(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気作動式の消費装置のための安全弁であって、
前記安全弁が、２つの孔を有するハウジング（１２）と、各１つの作業ピストン（１６ａ，１６ｂ）と該作業ピストンに結合された各１つの弁頭とを有する、並列接続された２つの両方向切換弁と、を備え、
前記各方向切換弁が、それぞれに対応配置された前制御弁（２６ａ，２６ｂ）によって切換え可能であり、両弁頭がそれぞれ、前記ハウジングの各１つの孔内で案内され、前記ハウジングの両孔が２つの交差通路（４６ａ，４６ｂ）によって、十字状に互いに接続されており、第１の前制御弁（２６ａ）の弁座（２８ａ）が、第２前制御通路（４８ｂ）を介して一方の交差通路（４６ｂ）に接続され、該一方の交差通路が、一方の弁頭（１８ｂ）の孔（３６ｂ）を起点にして延び、第２の前制御弁（２６ｂ）の弁座（２８ｂ）が、第１前制御通路（４８ａ）を介して、他方の交差通路（４６ａ）に接続され、該他方の交差通路が、他方の弁頭（１８ａ）の孔（３６ａ）を起点にして延びている形式のものにおいて、
両方向切換弁のそれぞれの前制御通路（４８ａ，４８ｂ）のそれぞれの対応する２つの地点に、それぞれの前制御通路（４８ａ，４８ｂ）内の流体の流通と遮断とを切換えるために、それぞれ１つの圧縮空気作動式の切換エレメントが設けられ、
該切換エレメントはそれぞれ、他方の切換エレメントに十字状に接続されており、
各切換エレメントは、第１前制御通路（４８ａ）内の流体圧力と第２前制御通路（４８ｂ）内の流体圧力により制御され、
前記切換エレメントによって、前記２つの地点で圧力が異なる場合に、安全弁が遮断可能であり、両切換エレメントのうちの少なくとも一方を外部から圧縮空気作動式に操作することによってのみ、再び作動接続可能であることを特徴とする、安全弁。
【請求項２】
前記各切換エレメントが、ピストン・シリンダユニットを備えた、少なくとも２つの圧力導管内の圧力差を動的に監視するための装置であって、
前記装置が、前記２つの圧力導管内の圧力が異なる場合に、両方向切換弁のうちの一方を大気に接続するようになっている、請求項１に記載の安全弁。
【請求項３】
少なくとも２つの前記圧力導管内の圧力差を動的に監視するための装置が、ピストン・シリンダユニットを有し、該ピストン・シリンダユニットが、互いに対向して位置する、異なる大きさの２つの有効受圧面（Ａ１，Ａ２）を備え、
且つ一方の有効受圧面には一方の圧力導管（２０７）を通して、他方の有効受圧面には他方の圧力導管（２１１）を通して、受圧下の流体が負荷可能であり、
さらにピストン・シリンダユニットが、少なくとも１つの戻しばね（２０５）の戻し力に抗して運動可能なピストン（２０２）を有し、両圧力導管（２０７，２１１）内の圧力が同じ場合には、少なくとも１つの戻しばね（２０５）の戻し力と、少なくとも１つの戻しばね（２０５）に向いた受圧面（Ａ２）に前記圧力導管（２０７）の流体により加えられる押圧力とを一緒にした大きさが、戻しばね（２０５）とは反対側の受圧面（Ａ１）に前記他方の圧力導管（２１１）の流体により加えられる押圧力の大きさに等しいことにより、ピストン・シリンダユニットが休止位置に留まり、
該休止位置では、前記圧力導管（２０７）の加圧された流体は、各切換エレメントの前制御弁と流通し、
少なくとも１つの前記戻しばね（２０５）に向いた側に加えられる押圧力が短期間だけでも減少すると、ピストン・シリンダユニットが蓄積位置に移行して前記圧力導管（２０７）と各切換エレメントの前制御弁との間の流通を遮断し、
該蓄積位置では、少なくとも１つの前記戻しばね（２０５）とは反対側の受圧面（Ａ１）に加えられる押圧力が、ばね力と、受圧下の流体の再負荷時に第３の流入面（Ａ３）に加えられる押圧力とから成る和よりも大きく、
