Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung an einem Zylinder-Kolbenaggregat, in dem ein Arbeitskolben dicht und gleitend geführt ist und zwei Arbeitsräume begrenzt, mit einem an das Zylinder-Kolbenaggregat angebauten Membranventil, das an eine Druckleitung und eine Entlastungsstelle angeschlossen ist.
Es ist bereits eine Steuervorrichtung mit einem Membranventil bekannt, das an eine Leitung angeschlossen ist und den Durchgang für Luft oder Flüssigkeiten - insbesondere ätzende oder kiesige Flüssigkeiten - in dieser Leitung öffnet oder schliesst und fernbetätigt ist. Mit dieser bekannten Steuervorrichtung wird jedoch kein Zylinder-Kolbenaggregat gesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für ein Zylinder-Kolbenaggregat mit einem Membranventil zu schaffen, wobei die Steuereinrichtung im Zylinder-Kolbenaggregat angeordnet ist, um die Steuerseite völlig von der das Arbeitsmittel führenden Seite des Membranventils sowie den unter Druck stehenden Abschnitt vom entlasteten Abschnitt der die Arbeitsmittel führenden Seite des Ventils dicht abzuschliessen. Ausserdem soll die Steuereinrichtung bei kleinen Schaltzeiten das Druckmittel genügend schnell umsteuern, und soll mit einfachen Mitteln raumsparend ausgebildet werden.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass das Membranventil aus einer Abschlussplatte, einer Druckmittelleitplatte, einer Membran und einer Ventilplatte besteht und im Zylinder-Kolbenaggregat zwischen dessen Gehäuse und Deckel angeordnet ist, dass ferner das Gehäuse und der Deckel mit Kanälen versehen sind, durch welche die Arbeitsräume mit der Druckleitung und der Entlastungsstelle verbindbar sind, und dass von der Membran begrenzte Steuerräume mit Steuernuten und Kanälen im Deckel verbunden sind, die an abwechselnd druckbeaufschlagte und entlastete Steuerleitungen angeschlossen sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Es zeigt in
Fig. 1 eine Steuereinrichtung für ein Zylinder-Kolbenaggregat in schematischer Darstellung,
Fig. 2 die im Zylinder-Kolbenaggregat angeordnete Steuereinrichtung im Schnitt,
Fig. 3 einen Schnitt durch das Zylinder-Kolbenaggregat und die Steuereinrichtung nach der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 die Steuereinrichtung im Schnitt nach der Linie IV IV in Fig. 3,
Fig. 5 die Steuereinrichtung im Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 3,
Fig. 6 die Steuereinrichtung im Schnitt nach der Linie VI VI in Fig. 3 und
Fig. 7 eine Darstellung der Membran.
Ein Kompressor 1 fördert über eine Leitung 2 Druckmittel in einen Vorratsbehälter 3. An den Vorratsbehälter 3 ist eine Druckleitung 4 angeschlossen, die zu einem Steuerventil 5 führt. Von der Druckleitung 4 zweigt eine Leitung 6 ab, die an ein Umschaltventil 7 angeschlossen ist. Das Umschaltventil 7 hat zwei Steuerstellungen, in denen zwei vom Umschaltventil 7 ausgehende Steuerleitungen 8 und 9 abwechselnd mit der Druckleitung 4 über die Leitung 6 und mit einer Entlastungsstelle 10 verbunden sind. Die beiden Steuerleitungen 8 und 9 führen ebenfalls wie die Druckleitung 4 zu dem Steuerventil 5.
Ein Zylinder-Kolbenaggregat 11 hat einen dicht und gleitend geführten Arbeitskolben 12, der das Zylinder-Kolbenaggregat 11 in zwei Arbeitsräume 13 und 14 teilt. Eine am Arbeitskolben 12 angeordnete Kolbenstange 15 ragt durch den Arbeitsraum 14 aus dem Boden des Zylinder-Kolbenaggregats 11 heraus (Fig. 2). An seinem anderen Ende ist das Zylinder-Kolbenaggregat 11 durch einen Deckel 16 verschlossen. Zwischen dem Deckel 16 und dem Arbeitsraum 13 ist das als Membranventil ausgebildete Steuerventil 5 angeordnet.
