DD247945A1

DD247945A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ENERGY-LOW OPERATION OF PRESSURE-ACTUATED INSTRUMENTS

Info

Publication number: DD247945A1
Application number: DD28886686A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Wongorski; Friedrich-Wilhelm Schulz
Original assignee: Asbestzementwerke Otto Grotewo
Priority date: 1986-04-08
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1987-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum energiearmen Betrieb druckmittelbetriebener Stellorgane, insbesondere fuer pneumatische Arbeitszylinder, zum vertikalen Bewegen von aus Totlast und Nutzlast bestehenden Lasten, bei denen das Stellorgan mit einem Speichervolumen verbunden ist. Ziel ist eine Schaltungsanordnung mit einem verringerten Herstellungsaufwand, mit groesserem Anwendungsbereich und energiesparendem Einsatz. Hierbei soll eine schnelle Arbeitsweise der Schaltungsanordnung sowie ein guenstigeres Verhaeltnis der aufzubringenden Energie zu der vom Stellorgan zu leistenden Arbeit erreicht werden. Erfindungsgemaess ist das mit dem Druckmittel gefuellte Volumen des Stellorgans direkt mit dem Speichervolumen verbunden. Das nicht mit dem Speichervolumen verbundene Volumen ist mit Hilfe des Druckmittels mit mindestens einer Kraft beaufschlagbar, wobei diese Kraft zusammen mit der Totlast groesser ist als die auf das mit dem Speichervolumen verbundene Volumen wirkende Kraft. FigurThe invention relates to a circuit arrangement for low-energy operation of fluid-operated actuators, in particular for pneumatic working cylinder, for the vertical movement of dead load and payload existing loads in which the actuator is connected to a storage volume. The aim is a circuit arrangement with a reduced production cost, with a larger scope and energy-saving use. Here, a fast operation of the circuit as well as a favorable ratio of the applied energy to be achieved by the actuator to be achieved work. According to the invention filled with the pressure medium volume of the actuator is directly connected to the storage volume. The volume not connected to the storage volume can be acted upon by the pressure medium with at least one force, this force being greater together with the dead load than the force acting on the volume connected to the storage volume. figure

Description

field of use

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum energiearmen Betrieb druckmittelbetriebener Stellorgane, insbesondere für pneumatische Arbeitszylinder, zum vertikalen Bewegen von aus Totlast und Nutzlast bestehenden Lasten, bei denen das Stellorgan mit einem Speichervolumen verbunden ist.The invention relates to a circuit arrangement for low-energy operation of fluid-operated actuators, in particular for pneumatic cylinder, for the vertical movement of dead load and payload existing loads in which the actuator is connected to a storage volume.

Characteristic of the known technical solutions

Zum energiearmen Betrieb pneumatischer Anlagen hat man Bereits das Stellorgan über Wegeventile mit Druckspeichern unterschiedlichen Druckniveaus verbunden. Dabei wird der Druckauf- und -abbau im Stellorgan in diesem Fall in einem Arbeitszylinder, über eine Druckzwischenstufe vorgenommen, die von einem zusätzlich zum Betriebsdruckspeicher installierten Speicher mit Mitteldruck realisiert wird. Die Kompressionsenergie für den Aufbau der Druckzwischenstufe im Arbeitszylinder wird aus dem Mitteldruckspeicher entnommen. Die beim Druckabbau im Arbeitszylinder vom Hochdruck bis zum Mitteldruck freiwerdende Kompressionsenergie wird dem Mitteldruckspeicher zugeführt (DE-OS 2823041). Dadurch wird erreicht, daß ein Teil der aufgewendeten Kompressionsenergie zurückgewonnen wird, indem nach Beendigung des Arbeitsvorganges ein Teil des im Arbeitszylinder befindlichen Luftvolumens, dessen Druck dem Betriebsdruck im Hochdruckkessel entspricht, zu dem Mitteldruckkessel zurückgeführt und dort gespeichert wird. Die in diesem Luft-Teilvolumen gespeicherte Kompressionsenergie bleibt somit erhalten und wird im ersten Teil des nächsten Arbeitstaktes wieder verwendet, um im Arbeitszylinder die erste Druckstufe vom Umgebungszustand bis zum Mitteldruck-Niveau aufzubauen.For low-energy operation of pneumatic systems has already connected the actuator via valves with pressure accumulators of different pressure levels. In this case, the pressure build-up and -down in the actuator in this case is carried out in a working cylinder, via a pressure intermediate stage, which is realized by an installed in addition to the operating pressure accumulator memory with medium pressure. The compression energy for the construction of the pressure intermediate stage in the working cylinder is removed from the medium-pressure accumulator. The released during the pressure reduction in the working cylinder from high pressure to medium pressure compression energy is fed to the medium-pressure accumulator (DE-OS 2823041). This ensures that a portion of the applied compression energy is recovered by after completion of the operation, a portion of the air volume located in the cylinder whose pressure corresponds to the operating pressure in the high-pressure boiler is returned to the medium-pressure boiler and stored there. The stored in this partial air volume compression energy is thus retained and is reused in the first part of the next power stroke to build up in the working cylinder, the first pressure level from the ambient state to the medium-pressure level.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht in dem verhältnismäßig hohen Aufwand, der durch die beiden Kessel bedingt ist. Außerdem wird nur ein Teil der aufgewendeten Kompressionsenergie — in Abhängigkeit vom Druckverhältnis der beiden Kessel maximal 50% — zurückgewonnen.A disadvantage of this arrangement is the relatively high cost, which is due to the two boilers. In addition, only a portion of the applied compression energy - depending on the pressure ratio of the two boilers, a maximum of 50% - recovered.

