AT404291B - Oszillierventil - Google Patents

Description

AT 404 291 B

Die Erfindung betrifft ein Oszillierventil für einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder, mit einem zwischen dem Druckmittel-Versorgungsanschluß und den beiden Arbeitszylinder-Ansteuerungsanschlüssen eingeschalteten Umsteuerventil, das über zwei, jeweils einer Schaltstellung zugeordnete und mit jeweils einem Ansteuerungsanschluß über eine Druckleitung verbundene logische NICHT-Elemente angesteuert ist und druckmittelbetätigt periodisch zwischen den beiden Schaltstellungen umschaltet.

Derartige Ventile bzw. Ventileinheiten sind für verschiedenste Anwendungen bekannt, bei denen ein Arbeitszylinder, insbesondere beispielsweise ein pneumatischer Arbeitszyfinder, dauernd Aus- und Einfahren soll. Derartige Funktionen kommen beispielsweise bei Schüttgutanlagen oder ähnlichen Anordnungen zum Einsatz, bei denen an Arbeitszylindem befestigte Massen fortlaufend an Trichter, Leitungen oder dergleichen klopfen um den Materialfluß zu erleichtern bzw. sicherzustellen. Die Steuerung der Arbeitszylinderbewegung übernehmen dabei die oben angesprochenen sogenannten Oszillierventile. Weitere Anwendungen, bei denen ähnliche oszillierende Bewegungen von Arbeitszylindern zum Einsatz kommen, sind beispielsweise Rührwerke, Pumpen und dergleichen.

Oszillierventile der genannten Art weisen bei den bekannten Ausführungen in der Regel 5/2-Wegeventi-le in Schieberbauweise auf, bei denen der Ventilkolben druckmittelbetätigt von Betätigungskolben im Ventilgehäuse verschoben wird. Die Umsteuerung übernehmen zwei logische NICHT-Elemente, bei denen die negierten Anschlüsse mit den arbeitszylinderseitigen Ausgängen des 5/2-Wegeventils verbunden sind. Die Steuerdruckversorgung erfolgt auf beiden Seiten direkt über den gleichen Anschluß. Die Entlüftungsanschlüsse im Falle pneumatischer Anwendungen sind mit verstellbaren Abluftdrosseln versehen. Während der laufenden Oszillation erfolgt durch die Abtastung des Fluiddruckes an den arbeitszylinderseitigen Anschlüssen des Ventils die Umsteuerung. Da bei jedem Arbeitshub des pneumatischen Arbeitszylinders die Abluft gedrosselt wird, entsteht jeweils am entsprechenden Anschluß ein Staudruck. Dieser bleibt solange erhalten, bis der Kolben des Arbeitszyiinders zum Ruhen kommt. Nachdem an der Abluftdrossel und damit auch am negierten Anschluß des Logikelements annähernd Umgebungsdruck herrscht, beaufschlagt es aufgrund der Negation den Betätigungskolben der entsprechenden Seite mit Druckmedium. Der Ventilschieber bewegt sich damit auf die entgegengesetzte Seite und leitet damit einen weiteren Osillations-zyklus ein.

