeordnet ist und die beiden Druckfedern 24 suchen die beiden Ventilkörper 18,
20 axial aufeinanderzu zu drücken, wobei in der in Fig. 1 gezeigten Grundstellung,
in der die beiden Vorsteuerventile 12, 14 nicht erregt sind, die beiden Ventilkörper
18, 20 mit ihren Stirnseiten aneinanderstoßen.
[0008] Der Ventilkörper 18 ist mit Steuerkolben 26, 28, 30 und der Ventilkörper 20 ist mit
Steuerkolben 32, 34, 36 versehen.
[0009] Ferner hat jeder der Arbeitskolben 22 eine Querbohrung 38, welche die jeweilige Sackbohrung
des Arbeitskolbens mit dem Raum außerhalb des Arbeitskolbens verbindet und in eine
am Umfang des jeweiligen Arbeitskolbens ausgebildete Ringnut l20 mündet.
[0010] Die zentrale Bohrung 16 ist mit in axialen Abständen angeordneten und in Ebenen quer
zu ihrer Achse liegenden Ringkanälen78, 80, 82, 84 86, 88, 90, 92, 94, 96, sowie einseitigen
Taschen 74, 76, 98 und 100 versehen.
[0011] Die Ringkanäle und Taschen bilden mit dem Gehäuse zusammen Steuerkanten, mit denen
die vorgenannten Steuerkolben zusammenwirken.
[0012] Das Sicherheitsventil hat einen Pumpenanschluß P, Arbeitsanschlüsse A und B sowie
Tankanschlüsse R und S.
[0013] Ein Kanal 40 verläuft vom Pumpenanschluß P zu einem Ringkanal 122 der zentralen Bohrung,
ein Kanal 42 verläuft vom Arbeitsanschluß A zum Ringkanal 94, ein Kanal 44 verläuft
vom Arbeitsanschluß B zum Ringkanal 90, ein Kanal 46 verläuft vom Tankanschluß R zum
Ringkanal 78 und ein Kanal 48 verläuft vom Tankanschluß S zu einem Ringkanal 124 der
zentralen Bohrung 16.
[0014] Vom Kanal 46 zweigt ein Zweigkanal 50 ab, der in den Ringkanal 96 mündet und vom
Kanal 40 gehen zwei Zweigkanäle 52 ab, von denen der eine über eine Ringnut des linken
Arbeitskolbens 22 in die Tasche 76 mündet, während der andere über eine Ringnut des
rechten Arbeitskolbens 22 in die Tasche 98 mündet.
[0015] Ferner sind die Ringkanäle 86 und 92 durch einen Verbindungskanal 54 verbunden,
die Ringkanäle 84 und 90 sind durch einen Verbindungskanal 56 verbunden, die Ringkanäle
82 und 88 sind durch einen Verbindungskanal 58 verbunden, und die Ringkanäle 80, 94
sind durch einen Verbindungskanal 60 miteinander verbunden.
[0016] Das Vorsteuerventil 12 ist mit einem Kolben 102 versehen, der in einer Bohrung des
Ventilgehäuses axial hin- und herbewegbar ist. Er wird durch Druckfedern 108, die
in Federkammern 110 angeordnet sind, bei nicht erregtem Elektromagneten 106 in der
in Fig. 1 gezeigten Grundstellung gehalten. Die Federkammern 110 stehen über einen
Verbindungskanal 112 ständig in Verbindung miteinander. Die zentrale Bohrung ist
mit in axialen Abständen ausgebildeten Ringkanälen 126, 128, 130 versehen.
[0017] Das Vorsteuerventil 14 hat einen in einer Axialbohrung hin- und herbewegbaren Kolben
104, der durch Druckfedern 114, die in Federkammern 116 angeordnet sind,bei nicht-erregtem
Elektromagneten 106 in der in Fig. 1 gezeigten Grundstellung gehalten ist. Die beiden
Federkammern 116 stehen über einen Verbindungskanal 118 ständig in Verbindung miteinander.
Die zentrale Bohrung ist mit in axialen Abständen ausgebildeten Ringkanälen 132, 134
und 136 versehen.