第３の流入面（Ａ３）は、少なくとも１つの戻しばね（２０５）に向き弁座２０６に対してシールされる受圧面（Ａ２）に形成されたシール面（２０４）の露出した表面から成り、
戻しばね（２０５）とは反対側の受圧面（Ａ１）に作用する圧力を除去することによってのみ、ピストン・シリンダユニットが蓄積位置から休止位置に戻すことが可能である、請求項２に記載の安全弁。
【請求項４】
少なくとも１つの前記戻しばね（２０５）とは反対側に配置された受圧面（Ａ１）が、ピストン・シリンダユニットの操作ダイヤフラム（２０１）によって形成される、請求項３に記載の安全弁。
【請求項５】
前記ピストン・シリンダユニットが少なくとも２つの接続部（２０８，２１０）を有し、一方の接続部（２１０）が大気に接続され、他方の接続部（２０８）がピストン・シリンダユニットの休止位置では、前記圧力導管（２０７）に接続され、前記ピストン・シリンダユニットの蓄積位置では、大気に接続された接続部（２１０）に接続されている、請求項３又は４に記載の安全弁。
【請求項６】
少なくとも１つの前記戻しばね（２０５）とは反対側の受圧面（Ａ１）に作用する押圧力が、電磁弁によって又は機械的に操作可能な弁によって、減じることができる、請求項３又は４に記載の安全弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、圧縮空気作動式の消費装置のための安全弁に関する。
【０００２】
このような安全弁は例えば、ドイツ国特許第３００５５４７号明細書ならびにドイツ国特許出願公開第１９６２２１９８号明細書に由来する。
【０００３】
このような安全弁は、例えばクラッチおよびブレーキを圧縮により操作するのに使用される。両方向切換弁が異なる切換位置を取る誤切換時には、このような安全弁の場合、流入部が遮断され、消費装置に通じる導管が空気抜きされるので、この導管にはもはや圧力は残らない。このような誤切換を検出し、装置を遮断するために、ドイツ国特許第３００５５４７号明細書に由来する安全弁の場合、前制御弁のための制御空気を流入部から直接的に取り出すのではなく、交差通路から取り出すようになっており、これらの交差通路は、弁頭が案内されている両孔を互いに十字状に接続している。これにより、安全弁を常に動的に自動監視することができる。
【０００４】
本発明の課題は、このような形式の安全弁を改良して、故障を取り除いた後で弁を簡単に、好ましくは電気的な切換エレメントの助けなしに復帰または再作動接続できるような、安全弁を提供することである。
【０００５】
この課題は請求項１の特徴により解決される。この特徴の利点は、安全弁が両方向切換弁のうちの一方に故障が発生した場合に遮断可能になるだけでなく、切換エレメントの外部からの操作、例えばキー操作式スイッチによって、または手によって、またはシステム圧全体の除去によって再作動接続することもできることである。本発明の別の利点および構成が請求項２以下に記載されている。
【０００６】
例えば、各切換エレメントが、ピストン・シリンダユニットを備えた、少なくとも２つの圧力導管内の圧力差を動的に監視するための装置であり、該装置が、両圧力導管内の圧力が異なる場合に、両方向切換弁のうちの一方の弁の入口を大気に接続することが特に好ましい。両方向切換弁のうちの一方の弁の入口と大気とを接続することによって、安全装置の不慮の、かつ不所望の再作動接続が回避される。
【０００７】
切換エレメントがそれぞれ、前制御通路のうちの一つに配置されていることが好ましい。
以下に本発明の更なる利点および特徴を図面につき詳しく説明する。
【０００８】