Nachteilig bei den bekannten Anordnungen der genannten Art ist insbesondere das Startverhalten. Bei jedem Startvorgang fährt der Arbeitszylinder zunächst unkontrolliert ein und aus, wobei der komplette Kolbenhub noch nicht erreicht wird. Auch die Oszillationsfrequenz weicht in dieser Phase noch erheblich von der bei laufendem Betrieb ab. Erst nach einigen Hüben des Arbeitszylinders wird der Zustand erreicht, der dem Dauerbetrieb entspricht. Der Grund hierfür liegt in der Ansteuerung des Oszillierventils, welchem ein Sperrventil vorgeschaltet ist, das durch Druckbeaufschlagung des 5/2-Wegeventils die Oszillation beginnt und sie entsprechend mit Unterbrechung des Fluidstroms wieder beendet. Bei ruhendem System sind nun in der Regel die zum Arbeitszylinder führenden Ansteuerungsanschlüsse drucklos, womit beide Logikelemente zu Beginn geöffnet sind. Beide Betätigungskolben des Umsteuerventils sind daher bei beginnender Oszillation druckbeaufschlagt. Lediglich durch unterschiedliche Flächenausbildung des Schaltelements des Umsteuerventils wird dieses auf die Seite der geringeren Fläche bewegt. Damit wird der entsprechende Ausgang mit Druck beaufschlagt und damit gleichzeitig auch das zugeordnete Logikelement. Dieses unterbricht nun sogleich die Druckversorgung des entsprechenden Betätigungskolbens wieder. Durch die Trägheit des Systems (Arbeitskolben, Toträume) ist am anderen Ausgang noch kein Staudruck vorhanden, wodurch der Betätigungskolben des Umsteuerventils auf dieser Seite weiter mit Druck beaufschlagt ist und den Ventilkolben des Umsteuerventils wieder in die entsprechende Richtung bewegt. Durch diese Wechselwirkung entsteht beim Startvorgang zunächst die beschriebene unkontrollierte Bewegung des Ventilkolbens und entsprechend auch des Arbeitszyiinders. Erst mit dem allmählich ansteigenden Druckniveau an den arbeitszylinderseitigen Ansteuerungsanschlüssen des Umsteuerventils entsteht eine kontrollierte Oszillation. Es kann dabei bei großen Arbeitszylindern und hohen Oszillationsfrequenzen Vorkommen, daß eine kontrollierte, periodische Bewegung unter Umständen gar nicht erreicht wird. Dies ist für viele Anwendungen störend und schränkt den Einsatzbereich derartiger Osziliierventile erheblich ein.

Neben dem Startvorgang gestaltet sich aber auch der Abschaltvorgang mit den bekannten Oszillierven-tilen für manche Anwendungen problematisch. Beendet man eine laufende Oszillation, so bleibt der Arbeitszylinder an einer nicht vorher bestimmbaren Stelle stehen und kann zudem noch aufgrund der drucklosen Anschlüsse seine Lage verändern. Bei vielen Anwendungen wäre aber eine definierte Endlage wünschenswert (Arbeitskolben entweder ganz ein- oder ausgefahren). Will man z.B. Reinigungsarbeiten an einem durch ein Oszillierventil angetriebenen Rührwerk durchführen, so muß man zunächst den Arbeitszylinder in eine Lage bringen, welche die gewünschten Arbeitsvorgänge überhaupt ermöglicht. Das System kann sich wie beschrieben aber auch noch bewegen und muß daher zusätzlich fixiert werden. Dabei und auch bei anderen Anwendungen bedeutet dies zusätzlichen Arbeitsaufwand. 2

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Als weiterer Nachteil der bekannten Anordnung ist noch zu erwähnen, daß diese ohne zusätzliches Absperrventil nicht ein· bzw. ausschaltbar ist, womit auch zusätzliche Kosten für dieses weitere Absperrventil und die erforderliche Montage entstehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Oszillierventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die angesprochenen Nachteile der bekannten Ausführungen vermieden werden und daß insbesondere auf einfache Weise sowohl der Beginn als auch das Ende der Oszillation kontrolliert erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Oszillierventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest eines der NICHT-Elemente einen unabhängig vom Versorgungsanschluß schaltbaren Druckmittelanschluß aufweist. Damit ist als erstes der Anfahrvorgang unmittelbar mit dem Bewegungsablauf bei Dauerbetrieb vergleichbar. Unkontrollierte und von der eingestellten Sollfrequenz abweichende Startbewegungen sind von vornherein durch einen kontrollierten Abschaltvorgang vermieden. Das Abschalten der laufenden Oszillation erfolgt durch die Unterbrechung der Druckversorgung des separat geschalteten logischen NICHT-Elements, welches damit nicht mehr in der Lage ist nach dem abgefallenen Entlüftungsdruck am entsprechenden Anschluß einen weiteren Zyklus einzuleiten. Das Schaltelement des Umsteuerventils, insbesondere der Ventilkolben, verharrt damit auf seiten dieses Logikelements, wodurch weitere auch der Arbeitszylinder die entsprechende definierte Endlage erreicht und dort verharrt, womit die Oszillation zum Erliegen kommt.