[0018] Im Gehäuse des Sicherheitsventils sind ferner Steuerkanäle 62, 64, 66 und 68, 70,
72 ausgebildet, wobei der Steuerkanal 62 von der Tasche 74 zum Ringkanal 128 des Vorsteuerventiles
12 führt; der Steuerkanal 64 führt von der Tasche 76 zum Ringkanal 132 des Vorsteuerventils
14; der Steuerkanal 66 führt vom Ringkanal 78 zum Ringkanal 126 des Vorsteuerventils
12. Der Steuerkanal 68 führt von Tasche 100 zum Ringkanal 134 des Vorsteuerventils
14; der Steuerkanal 70 führt von Tasche 98 zum Ringkanal 130 des Vorsteuerventils
12 und der Steuerkanal 72 führt vom Ringkanal 96 zum Ringkanal 136 des Vorsteuerventils
14.
[0019] Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil arbeitet wie folgt. In Fig. 1 ist die Grundstellung
gezeigt, in der die beiden Elektromagneten 106 der Vorsteuerventile 12, 14 nicht
erregt sind. Der linke Arbeitskolben 22 wird vom Zulauf P über den rechten Zweigkanal
52, den Steuerkanal 70, das Vorsteuerventil 12 und den Steuerkanal 62 mit dem Pumpendruck
beaufschlagt; entsprechend wird der rechte Arbeitskolben 22 über den linken Zweigkanal
52, den Steuerkanal 64, das Vorsteuerventil 14 und den Steuerkanal 68 mit dem Pumpendruck
beaufschlagt. Da aber auch in der zentralen Bohrung 16 über den Kanal 40 und eine
nicht näher bezeichnete Längs- und Querbohrung im Ventilkörper 18 Pumpendruck herrscht,
heben sich diese Drücke auf und die beiden Ventilkörper 18, 20 werden durch ihre Federn
24 aufeinanderzu gedrückt, bis sie mit ihren Stirnflächen aneinanderstoßen und die
in Fig. 1 gezeigte Grundstellung einnehmen. In dieser Stellung des Sicherheitsventiles
ist der Pumpenanschluß P über den Kanal 40, den Ringkanal 122, den Ringkanal 84, den
Verbindungskanal 56 und den Ringkanal 90 mit dem Kanal 44 und damit mit dem Arbeitsanschluß
B verbunden. Der Arbeitsanschluß A ist hingegen über den Kanal 42, den Ringkanal
94, den Ringkanal 96 und den Zweigkanal 50 mit dem Kanal 46 und damit mit dem Tankanschluß
R verbunden (außerdem auch über 60, 80, 78 und 46).
[0020] In der in Fig. 2 gezeigten Schaltstellung sind die Vorsteuerventile 12 und 14 angesteuert,
ihre Magnete erregt und ihre Kolben 102, 104 in ihre Schaltstellung umgeschaltet.
Der linke Arbeitskolben 22 ist über seine Querbohrung 38, die Ringnut 120, die Tasche
74, den Steuerkanal 62, das Vorsteuerventil 12, den Steuerkanal 66 und die Ringnut
78 an den Kanal 46 und damit an den Tankanschluß R angeschlossen. Der rechte Arbeitskolben
22 ist über seine Querbohrung 38, die Ringnut 120, die Tasche 100, den Steuerkanal
68, das Vorsteuerventil 14, den Steuerkanal 72, den Ringkanal 96 und den Zweigkanal
50 ebenfalls an den Tankanschluß R angeschlossen. Da in der zentralen Bohrung 16 vom
Pumpenanschluß P her über den Kanal 40 und über die nicht näher bezeichneten Bohrungen
im Ventilkörper 18 der volle Pumpendruck herrscht, werden die beiden Ventilkörper
axial voneinander weg gedrückt, bis zum Anschlag ihrer Arbeitskolben 22 am Gehäuse,
wie Fig. 2 zeigt.
[0021] In dieser Schaltstellung ist der Pumpenanschluß P über den Kanal 40, die Ringkanäle
122, 86, den Verbindungskanal 54 und die Ringkanäle 92, 94 mit dem Kanal 42 und damit
mit dem Arbeitsanschluß A verbunden. Der andere Arbeitsanschluß B ist über den Kanal
44, den Ringkanal 90, den Verbindungskanal 56, den Ringkanal 84, den Ringkanal 82,
den Verbindungskanal 58 und die Ringkanäle 88 und 124 an den anderen Tankanschluß
S angeschlossen.