Wie die Fig. 3 zeigt, mündet in einen Kanal 17 des Deckels 16 die Steuerleitung 9, und in einen Kanal 18 (Fig. 6) des Deckels 16 mündet die Steuerleitung 8. Die Druckleitung 4 ist an einen Druckkanal 19 des Deckels 16 angeschlossen. Ausserdem hat der Deckel 16 noch einen Entlastungskanal 20. An seiner dem Arbeitsraum 13 zugekehrten Seite ist der Deckel 16 mit einer kreisförmigen Ausnehmung 21 versehen, in welche die vier Kanäle 17-20 münden (Fig. 6). In die Ausnehmung 21 sind eine Dichtscheibe 22 und eine Ventilplatte 23 eingepasst (Fig. 2). Die Ventilplatte 23 hat einen mit dem Druckkanal 19 des Deckels 16 fluchtenden Druckkanal 24 (Fig. 3) und einen dem Entlastungskanal 20 des Deckels 16 zugeordneten Entlastungskanal 25 (Fig. 2). Die Ventilplatte 23 ist mit zwei Steuernuten 27 und 28 versehen (Fig. 5).
Die Steuernut 27 verbindet den Kanal 17 ständig mit einem in einer unteren Hälfte der Ventilplatte 23 befindlichen Bereich, während durch die Steuernut 28 ein Bereich in der oberen Hälfte der Ventilplatte 23 ständig an den Kanal 18 angeschlossen ist. Die Ventilplatte 23 hat dazu wie die Fig. 5 erkennen lässt auf ihrer der Ausnehmung 21 abgewandten Seite vier symmetrisch zueinander angeordnete, ringförmige Steuerräume 29, 30, 31 und 32. Jeder Steuerraum 29-32 ist mit der zugehörigen, in die Ventilplatte 23 eingelassene Steuernut 27, 28 verbunden.
Die Steuerräume 29 und 30 sind an die Steuernut 27 und die Steuerräume 31 und 32 an die Steuernut 28 angeschlossen.
Die Dichtscheibe 22 hat einen die Druckkanäle 19 und 24 verbindenden Durchbruch 37 und einen die Entlastungskanäle 20 und 25 verbindenden Durchbruch 38 sowie zwei mit den Steuerkanälen 17 und 18 fluchtende Durchbrüche 39 und 40.
Durch die Dichtscheibe 22 sind die Druck- und Entlastungskanäle 19, 24 und 20, 25 wie auch die Steuerraumpaare 29, 30 und 31, 32 gegeneinander abgedichtet.
Die Ventilplatte 23 ist mit einer Aussparung 43 versehen, die in einer Aussparung 44 des Deckels 16 fortgesetzt ist, in welche ein vom Arbeitsraum 14 ausgehender Kanal 45 des Zylinder-Kolbenaggregats 11 mündet. Zwischen dem Deckel 16 und dem Zylinder-Kolbenaggregat 11 ist der Rand einer Membran 46 fest eingespannt, die zugleich als Dichtung zwischen dem Zylinder-Kolbenaggregat 11 und dem Deckel 16 dient. Die Membran 46 ist lediglich mit einem dem Druckkanal 24 zugeordneten Durchbruch 47, mit einem dem Entlastungskanal 25 zugeordneten Durchbruch 48 mit einem den Aussparungen 43 und 44 zugeordneten Durchbruch 49 und mit einem Loch 48' für einen als Verdrehsicherung dienenden Stift 80 versehen.
In eine ringförmige Aussparung 50 des Zylinder-Kolbenaggregats 11, welche denselben Durchmesser hat wie die Ausnehmung 21 des Deckels, ist eine Abschlussplatte 51 gelegt, die den Arbeitsraum 13 begrenzt. An der Abschlussplatte 51 liegt eine Dichtscheibe 52 an. Zwischen der Membran 46 und der Dichtscheibe 52 ist eine Druckmittelleitplatte 53 in die ringförmige Ausnehmung 50 eingesetzt. Die Druckmittelleitplatte 53 (Fig. 4) hat einen mit dem Druckkanal 24 der Ventilplatte 23 fluchtenden Druckkanal 54 und desgleichen einen mit dem Entlastungskanal 25 der Ventilplatte 23 fluchtenden Entlastungskanal 55. Ausserdem weist die Druckmittelleitplatte 53 vier Arbeitskanäle 56-59 auf, welche die Druckmittelleitplatte 53 ebenfalls durchdringen.
Um jeden der vier Arbeitskanäle 56-59 ist eine Gruppe von jeweils drei Kanälen 60, 61, 62 bzw. 63 angeordnet. Die Kanäle 60-63 liegen jeweils noch innerhalb des Bereichs der auf der anderen Seite der Membran 46 in der Ventilplatte 23 angeordneten Steuerräume 29-32. Auf der dem Zylinder Kolbenaggregat 11 zugewandten Seite der Druckmittelleitplatte 53 sind die jeweils drei, eine Gruppe bildenden Kanäle 60-63 durch eine bogenförmige Druckmittelleitnut 64-67 untereinander verbunden. Durch eine V-förmige Entlastungsnut 68 der Druckmittelleitplatte 53 ist der Entlastungskanal 55 ständig mit den Arbeitskanälen 57 und 59 verbunden, d. h. mit je einem Arbeitskanal der beiden Paare 56, 57 und 58, 59. An den Druckkanal 54 dagegen sind dauernd die die beiden anderen Arbeitskanäle 56 und 58 umgebenden Druckmittelleitnuten 64 und 66 durch Verbindungsnuten 69 und 70 angeschlossen.