Der Startvorgang des Arbeitszylinders erfolgt anschließend aus einer definierten Endlage. Hierzu wird das separat geschaltete logische NICHT-Element mit der Druckversorgung verbunden. Dieser unabhängig schaltbare Druckmittelanschluß zumindest eines der logischen NICHT-Elemente kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung entweder über ein internes Schaltventil mit dem Versorgungsanschluß oder aber andererseits mit einem Anschluß für extern schaltbare Druckmittelzufuhr verbunden sein. Da am entsprechenden Arbeitszylinder-Ansteuerungsanschluß kein Entlüftungsdruck mehr ansteht, versorgt nun das zugehörige logische NICHT-Element den Betätigungskolben des Umsteuerventils mit Druckmittel. Der Ventilkolben wird auf die gegenüberliegende Seite bewegt und leitet damit die Oszillation ein. Da bei ruhendem System am anderen Ansteuerungsanschluß und auf der entsprechenden Seite des Arbeitszylinders der Systemdruck vorherrscht, muß das entsprechende Volumen bei beginnendem Zyklus an der zugehörigen Abluftdrossel entlüftet werden. Erst nach beendetem Entlüftungsvorgang wird ein weiterer Zyklus eingeleitet. Der Startvorgang weist damit die gleiche Charakteristik auf, wie ein bereits laufender Oszillationszyklus und ist insbesondere nicht von der gewünschten Oszillationsfrequenz bzw. den Zylindervolumina abhängig.

Zufolge der beschriebenen Ausgestaltung kann nun auch das bisher notwendige separate externe Absperrventil entfallen. Die Oszillation kommt wie beschrieben durch Absperren der separaten Druckmittelversorgung eines der logischen NICHT-Elemente zum Erliegen, wozu lediglich entweder ein Vorsteuerventil, welches als internes Schaltventil im Oszillierventil integriert sein kann, oder ein externes Vorsteuerventil benötigt wird. Die Baugröße dieses Ventils ist zufolge seiner Funktion bzw. des erforderlichen Durchflusses im Vergleich zum bisher benötigten separaten externen Absperrventil für den Versorgungsdruck wesentlich geringer.

In vorteilhafter Weise ist es durch die beschriebene Anordnung nach der Erfindung auch möglich, mittels eines kurzen Druck- bzw. elektrischen Signals, dessen Schaltdauer größer als die Schaltzeit des Oszillierventils ist, einen einzelnen Oszillationszyklus auszulösen. Dies ermöglicht den erweiterten Ensatz-bereich derartiger Ventile und kann beispielsweise zum Verschieben von Kisten von einem Förderband auf ein anderes genutzt werden. Nähert sich eine Kiste dem Ende des Förderbandes, so kann diese z.B. einen elektrischen oder pneumatischen Schalter betätigen, durch dessen Signal nun durch Ausfahren des Arbeitszylinders der entsprechende Gegenstand weiterbefördert wird. Nach dem Einfahren des Arbeitszylinders erreicht das System wieder die Ausgangsposition und verharrt dort bis es ein neues Signal erhält. Derartige Anwendungen waren mit Oszillierventilen nach dem bisherigen Stand der Technik nicht möglich.

Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten beiden unterschiedlichen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Das dargestellte Oszillierventil ist jeweils in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet und auf der einen Seite über Arbeitszylinder-AnsteuerungsanschlUsse 2. 3 mit einem doppelt wirkenden pneumatischen Arbeitszylinder 4 und auf der anderen Seite über einen Druckmittel-Versorgungsanschluß 5 mit einer nicht dargestellten Druckquelle, beispielsweise einem Kompressor oder dergleichen, in Verbindung. Im Oszillierventil 1 enthalten ist ein zwischen dem Versorgungsanschluß 5 und den Ansteuerungsanschlüssen 2, 3 eingeschaltetes Umsteuerventil 6, welches hier als 5/2-Wegeventil ausgebildet ist. Der Ventilkolben bzw. das Schaltelement dieses Umsteuerventils 6 wird von aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Betätigungskolben druckmittelbetätigt umgesteuert, wobei zur Auslösung dieser Umsteuerung beidseits jeweils ein logisches NICHT-Element 7, 8 vorgesehen ist, deren negierte Anschlüsse über Leitungen 9, 10 mit den Ansteue- 3

AT 404 291 B rungsanschlüssen 2, 3 des Umsteuerventils 6 verbunden sind. Die Abluft von beiden Seiten des Arbeitszylinders führt über Leitungen 11, 12 und eingeschaltete einstellbare Drosseln 13 zu Abluftanschlüssen 14 bzw. ins Freie.

Die Steuerdruckversorgung der logischen NICHT-Elemente 8 erfolgt in beiden Ausführungsbeispielen direkt über den VersorgungsanschluB 5 bzw. eine abzweigende Leitung 15. Die Steuerdruckversorgung des anderen logischen NICHT-Elementes 7 erfolgt gemäß Fig. 1 über ein in eine vom Versorgungsanschluß 5 abzweigende Leitung 16 eingesetztes internes Schaltventil 17, dessen Abluft über eine Leitung 18 nach außen geführt ist. Im Fall der Ausführung nach Fig. 2 ist das logische NICHT-Element 7 über eine Leitung 19 mit einem Anschluß 20 zur extern schaltbaren Druckmitteizufuhr verbunden.

Die Steuerung der Umschattung der Bewegung des Arbeitszylinders 4 erfolgt in beiden Fällen während laufender Oszillation durch Abtastung des Fluiddruckes an den Ansteuerungsanschlüssen 2, 3, welche mit den entsprechenden Seiten des Arbeitszylinders 4 verbunden sind. Da bei jedem Arbeitshub die Abluft des Zylinders über die Drosseln 13 gedrosselt wird, entsteht jeweils am entsprechenden Ansteuerungsanschluß 2, 3 ein Staudruck. Dieser bleibt solange erhalten, bis der Kolben des Arbeitszylinders 4 zur Ruhe kommt. Nachdem an der Drossel 13 und damit über die Leitung 9 bzw. 10 auch am negierten Anschluß des jeweiligen logischen NICHT-Elementes 7 bzw. 8 annähernd Umgebungsdruck herrscht, beaufschlagt es aufgrund der Negation den Betätigungskolben der entsprechenden Seite des Umsteuerventils 6 mit Druckmittel, womit das Umsteuerventil 6 umschaltet und einen weiteren Oszillationszyklus einleitet.

Bei beiden dargestellten Ausführungsbeispielen wird zum Abschalten der laufenden Oszillation die Druckversorgung des logischen NICHT-Elementes 7 unterbrochen - im Fall von Fig. 1 durch entsprechende Ansteuerung bzw. Umschaltung des internen Schaltventils 17 - im Fall von Fig. 2 durch externe Abschaltung der am Anschluß 20 anstehenden Druckmittelzufuhr. Bei laufender Oszillation ist das logische NICHT-Element 7 damit nicht mehr in der Lage nach abgefallenem Entlüftungsdruck einen weiteren Zyklus einzuleiten, womit das Umsteuerventil auf Seite dieses logischen NICHT-Elementes 7 verharrt und der Arbeitszylinder 4 ebenfalls eine definierte Endlage erreicht und dort bleibt.

Der nachfolgende Startvorgang des Arbeitszylinders 4 erfolgt jetzt aus dieser definiert erreichten Endlage. Hierzu wird das logische NICHT-Element 7 wieder mit Steuerdruck beaufschlagt. Gemäß Fig. 1 erfolgt dies durch entsprechendes Umschalten des internen Schaltventils 17 - gemäß Fig. 2 durch Druckbeaufschlagung des Anschlusses 20. Da am zugehörigen Ansteuerungsanschluß 2 kein Entlüftungsdruck mehr ansteht, versorgt nun das logische NICHT-Element 7 den zugehörigen Betätigungskolben des Umsteuerventils 6 mit Druckmittel, womit das Umsteuerventil 6 die andere Schaltstellung einnimmt und die Oszillation einleitet.