[0022] Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei Fehlschaltungen, wobei in Fig. 3 das Vorsteuerventil
12 nicht geschaltet hat, während das Vorsteuerventil 14 geschaltet hat, wogegen in
Fig. 4 umgekehrt das Vorsteuerventil 12 geschaltet und das Vorsteuerventil 14 nicht
geschaltet hat.
[0023] In beiden Fehlschaltungen ist der Pumpenanschluß P mit dem Arbeitsanschluß B verbunden,
während der Arbeitsanschluß A an den Tankanschluß R angeschlossen ist.
[0024] Bei der Fehlschaltung nach Fig. 3 geht die Verbindung vom Pumpenanschluß P über den
Ringkanal 84 und den Verbindungskanal 56 zum Ringkanal 90 und damit zum Arbeitsanschluß
B, während der Arbeitsanschluß A über den Ringkanal 94 und den Verbindungskanal 60
sowie die Ringkanäle 80, 78 mit dem Tankanschluß R verbunden ist.
[0025] In der Fehlschaltung nach Fig. 4 ist der Arbeitsanschluß B über die Ringkanäle 90,
92, den Verbindungskanal 54 und die Ringkanäle 86, 122 an den Pumpenanschluß P angeschlossen,
während der Arbeitsanschluß A über die Ringkanäle 94, 96 und den Zweigkanal 50 mit
dem Tankanschluß R in Verbindung steht.
[0026] Bei der Fehlschaltung nach Fig. 3 herrscht in der Federkammer 138 des linken Arbeitskolbens
der volle Pumpendruck, da diese Federkammer über die Querbohrung 38 und die Ringnut
120 an den vom Pumpenanschluß P kommenden Zweigkanal 52 angeschlossen ist. Der rechte
Arbeitskolben 22 ist hingegen druckentlastet, da er über den Steuerkanal 68, das Vorsteuerventil
14, den Steuerkanal 72 und den Ringkanal 96 sowie den Zweigkanal 50 mit dem Tankanschluß
R verbunden ist. In Fig. 4 ist dies genau umgekehrt, hier ist die Federkammer 138
des rechten Arbeitskolbens 22 über den Zweigkanal 52 an den Pumpenanschluß P angeschlossen,
während der linke Arbeitskolben 22 über den Steuerkanal 62, das Vorsteuerventil 12
und den Steuerkanal 60 sowie den Ringkanal 78 mit dem Tankanschluß R verbunden und
damit druckentlastet ist.
[0027] Diese Fehlschaltungen können auch durch nachträgliche Schaltung des defekten Gliedes
nicht aufgehoben werden. Wenn beispielsweise in Fig. 3 das Vorsteuerventil 12 noch
nachträglich schalten würde, so würde zwar die jetzt unter Pumpendruck stehende Steuerleitung
62 über die Steuerleitung 66 druckentlastet werden, der linke Arbeitskolben 22 bleibt
aber weiterhin durch den vollen Pumpendruck beaufschlagt (über 52, 120 und 38), wie
oben erläutert wurde. Weiterhin kann die rechte Federkammer 138 auch durch Umschalten
des Ventiles 14 nicht mehr mit Druck beaufschlagt werden, da der Druckanschluß vom
Ventil 14 über den Kanal 64, die Tasche 76, den Ringkanal 78, und den Kanal 46 mit
dem Tankanschluß R verbunden ist. Entsprechendes gilt für die Fehlschaltung nach Fig.
4.
[0028] Um das Ventil nach einer Fehlschaltung wieder funktionsfähig zu machen, müssen daher
zuerst die Fehler beiseitigt und das Ventil durch Druckentlastung an P wieder in die
Grundstellung gebracht werden.
[0029] Fig. 5 zeigt das erfindungsgemäße Sicherheitsventil in Schaltstellung gekoppelt mit
einem Proportional-Dreiwege-Druckminderventil, nachfolgend aus Gründen der Einfachheit
nur "Druckminderventil" genannt.