Eine weitere Verbindungsnut 71 führt vom Arbeitskanal 56 zur Druckmittelleitnut 67. Die Druckmittelleitnut 67 steht über eine Nut 72 noch mit einem zur Aussparung 43, 44 führenden Kanal 73 der Druckmittelleitplatte 53 in Verbindung.
Die Druckmittelleitnut 65 ist durch zwei Öffnungen 74 und 75 der Abschlussplatte 51 mit dem Arbeitsraum 13 verbunden; die Dichtscheibe 52 enthält zugehörige Durchbrüche 76 und 77. Ausserdem steht der Arbeitskanal 58 durch eine Öffnung 78 der Abschlussplatte 51 mit einem zugehörigen Durchbruch 79 der Dichtscheibe 52 in Verbindung. Der Stift 80 ragt als Verdrehsicherung durch den Deckel 16, die Dichtscheibe 22, die Ventilplatte 23, die Membran 46, die Dichtscheibe 52 und die Abschlussplatte 51 und ist einstückig mit der Druckmittelleitplatte 53 hergestellt.
Der Kompressor 1 versorgt über den Behälter 3 die Leitungen 4 und 6 mit Druckmittel.
In der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Umschaltventils 7 gelangt Druckluft durch die Steuerleitung 9 zum Kanal 18 des Membranventils 5, während der Kanal 17 über die Steuerleitung 8 mit der Entlastungsstelle 10 des Umschaltventils 7 verbunden ist. Durch die Druckleitung 4 sind der Druckkanal 19 des Deckels 16 und die mit ihm verbundenen Druckkanäle 94 und 54 der Platten 23 und 53 an den Behälter 3 angeschlossen. Die mit dem Druckkanal 54 über die Verbindungsnuten 69 und 70 und Druckmittelleitnuten 64 und 66 ständig verbundenen Gruppen der Kanäle 60 und 62 stehen somit ebenfalls unter dem Druck der aus dem Vorratsbehälter 3 zugeführten Druckluft. Andererseits ist die Entlastungsstelle 20 durch die Entlastungskanäle 25 und 55 der Platten 23 und 53 sowie durch die Entlastungsnut 68 ständig mit den Arbeitskanälen 57 und 59 verbunden.
Das durch die Steuerleitung 9 in den Kanal 18 des Deckels 16 gelangende Druckmittel strömt weiter durch die Steuernut 28 in die Steuerräume 31 und 32 und drückt die Membran 46 gegen die Arbeitskanäle 58 und 59 der Luftleitplatte 53.
Dadurch ist der Arbeitsraum 13 des Zylinder-Kolbenaggregats 11 vom Druckluftzustrom abgeschlossen, und der Arbeitsraum 14 ist vom Entlastungskanal 55 abgesperrt, denn durch die Membran 46 sind die Kanäle und Nuten 63, 67, 72, 73, 43-45 vom ständig mit dem Entlastungskanal 55 verbundenen Arbeitskanal 59 getrennt.
Da in der in der Fig. 1 dargestellten Stellung des Umschaltventils 7 die Steuerleitung 8 mit der Entlastungsstelle 10 verbunden ist, entweicht Druckluft aus den Steuerräumen 29 und 30 der Ventilplatte 23 durch die Steuernut 27 und den Kanal 17 des Deckels 16. Die Membran 46 wölbt sich in die Steuerräume 29 und 30. Dadurch ist der Druckkanal 19, 24, 54 über die Verbindungsnut 69, die Druckmittelleitnut 64 und die drei Kanäle 60 sowie den nun freien Raum zwischen der Membran 46 und der der Membran 46 zugekehrten Seite der Druckmittelleitplatte 53 mit dem Arbeitskanal 56 verbunden, der durch die Nuten und Kanäle 71, 67, 72, 73, 43-45 an den Kolben stangenseitigen Arbeitsraum 14 des Zylinder-Kolbenaggregats 11 angeschlossen ist.
