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Title:
DEVICE FOR DYNAMICALLY MONITORING PRESSURE DIFFERENCES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/029433
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a device for dynamically monitoring pressure differences in at least two pressure pipes (207, 211), preferably in safety valves of pneumatically operated consumers. The inventive device is characterized in that, if the pressure in the two pressure pipes is equal, the restoring force of the at least one readjusting spring (205) together with the pressure force acting upon the pressure surface (A2) facing the at least one readjusting spring is larger than the pressure force (a1) acting upon the pressure surface facing away from the readjusting spring, thereby maintaining the piston-cylinder unit (202) in its rest position. The piston-cylinder unit changes to a storage position even if the pressure force acting upon the pressure surface facing the at least one readjusting spring (205) is reduced only for a short time. In said storage position, the pressure force acting upon the pressure surface facing away from the readjusting spring (205) is larger than the sum of the elastic force and the pressure force acting upon a third entrance surface (A3) when again impinged upon with a pressurized fluid. The piston-cylinder unit can only be restored from the storage position to the rest position by removing the pressure acting upon the pressure surface facing away from the readjusting spring.

Inventors:
PFUND STEFAN (DE)
BALDAUF GUENTER (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/003375
Publication Date:
April 26, 2001
Filing Date:
September 28, 2000
Export Citation:
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Assignee:
IMI NORGREN HERION FLUIDTRONIC GMBH & CO KG (DE)
PFUND STEFAN (DE)
BALDAUF GUENTER (DE)
International Classes:
F15B20/00; F15C3/04; (IPC1-7): F15B20/00
Foreign References:
DE19622198A11997-12-04
Attorney, Agent or Firm:
OTTE & JAKELSKI (Mollenbachstrasse 37 Leonberg, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur dynamischen Überwachung von Druck differenzen in wenigstens zwei Druckleitungen, vor zugsweise bei Sicherheitsventilen bei druckluftbe triebenen Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, daß eine KolbenZylindereinheit vorgesehen ist, mit we nigstens zwei einander gegenüberliegenden, unter schiedlich großen wirksamen Druckflächen (A1, A2), deren eine durch die eine Druckleitung und deren an dere durch die andere Druckleitung mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagbar sind und mit einem Kolben (202), der entgegen der Rückstellkraft wenig stens einer Rückstellfeder (205) beweglich ist der art, daß bei gleichem Druck in den beiden Drucklei tungen die Rückstellkraft der wenigstens einen Rück stellfeder (205) zusammen mit der an der der wenig stens einen Rückstellfeder (205) zugewandten Druck fläche (A2) anliegenden Druckkraft größer ist wie die an der der Rückstellfeder (205) abgewandten Druckfläche (Al) anliegende Druckkraft, so daß die KolbenZylindereinheit in ihrer Ruhestellung ver harrt, und daß die KolbenZylindereinheit bei einer auch nur kurzfristigen Verringerung der an der der wenigstens einen Rückstellfeder (205) zugewandten Seite anliegenden Druckkraft in eine Speicherstel lung übergeht, in der die an der der wenigstens ei nen Rückstellfeder (205) abgewandten Druckfläche (Al) anliegende Druckkraft größer ist als die Summe aus der Federkraft und der an einer dritten Ein trittsfläche (A3) bei einer Wiederbeaufschlagung mit unter Druck stehendem Fluid anliegende Druckkraft und daß die KolbenZylindereinheit aus der Speicher stellung nur durch Entfernen des auf die der Rück stellfeder (205) abgewandten Druckfläche (A1) wir kenden Drucks in die Ruhestellung rückführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der der wenigstens einen Rückstellfeder (205) abgewandten Seite angeordnete Druckfläche (Al) durch eine Betätigungsmembran (201) der Kolben Zylindereinheit gebildet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der der wenigstens einen Rückstellfeder (205) abgewandten Seite angeordnete Druckfläche (AI) durch ein Dichtelement, vorzugsweise durch einen Lippenring, eines Kolbens der Kolbenzylindereinheit gebildet wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die KolbenZylindereinheit wenigstens zwei Anschlüsse (208,210) aufweist, de ren einer mit der Atmosphäre verbunden ist und deren anderer in Ruhestellung der KolbenZylindereinheit mit einem der wenigstens einen Rückstellfeder (205) zugewandten Anschluß (207) verbunden ist und die in Speicherstellung der KolbenZylindereinheit mit dem mit der Atmosphäre verbundenen Anschluß (210) ver bunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die auf die der wenigstens einen Rückstellfeder (205) abgewandten Druckfläche (Al) wirkende Druckkraft durch Entlüftung vorzugs weise durch ein Magnetventil oder durch ein mecha nisch betätigbares Ventil oder durch Entfernen des gesamten Systemdrucks abbaubar ist.
Description:
Vorrichtung zur dynamischen Uberwachung von Druckdifferenzen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Überwachung von Druckdifferenzen in wenigstens zwei Druckleitungen.