図１〜図５に示した安全弁１０はハウジング１２を有し、ハウジング１２内には、２つの方向切換弁が並列接続されて配置されている。両方向切換弁のそれぞれは、作業ピストン１６ａおよび１６ｂと、作業ピストンに固定的に結合された弁頭１８ａ，１８ｂとを有している。ハウジング１２は、圧縮空気のための流入接続部２０と、戻し接続部２２と、消費装置接続部２４とを有している。方向切換弁のそれぞれには、電磁的に切換え可能な前制御弁２６ａもしくは２６ｂが対応配置されている。前制御弁は、弁座２８ａもしくは２８ｂと、空気抜き開口３０ａもしくは３０ｂとを有している。ピストン状の弁頭１８ａ，１８ｂはハウジング１２の孔３６ａ，３６ｂ内で案内されている。これにより、弁座３４ａ，３４ｂが開閉させられる。作業ピストン１６ａ，１６ｂによって、弁座３２ａ，３２ｂが開閉させられる。
【０００９】
両弁頭１８ａ，１８ｂは横方向孔３８を有している。これらの横方向孔は環状通路４２ａもしくは４２ｂに開口している。
【００１０】
ハウジング１２内にはさらに２つの通路４６ａ，４６ｂが形成されている。これらの通路４６ａ，４６ｂを以下、交差通路と呼ぶ。交差通路によって、両孔３６ａ，３６ｂは交互に互いに接続可能である。これらの交差通路４６ａ，４６ｂから、前制御通路４８ａ，４８ｂが分岐している。前制御通路は、蓄積室６０ａ，６０ｂと、以下に詳しく説明する、圧力差を動的に監視するための装置とを介して、前制御弁２６ａ，２６ｂの弁座２８ａ，２８ｂに通じている。なお、圧力差を動的に監視するための装置を以下に短く蓄積弁７０ａ，７０ｂと呼ぶ。前制御弁からは、さらに通路５０ａもしくは５０ｂが作業ピストン１６ａ，１６ｂに、もしくは作業ピストンの作業室１４ａ，１４ｂに通じている。
【００１１】
蓄積弁７０ａ，７０ｂは、一方の方向切換弁または並列接続された両方向切換弁のうちの一方に対応配置された蓄積弁７０ａが、第１の入口導管７１ａと第２の入口導管７３ａとを有するように接続されている。第１の入口導管７１ａは一方では電磁作動式の弁７２ａに、他方では、他方の蓄積弁７０ｂの入口導管７３ｂに接続されている。他方の方向切換弁に対応配置された蓄積弁７０ｂは、入口導管７１ｂを有している。この入口導管７１ｂは、一方では電磁作動式の弁７２ｂに、他方では、他方の蓄積弁７０ａの第２の入口導管７３ａに接続されている。これに対して、第２の入口導管７３ｂは蓄積弁７０ａの第１の入口導管７１ａに接続されている。したがって蓄積弁７０ａ，７０ｂは、蓄積室６０ａ，６０ｂを介して、同じく十字状に通路４８ａ，４８ｂを介して、並列に配置された方向切換弁に接続されている。
【００１２】
安全弁の機能形式の理解のため、蓄積弁７０ａ，７０ｂの機能形式について、図６および図７に基づき以下に説明する。
【００１３】
図６および図７に示した、圧力差を動的に監視し、これを蓄積する蓄積弁は、第２の入口導管７３ａもしくは７３ｂに接続された接続部を備えたハウジング２００と、第１の入口導管７１ａもしくは７１ｂに接続された接続部２１１とを有している。ハウジング２００の開口内では、ピストン２０２が戻しばね２０５の戻し力に抗してシフト可能である。
【００１４】
蓄積弁はさらに、接続部２０８と接続部２１０とを有している。接続部２０８は、ピストン２０２の位置に応じて、接続部２０７または大気に接続された接続部２１０に接続可能である。図１〜図５に示した安全弁の場合、接続部２０８は前制御弁２６ａ，２６ｂに接続されている。これに対して、接続部２１０は戻し接続部２２または大気に接続されている。
【００１５】
ピストン２０２の、戻しばね２０５とは反対の側は、ダイヤフラム２０１によって閉鎖されている。ダイヤフラム２０１はハウジング２００に固定されており、有効受圧面Ａ１を形成している。この有効受圧面によって、接続部２１１に形成された圧力がピストン２０２に負荷可能である。ピストン２０２の、戻しばね２０５に向いた側には、より大きなピストン２０２の受圧面によって、有効受圧面Ａ２が形成される。しかしさらに、受圧面はシール部材を備えたピストンによって形成することもできる。シール部材は例えばリップリングであってよい。
【００１６】