Druckluft gelangt aus dem Vorratsbehälter 3, durch die Druckleitung 4 und die Druckkanäle 19, 24, 54 auf dem obenbeschriebenen Wege in den Arbeitsraum 14 und schiebt den Arbeitskolben 12 in das Zylinder-Kolbenaggregat 11 (Fig. 1-3) nach links. Die dabei aus dem Arbeitsraum 13 verdrängte Luft entweicht durch die Öffnungen 74 und 75 der Abschlussplatte 51 in die Druckmittelleitnut 65 und die drei Kanäle 61 sowie den Raum zwischen der in den Steuerraum 30 gewölbten Membran 46 und der Druckmittelleitplatte 53 in den Arbeitskanal 57, der mit den Entlastungskanälen 55, 25 und 20 in Verbindung steht.
Hat der Arbeitskolben 12 bei seiner Bewegung in den Arbeitsraum 13 mit der Kolbenstange 15 die durch den Kolbenweg zu verstellende nicht dargestellte Vorrichtung in die erforderliche Lage gebracht, dann kann durch ein ebenfalls nicht dargestelltes, in die Druckleitung 4 geschaltetes Abschaltventil die Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter 3 und dem Membranventil 5 abgesperrt werden. Die Leitung 6 und somit die Steuerleitung 9 bleiben weiterhin an den Vorratsbehälter 3 angeschlossen, so dass jederzeit beim Umschalten des Umschaltventils 7 der volle Steuerdruck vorhanden ist, um das Membranventil 5 umzusteuern und somit den Arbeitskolben 12 in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen.
Ist aber in die Druckleitung 4 des vorstehend bereits angeführte, nicht dargestellte Abschaltventil zwischen Vorratsbehälter 3 und Membranventil 5 geschaltet, dann findet die entgegengesetzte Bewegung des Arbeitskolbens 12 trotz umgeschaltetem Umschaltventil 7 erst bei zugeschaltetem Druckmittel aus der Druckleitung 4 statt.
Befindet sich das Umschaltventil 7 in der rechten Endstellung, dann ist die Steuerleitung 8 über die Leitung 6 an die Druckleitung 4 angeschlossen, und die Steuerleitung 9 ist mit der Entlastungsstelle 10 verbunden. Dadurch wird nunmehr Druckluft in die Steuerräume 29 und 30 durch den an die Steuerleitung 8 angeschlossenen Kanal 17 sowie die Steuernut 27 geleitet, während die Steuerräume 31 und 32 durch die Steuernut 28, den Kanal 18 und die Steuerleitung 9 entlastet sind. Die Membran 46 wird durch den im Steuerraum 29 herrschenden Druck gegen den Arbeitskanal 56 gedrückt und sperrt somit die Druckluftzufuhr von den Druckkanälen 19, 24, 54 und den Nuten 69, 64 und Kanälen 60 zu dem über die Nuten und Kanäle 71, 67, 72, 73, 43-45 mit dem Arbeitsraum 14 verbundenen Arbeitskanal 56 ab.
Durch die im Steuerraum 30 wirksame Druckkraft wird die Membran 46 gegen den Arbeitskanal 57 gedrückt und sperrt dabei die durch die Öffnungen 74 und 75 der Abschlussplatte 51 mit dem Arbeitsraum 13 verbundene Druckmittelleitnut 65 mit den Kanälen 61 von der Entlastungsnut 68 und den Entlastungskanälen 55, 25, 20 ab.
In die zur gleichen Zeit entlasteten Steuerräume 31 und 32 wölbt sich die Membran 46. Dadurch ist zwischen der Membran 46 und der Druckmittelleitplatte 53 ein Verbindungsraum zwischen der ständig an die Druckluftzufuhr angeschlossenen Druckmittelleitnut 66 mit den drei Kanälen 62 und dem Arbeitskanal 58 gebildet, so dass Druckluft auf dem beschriebenen Weg in den Arbeitskanal 58 und weiter durch die Öffnung 78 der Abschlussplatte 51 in den Arbeitsraum 13 geleitet wird. Der Arbeitskolben 12 wird dabei in den Arbeitsraum 14 bewegt und verstellt über seine Kolbenstange 15 die nicht dargestellte Vorrichtung in der gewünschten Weise.
Die aus dem Arbeitsraum 14 verdrängte Druckluft entweicht durch die Kanäle und Nuten 45, 44, 43, 73, 72, 67 und 63 sowie den nunmehr von der Membran 46 freigegebenen Verbindungsraum zwischen ihr und der Druckmittelplatte 53 in den Arbeitskanal 59, der durch die Entlastungsnut 68 ständig mit den Entlastungskanälen 55, 25, 20 verbunden ist. Hat der Arbeitskolben 12 seine gewünschte Stellung erreicht, dann kann wieder in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise die Druckluftzufuhr durch die Druckleitung 4 zum Membranventil 5 abgesperrt werden.
Zur Verstärkung ist die Membran 46 im Bereich der Steuerräume 29-32 mit Verdickungen 93, 94, 95 und 96 versehen.