Da bei ruhendem System am Anschluß 2 und auf der entsprechenden Seite des Arbeitszylinders 4 Systemdruck vorherrscht, muß das entsprechende Fluidvolumen bei beginnendem Zyklus an der zugehörigen Drossel entlüftet werden. Erst nach beendetem Entlüftungsvorgang wird ein weiterer Zyklus eingeleitet. Dieser Startvorgang weist damit praktisch die gleiche Charakteristik auf wie ein bereits laufender Oszillationszyklus und ist nicht von der Oszillationsfrequenz oder den Zylindervolumina abhängig.

Es kann hier nun auch das bisher gemäß dem Stande der Technik, bei dem auch das logische NICHT-Element 7 (sowie das logische NICHT-Element 8 in beiden Darstellungen) mit dem VersorgungsanschluB 5 verbunden war, notwendige externe Absperrventil vor dem Anschluß 5 entfallen, da die Oszillation alleine durch Absperren der Steuerdruckversorgung des logischen NICHT-Elementes 7 zum Erliegen kommt. Für Wartungsarbeiten, Umbauarbeiten oder dergleichen, bei denen das gesamte System drucklos sein muß, sind natürlich nach wie vor separate Absperrelemente an geeigneter Stelle der Gesamtanordnung (in der Druckmittelzuführung) vorzusehen, da hier auch bei definiert in einer Endlage stehendem Arbeitszylinder 4 der jeweils andere Arbeitsraum und das zugehörige Logikelement unter Systemdruck stehen.

Abgesehen von der dargestellten, nur einseitig steuerbaren separaten Druckmittelbeaufschlagung (am logischen NICHT-Element 7) könnte bedarfsweise eine entsprechend wahlweise Ansteuerung auch für beide logischen NICHT-Elemente 7, 8 vorgesehen werden, womit der zugehörige Arbeitszylinder 4 dann wahlweise (je nach Ansteuerung des logischen NICHT-Elements 7 bzw. 8) in einer seiner Endstellungen stehenbleiben bzw. von dieser wieder gezielt angefahren werden könnte. Weiters könnte auch abgesehen von der detaillierter beschriebenen Ausgestaltung einer pneumatischen Anwendung die erfindungsgemäße Lösung bei hydraulischen Anwendungen zum Tragen kommen, wobei dann lediglich anstelle der angesprochenen "Entlüftungen” eine gezielte Rückführung des jeweils abgesteuerten Mediums zum Vorratsbehälter erfolgen müßte. 4

Claims (3)

1. AT 404 291 B Patentansprüche 1. Oszillierventil (1) für einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder (4), mit einem zwischen dem Druckmittel-Versorgungsanschluß (5) und den beiden Arbeitszylinder-Ansteuerungsanschlüssen (2, 3) eingeschalteten Umsteuerventil (6), das über zwei, jeweils einer Schaltstellung zugeordnete und mit jeweils einem Ansteuerungsanschluß (2, 3) über eine Druckleitung (15, 16) verbundene logische NICHT-Elemente (7, 8) angesteuert ist und druckmittelbetätigt periodisch zwischen den beiden Schaltstellungen umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der NICHT-Elemente (7) einem unabhängig vom Versorgungsanschluß (5) schaltbaren Druckmittelanschluß aufweist.
2. 2. Oszillatorventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unabhängig schaltbare Druckmittelanschluß über ein internes Schaltventil (17) mit dem Versorgungsanschluß (5) verbunden ist.
3. 3. Oszillatorventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unabhängig schaltbare Druckmittelanschluß mit einem Anschluß (20) für extern schaltbare Druckmittelzufuhr verbunden ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5