戻しばね２０５によって形成されたばね力はピストン２０２を、図６に示した休止位置に保持する。このことのために、ピストン２０２の、戻しばね２０５とは反対の側は、シール面２０３を有している。シール面２０３は弁座２０９と協働する。
【００１７】
ピストン２０２の、戻しばね２０５に向いた側はさらに、シール面２０４を有している。シール面２０４は弁座２０６と協働する。
【００１８】
同時に、接続部２１１に圧力が加わり、かつ接続部２０７には圧力が加わらない場合、または、以下に詳しく説明するような圧力差が蓄積弁に生じた場合にはいつも、蓄積弁は信号を蓄積する。
【００１９】
両接続部２０７および２１１に圧力が負荷される場合、ピストン２０２は図６に示した休止位置にとどまる。戻しばね２０５のばね力と、接続部２０７の流体圧によって発生させられて弁座２０９に作用する、受圧面Ａ２の押圧力とが、合成力を発生させる。この合成力は、ダイヤフラム２０１に発生する流体圧によって引き起こされる力に抗して、ピストン２０２を保持する。この場合、両有効受圧面積Ａ１，Ａ２ならびにばね定数が、有効受圧面積Ａ２から有効受圧面積Ａ１を差し引いた面積が、接続部２０７および２１１に同じ圧力が形成されている場合に合成押圧力を生じさせるように選択されており、この合成押圧力が、ピストンがその休止位置のままにあるように選択されていることは明らかである。このような休止位置において、接続部２０８には、接続部２０７におけるのと同じ流体圧が加えられている。接続部２１０は上述のように、大気または戻し接続部２２に接続されている。
【００２０】
蓄積弁の蓄積機能は次の通りである。接続部２０７における流体圧、ひいては接続部２０８における流体圧が低下した場合（有効受圧面Ａ１，Ａ２およびばね２０５のばね力の協働によって、蓄積動作を開始するべき圧力差を測定することができる）、ピストン２０２をその休止位置に保持するのに、もはや、ばね力、および接続部２１１よりも低い接続部２０７，２０８における圧力から生じる合成力しか残らない。しかし、ダイヤフラム２０１に加えられる押圧力がばね力と、接続部２１１に比べて低い接続部２０７，２０８の圧力から生じる合成力とを克服し、接続部２１１にはさらに圧力が負荷されるので、ピストン２０２は図７に示す蓄積位置に、面積Ａ３を有する弁座２０６に向かう方向に下方へ運動する。
【００２１】
次いで接続部２０７および２０８に、再び流体圧が加えられ、もしくは圧力が再び上昇すると、「弁座２０６の面積Ａ３  ｘ  流体圧」の積から形成される、上方に向けられた僅かな力のみが生じる。弁座２０６の面積Ａ３は、このような力が、戻しばね２０５によって発生する力と一緒に、「流体圧  ｘ  ダイヤフラムの有効受圧面積Ａ１」によって形成される下方に向けられた力に抗してピストン２０２を動かすことが十分にはできないように、寸法設定されている。接続部２０７および２１１相互間の圧力補償が、装置を休止位置へ復帰させ、もしくは蓄積機能を消滅させることはない。発生した圧力差は、接続部２０８を接続部２１０によって大気に接続するピストンの位置によって、ある程度蓄積されたままである。
【００２２】
蓄積弁の復帰、すなわち機能の消滅は、ダイヤフラム２０１上方の空間が接続部２１１を通して空気抜きされて、ばね２０５と、弁座の面積Ａ３に加えられた流体圧とがピストン２０２を再びその出発位置または休止位置に、上方に向かって動かすことによってのみ達成されうる。この場合、蓄積された信号は消滅する。図１〜図５との関連において以下に説明するように、空気抜きは、電磁作動式の復帰弁７２ａもしくは７２ｂを介して行うことができる。
図１〜図５に示した同一符号は同一部材を示す。
【００２３】