[0030] Wie Fig. 5 zeigt, ist das Druckminderventil 140 auf einer Seite über eine Leitung
49 ständig an den Tankanschluß 5 angeschlossen, während seine andere Seite je nach
Schaltstellung über eine Leitung 142 mit dem Pumpenanschluß P oder über eine Leitung
144 mit dem Tankanschluß R verbunden werden kann.
[0031] Die Arbeitsanschlüsse A und B sind über Leitungen 43, 45 an einen Verbraucher angeschlossen,
z.B. an einen Differentialzylinder 146 mit Kolben 148, wobei die Leitung 43 vom Arbeitsanschluß
A zum kolbenstangenseitigen Raum 152 und die Leitung 45 vom Arbeitsanschluß B zum
zylinderseitigen Raum 150 des Differentialzylinders 146 führt.
[0032] Das Ventil nach Fig. 5 arbeitet folgendermaßen. Das Sicherheitsventil befindet sich
in Schaltstellung, in der, wie oben bereits ausgeführt, der Pumpenanschluß P mit dem
Arbeitsanschluß A verbunden ist, während der Arbeitsanschluß B mit dem Tankanschluß
S verbunden ist.
[0033] Durch entsprechende Einstellung des Druckes am Druckminderventil kann nun die Bewegungsrichtung
des Kolbens 148 umgekehrt und seine Geschwindigkeit gesteuert werden.
[0034] Wird am Druckminderventil der Sekundärdruck beispielsweise auf Null bar eingestellt,
so strömt das Druckmittel, d.h. das Öl, aus dem zylinderseitigen Raum 150 über B
nach S und von dort über das Druckminderventil 140 und die Leitung 144 zum Tankanschluß
R ab. Am Anschluß A und damit im kolbenstangenseitigen Raum 152 des Differentialzylinders
146 herrscht dagegen der volle Pumpendruck, so daß sich der Kolben 148 nach links
in Fig. 5 bewegt. Durch entsprechende Einstellung des Sekundärdruckes am Druckminderventil
140 kann nun das Abströmen des Öls aus dem Raum 150 gesteuert und damit die Geschwindigkeit,
mit der sich der Kolben 148 vorwärts bewegt, eingestellt werden.
[0035] Wird hingegen am Druckminderventil der Sekundärdruck auf den Pumpendruck eingestellt,
so strömt Öl vom Pumpenanschluß P über die Leitung 142, das Druckminderventil 140
und den Tankanschluß S zum Arbeitsanschluß B. Da der Arbeitsanschluß A auch weiterhin
an den Pumpenanschluß P angeschlossen ist, herrscht sowohl im zylinderseitigen Raum
150 als auch im kolbenstangenseitigen Raum 152 des Differentialzylinders 146 der Pumpendruck,
da aber die Kolbenstirnfläche auf der Seite des Raumes 150 größer ist als die Kolbenstirnfläche
auf der Seite des Raumes 152 (wegen der Kolbenstange), bewegt sich der Kolben 148
nach rechts in Fig. 5. Das hierdurch aus dem Raum 152 verdrängte Öl strömt über A
nach P ab.
[0036] Geht der Kolben 148 auf Anschlag, z.B. an einem Werkstück, so läßt sich die Anpreßkraft
durch das Druckminderventil 140 einstellen, wobei die Anpreßkraft nach rechts maximal
ist, wenn am Arbeitsanschluß B der volle Pumpendruck herrscht, während die Anpreßkraft
nach links maximal ist, wenn der Arbeitsanschluß 8 über den Anschluß 5 und′ das Druckminderventil
140 zum Tankanschluß R voll entlastet ist.
[0037] Bei einer Fehlschaltung ist das Druckminderventil 140 außer Funktion, weil der Anschluß
S bei jeder Fehlschaltung gesperrt ist.
[0038] Der Kolben 148 läuft dann nach rechts auf Anschlag, da bei jeder Fehlschaltung,
wie oben bereits erläutert, der Arbeitsanschluß A zum Tankanschluß R entlastet, der
Arbeitsanschluß B hingegen an den Pumpenanschluß P angeschlossen ist.
[0039] Mit Hilfe des Druckminderventiles ist es somit möglich, den Druckaufbau und -abbau
im Differentialzylinder 146 zu steuern, die Geschwindigkeit des Kolbens 148 einzustellen
und seine Bewegungsrichtung umzukehren.