Derartige Vorrichtungen kommen insbesondere zur dynami- schen Überwachung von Ventilen, insbesondere Sicher- heitsventilen für druckmittelbetriebene Verbraucher mit zwei parallel geschalteten, je einen Arbeitskolben und je einen mit diesem verbundenen Ventilteller aufweisen- den Wegeventilen, von denen jedes durch ein ihm zuge- ordnetes Vorsteuerventil schaltbar ist, wie sie bei- spielsweise aus der DE 196 22 198 A1 hervorgeht, zum Einsatz. Die aus der DE 196 22 198 Al hervorgehende Vorrichtung zur dynamischen Überwachung ist dadurch ge- kennzeichnet, daß an zwei einander zugeordneten Punkten zweier Wegeventile jeweils ein druckbeaufschlagbares mechanisches Schaltelement angeschlossen ist, durch welches bei unterschiedlichen Drücken an diesen beiden Punkten ein Sicherheitsventil sperrbar ist.

Vorteilhaft bei dieser Vorrichtung ist es, daß zur Überwachung des Ventils keine elektrischen oder elek- tronischen Komponenten erforderlich sind, die ihrer- seits störanfällig sein können.

Diese Vorrichtung weist jedoch einen verhältnismäßig aufwendigen mechanischen Aufbau auf, der aufwendig her- zustellen ist und störanfällig sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur dy- namischen Überwachung von Druckdifferenzen in wenig- stens zwei Druckleitungen, vorzugsweise bei Sicher- heitsventilen bei druckluftbetriebenen Verbrauchern da- hingehend weiterzubilden, daß ohne elektrische und/oder mechanische Teile auf pneumatischem Wege nicht nur eine zuverlässige und schnelle Detektion einer Druckdiffe- renz, sondern darüber hinaus auch eine Speicherung ei- ner erfaßten Druckdifferenz auch dann, wenn diese Druckdifferenz nur kurzfristig aufgetreten ist, möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur dynami- schen Überwachung der eingangs beschriebenen Art erfin- dungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und hat den Vorteil, daß Kolben-Zylindereinheiten auf einfache Weise herzustellen sind und einen funtionssi- cheren Betrieb ermöglichen. Dabei sind neben dem Kol- ben, der Feder und der Membran keine mechanischen Teile erforderlich.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Kolben- Zylindereinheit aus ihrer Speicherstellung nur durch vorzugsweise manuelles Entfernen des auf die der Feder abgewandten Druckfläche wirkenden Drucks in die Ruhe- stellung rückführbar ist. Hierdurch werden Druckdiffe- renzen nicht nur erkannt, sondern gewissermaßen gespei- chert, so daß auch dann, wenn keine Druckdifferenz mehr vorhanden ist und infolge davon in beiden Druckleitun- gen der gleiche Druck herrscht, ein aufgetretener Feh- ler noch gespeichert ist bzw. festgestellt werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Ge- genstand der Unteransprüche. So ist es beispielsweise vorteilhaft, daß die an der der Feder abgewandten Seite angeordnete Druckfläche durch eine Betätigungsmembran der Kolben-Zylindereinheit gebildet wird. Auf diese Weise können insbesondere keine Undichtigkeiten zwi- schen den beiden Druckleitungen oder in der Kolben- Zylindereinheit auftreten. Darüber hinaus kann die Druckfläche aber auch durch einen Kolben mit einem Dichtelement, das beispielsweise ein Lippenring sein kann, ausgebildet werden.