安全弁の機能形式は次の通りである。図１では安全弁は休止位置で示されている。休止位置においては、前制御弁２６ａ，２６ｂは閉じられており、作業ピストン１６ａ，１６ｂの作業室１４ａ，１４ｂは通路５０ａ，５０ｂと、前制御弁２６ａ，２６ｂの空気抜き開口３０ａ，３０ｂとを介して空気抜きされている。これにより、弁頭１８ａ，１８ｂは、圧縮ばね８０ａおよび８０ｂ（および圧力媒体）によって、弁座３４ａ，３４ｂに押し付けられ、これらの弁座を閉じる。作業ピストンの弁座３２ａおよび３２ｂが開かれているので、消費装置接続部２４は戻し接続部２２へ空気抜きされている。前制御弁２６ａ，２６ｂが切り換えられると、図２に示したようにこれらの弁の弁座２８ａ，２８ｂは開かれ、弁座３０ａ，３０ｂは閉じられる。蓄積室６０ａ，６０ｂの前制御通路４８ａ，４８ｂ、蓄積弁７０ａ，７０ｂの第２の接続導管７３ａ，７３ｂならびに接続導管７５ａ，７５ｂの容積は、前制御通路４８ａ，４８ｂ、蓄積室６０ａ，６０ｂ、第２の接続導管７３ａ，７３ｂ、ならびに接続導管７５ａ，７５ｂ内に存在していて、弁座２８ａ，２８ｂと通路５０ａ，５０ｂとを介して作業ピストン１６ａ，１６ｂの作業室１４ａおよび１４ｂ内に流入する圧縮空気が、作業ピストン１６ａ，１６ｂを切り換えるのに十分な大きさに選択されているので、作業ピストンは図２に示したポジションをとり、このポジションにおいて、作業ピストンの弁座３２ａ，３２ｂは閉じられ、弁頭１８ａ，１８ｂの弁座３４ａ，３４ｂは開かれている。
【００２４】
この場合、圧縮空気は流入接続部２０から中空に穿孔された弁頭１８ａ，１８ｂ内に流入し、ここから横方向孔３８を通って環状通路４２ａ，４２ｂ内に流入し、次いで交差通路４６ａ，４６ｂを通って環状通路４０ａ，４０ｂ内に流入し、ここから、弁座３４ａ，３４ｂを貫通して消費装置接続部２４を介して、消費装置に流入する。同時に圧縮空気は、交差通路４６ａ，４６ｂから、もしくは環状通路４０ａ，４０ｂから、前制御通路４８ａ，４８ｂおよび蓄積室６０ａ，６０ｂ内に流入し、蓄積弁７０ａ，７０ｂに向かって流れる。この場合蓄積弁７０ａ；７０ｂのそれぞれの入口導管７１ａ；７１ｂも、入口導管７３ａ；７３ｂも、同じ圧力下の圧縮空気で負荷されている。蓄積弁７０ａ，７０ｂはこのような状態において、上述の休止位置にあるので、弁座２８ａもしくは２８ｂには、流入全圧下にある圧縮空気が充填され、これにより、並列配置された弁の作業ピストン１６ａ，１６ｂを、導管５０ａ，５０ｂを介して切換え位置に保持する。前制御弁２６ａ，２６ｂが切り換えられ、それらの弁座２８ａ，２８ｂが閉じられると、同時に空気抜き開口３０ａ，３０ｂが開かれ、作業ピストン１６ａ，１６ｂの作業室１４ａ，１４ｂが、前制御弁の空気抜き開口３０ａ，３０ｂと通路５０ａおよび５０ｂとを介して空気抜きされる。
【００２５】
両方向切換え弁は次いで再び、図１に示した休止位置に切り換えられる。なぜならば、作業ピストン１６ａ，１６ｂにもはや圧縮空気が負荷されず、ひいてはばね８０が弁頭１８ａ，１８ｂをそれらの弁座３４ａ，３４ｂに押圧するからである。しかしこのとき、前制御通路４８ａおよび４８ｂには、流入全圧を有する圧縮空気が充填されているので、新たな切換え時には、このような圧縮空気によって、作業ピストン１６ａ，１６ｂが、図２に示したポジションに再び切り換えられる。
【００２６】
図３に示した誤切換えの場合、前制御弁２６ａの磁石が励磁されており、これに対して、前制御弁２６ｂの磁石は励磁されていないことを想定している。これにより、弁座８２ａは開かれ、しかし弁座２８ｂは開かれていない。作業ピストン１６ａには、前制御通路４８ｂと、第２の入口導管７３ａと、蓄積弁７０ａと、接続導管７５ａと、弁座２８ａと、通路５０ａとを介して、圧縮空気が負荷され、作業ピストン１６ａは第３に示したポジションに切り換えられる。これに対して、作業ピストン１６ｂは切り換えられない。これにより、弁座３４ｂは閉じられ、しかし弁座３４ａは開かれている。しかしながらこのような位置では、圧縮空気は弁座３４ａに流入することはできない。なぜならば、弁座３４ａに通じる交差通路４６ａがピストン状の弁頭１８ｂによって閉じられているからである。消費装置接続部２４は開いた弁座３２ｂを介して、戻し接続部２２に空気抜きされる。消費装置接続部２４における増圧は行われない。