Rein prinzipiell kann die Kolben-Zylindereinheit auf die unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet sein.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Kolben-Zylindereinheit wenigstens zwei Anschlüsse auf- weist, deren einer mit der Atmosphäre verbunden ist und deren anderer in Ruhestellung der Kolben- Zylindereinheit mit der der Rückstellfeder zugewandten Ventilleitung verbunden ist und der in Speicherstellung der Kolben-Zylindereinheit mit dem mit der Atmosphäre verbundenen Anschluss verbunden ist. Auf diese Weise kann ein Sicherheitsventil, wie es beispielsweise aus der DE 196 22 198 A1 hervorgeht, über diesen Anschluss auf besonders vorteilhafte Weise direkt angesteuert werden, so daß es bei einer Druckdifferenz in den bei- den Leitungen in einer Schaltstellung verharrt, in der eine Betätigung einer durch das Sicherheitsventil anzu- steuernden Vorrichtung, beispielsweise einer Presse, nicht möglich ist.

Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß der auf die der Feder abgewandten Druckfläche wirkende Druck durch Entlüftung, vorzugsweise mittels eines Magnetven- tils oder mittels eines mechanisch, beispielsweise durch einen Schlüsselschalter, betätigbaren Ventils ab- baubar ist oder wenn der gesamte Systemdruck entfernt wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegen- stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne- rischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 eine von der Erfindung Gebrauch machende Vor- richtung in Ruhestellung und Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in Speicherstellung.

Eine Vorrichtung zur dynamischen Überwachung von Druck- differenzen in wenigstens zwei Druckleitungen in Form eines Signalspeicherventils, dargestellt in Fig. 1 und Fig. 2, umfaßt ein Gehäuse 200 mit zwei Anschlüssen 207,211, die mit (nicht dargestellten) Druckleitungen verbindbar sind. In dem Gehäuse 200 ist in einer Off- nung des Gehäuses 200 ein Kolben 202 entgegen der Rück- stellkraft von Rückstellfedern 205 verschieblich.

Die Vorrichtung umfaßt ferner zwei Anschlüsse 208,210, wobei einer der Anschlüsse 208 abhängig von der Stel- lung des Kolbens 202 entweder mit dem Anschluss 207 oder mit dem Anschluss 210, der seinerseits mit der At- mosphäre verbunden ist, verbindbar ist.

Der Kolben 202 ist auf seiner den Rückstellfedern 205 abgewandten Seite durch eine Membran 201 abgeschlossen, die in dem Gehäuse 200 befestigt ist und eine wirksame Druckfläche Al bildet, mit der der Kolben 201 mit einem Druck, der an dem Anschluß 211 herrscht, beaufschlagbar ist.

Auf der der Feder 205 zugewandten Seite des Kolbens 202 wird die wirksame Druckfläche durch die auf dieser Sei- te größere, durch einen Sitz 209 ausgebildete Druckflä- che A2 des Kolbens 202 gebildet.

Die durch die Rückstellfedern 205 erzeugte Federkraft hält den Kolben 202 in seiner in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung. Hierzu weist der Kolben 202 auf seiner den Rückstellfedern 205 abgewandten Seite Dichtflächen 203 auf, die mit dem Ventilsitz 209 zusammenwirken.

Auf seiner den Rückstellfedern 205 zugewandten Seite weist der Kolben 202 ferner eine Dichtfläche 204 auf, die mit einem Ventilsitz 206 zusammenwirkt.

Die dargestellte Vorrichtung speichert ein Signal immer dann, wenn gleichzeitig am Anschluss 211 ein Druck und am Anschluss 207 kein Druck anliegt oder wenn hier eine Druckdifferenz anliegt, wie im folgenden näher be- schrieben wird.

Werden die beiden Anschlüsse 207 und 211 mit Druck be- aufschlagt, so verbleibt der Kolben 202 in seiner in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung. Die Federkraft der Rückstellfedern 205 und die Druckkraft an der Fläche A2, die durch den Fluiddruck am Anschluß 207 erzeugt wird und auf den Ventilsitz 209 wirkt, ergeben in Ruhe- stellung eine resultierende Kraft, die den Kolben 202 entgegen einer Kraft halten, die durch den Fluiddruck, der an der Membran 201 auftritt, hervorgerufen wird. Es versteht sich, daß die beiden wirksamen Flächen A1, A2 sowie die Federkonstante dabei so gewählt sind, daß die wirksame Fläche A2 abzüglich der wirksamen Fläche Al bei gleichem Druck an den Anschlüssen 207 und 211 eine resultierende Druckkraft ergeben, die so gewählt ist, daß der Kolben 202 in seiner Ruhestellung verharrt. In dieser Ruhestellung liegt an dem Anschluß 208 der glei- che Fluiddruck an wie am Anschluß 207. Der Anschluß 210 ist mit der Atmosphäre verbunden oder permanent ohne Druck.