【００２７】
弁頭１８ａによって圧縮空気は横方向孔３８と環状通路４２ａとを介して、交差通路４６ｂ内に流入するものの、弁頭１８ｂが閉じた位置にあるので、圧縮空気はここからさらに進むことはできない。しかしながら、交差通路４６ｂに接続された前制御通路４８ｂを介して、作業ピストン１６ａには流入全圧が負荷されたままである。
【００２８】
これに対して、前制御通路４８ａは、環状通路４０ａと開いた弁座３４ａおよび３２ｂとを介して、戻し接続部２２に空気抜きされるので、前制御通路４８ａでは圧力を増大することはできず、若干存在する圧力が、戻し圧、例えば大気圧に減じられる。
【００２９】
この場合、蓄積弁７０ａ，７０ｂが切り換えられるので、蓄積弁７０ａはその休止位置にある。この休止位置では、入口導管７３ａは接続導管７５ａを介して電磁弁２６ａの弁座２８ａに接続されているので、弁座２８ａには、前制御導管４８ｂと蓄積室６０ｂとを介して、受圧下の流体が負荷されている。これに対して蓄積弁７０ｂはその蓄積位置に移行している。なぜならば、入口導管７１ｂおよび７３ｂには、同じ圧力は存在しないからである。つまり、入口導管７３ｂは蓄積室６０ａと前制御通路４８ａとを介して戻し接続部２２に接続され、ひいては空気抜きされているので、入口導管７３ｂには圧力は存在せず、これに対して入口導管７１ｂは、蓄積室６０ｂと、前制御通路４８ｂと、交差通路４６ｂと、環状通路４２ａと、横方向孔３８とを介して、圧縮空気のための流入接続部２０に接続されている。この場合、蓄積弁７０ｂの接続部２１０（図６および図７参照）は、導管７４ｂを介して、大気に接続されている。前制御弁２６ｂを何らかの形式で切り換えて、弁座２８ｂを開く場合、作業ピストン１６ｂの切換えは不可能である。なぜならばこの場合、通路５０ｂが接続通路７５ｂと、蓄積位置に留まる蓄積弁７０ｂとを介して、導管７４ｂに接続されているからである。
【００３０】
図４に示すように、作業ピストン１６ａが再びその休止位置に移行しても、エラーは蓄積されたままになる。なぜならば、蓄積弁７０ｂの入口導管７１ｂおよび７３ｂにおける圧力状態が補償されているにもかかわらず、蓄積弁７０ｂはこの場合にも、図３に示したポジションに留まることになるからである。図５に示したような復帰弁７２を操作することによって蓄積弁が復帰させられて初めて、すなわち、導管７１ｂが空気抜きされ、蓄積弁７０ｂがその休止位置に戻されて初めて、安全弁の新たな操作が可能となる。このような復帰は、例えばキー操作式スイッチまたは他の手動式操作によって行うことができる。
【００３１】
操作の復帰は、システム圧の遮断によっても可能である。これにより、例えば電磁弁、または例えばキー操作式スイッチによって操作される機械操作式の弁を省くこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による安全弁を休止位置で示す断面図である。
【図２】  安全弁を切換位置で示す図である。
【図３】  安全弁を誤切換状態で示す図である。
【図４】  安全弁を、エラーが発生して蓄積された後の休止位置で示す図である。
【図５】  図１〜図４の安全弁を、エラーから復帰させた状態で示す図である。
【図６】  本発明による安全弁に使用される、２つの圧力導管内の圧力差を監視するための装置を、休止位置で示す図である。
【図７】  図６の装置を蓄積位置で示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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