Die Speicherfunktion der Vorrichtung ist folgende.

Fällt der Fluiddruck am Anschluß 207 und damit am An- schluß 208 ab-wobei eine Druckdifferenz durch das Zu- sammenspiel der Fläche A1, A2 und die Federkraft der Federn 205 bestimmt werden kann, bei der ein Speicher- vorgang eingeleitet werden soll-so verbleibt nur noch die Federkraft und die resultierende Kraft aus dem niedrigeren Druck gegenüber dem Anschluss 211 an den Anschlüssen 207 und 208, um den Kolben 202 in seiner Ruhestellung zu halten. Da aber die an der Membran 201 anliegende Druckkraft die Federkraft und die resultie- rende Kraft aus dem niedrigeren Druck gegenüber dem An- schluss 211 an den Anschlüssen 207 und 208 überwiegt, da der Anschluss 211 weiterhin mit einem Druck beauf- schlagt ist, bewegt sich der Kolben 202 in die in Fig.

2 dargestellte Speicherstellung nach unten in Richtung des Ventilsitzes 206 mit der Fläche A3.

Wenn nun an den Anschlüssen 207 und 208 wieder ein Fluiddruck anliegt bzw. der Druck wieder ansteigt, so entsteht nur eine geringe nach oben gerichtete Kraft, die gebildet wird aus dem Produkt"Sitzfläche A3 des Ventilsitzes 206 mal Fluiddruck". Die Sitzfläche A3 des Ventilsitzes 206 ist dabei so dimensioniert, daß diese Kraft zusammen mit der von den Rückstellfedern 205 er- zeugten Kraft nicht ausreicht, den Kolben 202 gegen die nach unten gerichtete Kraft, die gebildet wird durch das Produkt"Fluiddruck mal Membranfläche A1"zu bewe- gen. Ein Druckausgleich zwischen Anschluss 207 und An- schluss 211 führt nicht zum Rücksetzen bzw. Löschen der Speicherfunktion der Vorrichtung in die Ruhestellung.

Die aufgetretene Druckdifferenz bleibt gewissermaßen durch die Stellung des Kolbens, der den Anschluss 208 durch den Anschluss 210 mit der Atmosphäre verbindet, gespeichert.

Ein Rücksetzen der Vorrichtung, d. h. eine Löschfunktion kann nur dadurch erzielt werden, daß der Raum über der Membran 201 durch den Anschluß 211 entlüftet wird, so daß die Federn 205 und der an der Sitzfläche A3 anste- hende Fluiddruck den Kolben 202 wieder in seine Aus- gangs-oder Ruhestellung nach oben bewegen. In diesem Falle ist das gespeicherte Signal gelöscht. Die Entlüf- tung kann beispielsweise durch ein Magnetventil oder auch durch ein mechanisch betätigtes Ventil, beispiels- weise auch mittels eines Schlüsselschalters erfolgen.

Ein Rücksetzen der Vorrichtung ist auch durch das Ab- schalten des Systemdruckes möglich. Dadurch können z. B. das Magnetventil oder auch das mechanisch betätigte Ventil, das beispielsweise mittels eines Schlüssel- schalters betätigt wird, entfallen.

Der Vorteil der oben beschriebenen Vorrichtung ist dar- in zu sehen, daß sie auf einfache Weise herstellbar ist, aufgrund wenig beweglicher Teile eine zuverlässige Funktion ermöglicht und ganz besonders auch darin, daß ein Druckabfall an dem Eingang 207 auch nach einem Wie- deraufbau des Drucks in dieser Leitung nicht nur fest- stellbar, sondern speicherbar ist so lange, bis durch manuelle Betätigung ein Rücksetzen der Vorrichtung er- folgt.