Mindestens 50% der Energie gehen nach wie vor verloren, da der Druck für das gesamte Volumen des Arbeitszylinders auf Normaldruck gesenkt werden muß. Ein weiterer Nachteil ist durch den Zeitverlust beim Druckausgleich zwischen Hoch-und Mitteldruck bedingt. Die beim Druckausgleich funktionsbedingt auftretenden Verzögerungen 1. Ordnung schränken die Anwendung der Anordnung auf bestimmte technische Aufgaben ein. Während beispielsweise die Anwendung für Kupplungen sehr günstig ist, dürfte ein Einsatz für Hubvorgänge, die möglichst schnell ablaufen sollen, insbesondere Stapelvorgänge, ausgeschlossen sein.At least 50% of the energy is still lost because the pressure for the entire volume of the working cylinder must be reduced to normal pressure. Another disadvantage is caused by the loss of time during pressure equalization between high and medium pressure. The delays of the first order, which occur due to the function of the pressure, restrict the application of the arrangement to certain technical tasks. While, for example, the application for clutches is very favorable, use for lifting operations that should run as fast as possible, in particular stacking operations, should be ruled out.

Schließlich besteht ein Nachteil noch darin, daß zusätzliche Meßinstrumente zur Erfassung des Druckausgleichs erforderlich sind.Finally, a disadvantage is that additional measuring instruments for detecting the pressure compensation are required.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum energiearmen Betrieb druckmittelbetriebener Stellorgane, die bei verringertem Herstellungsaufwand wesentlich energiesparender als bekannte Anordnungen arbeitet und einen größeren Anwendungsbereich besitzt.The aim of the invention is a circuit arrangement for low-energy operation of pressure-medium-operated actuators, which works much less energy than known arrangements with reduced production costs and has a wider range of applications.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verhältnismäßig einfach aufgebaute Schaltungsanordnung zu entwickeln, bei der der Arbeitsprozeß des Stellorgans ohne Verzögerung abläuft und die zur Auflösung der Hubvorgänge aufzubringende Energie in einem wesentlich günstigeren Verhältnis zur vom Stellorgan zu leistenden Arbeit steht als es bei den bekannten Anordnungen bisher der Fall war.The invention has for its object to develop a relatively simple circuit arrangement, in which the working process of the actuator expires without delay and applied to the resolution of the lifting energy in a much more favorable ratio to be paid by the actuator work than in the known arrangements so far the case.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das mit dem Druckmittel ausgefüllte Volumen des Stelorgans, gegen das die Last wirkt, direkt mit dem Speichervolumen verbunden ist. Das Speichervolumen ist so groß ausgelegt, daß das während eines Arbeitstakts vom Stellorgan verdrängte Druckmittel ohne wesentliche Druckerhöhung vom Speichervolumen aufgenommen wird. Das nicht mit dem Speichervolumen verbundene Volumen des Stellorgans ist mit Hilfe des Druckmittels mit mindestens einer Kraft beaufschlag bar, wobei diese Kraft bzw. jeweils eine dieser Kräfte zusammen mit der Totlast größer ist als die auf das mit dem Speichervolumen verbundene Volumen wirkende Kraft.According to the invention the object is achieved in that the filled with the pressure medium volume of Stelorgans, against which the load acts directly connected to the storage volume. The storage volume is designed so large that the displaced during a work cycle by the actuator pressure medium is absorbed without significant increase in pressure from the storage volume. The volume of the actuator not connected to the storage volume is acted upon by the pressure medium with at least one force bar, wherein this force or one of these forces together with the dead load is greater than that acting on the volume connected to the storage volume.

Für das Heben und Senken von aus Totlast und Nutzlast bestehenden Lasten ist das nicht mit dem Speichervolumen verbundene Volumen des Stellorgans wahlweise mit zwei Kräften beaufschlagbar, wobei eine Kraft der zum Senken der Totlast erforderlichen Kraft entspricht und die zweite Kraft der Kraft entspricht, die zum Senken des aus Totlast und Nutzlast bestehenden Gewichtes erforderlich ist.For lifting and lowering loads consisting of dead load and payload, the volume of the actuator which is not connected to the storage volume can optionally be subjected to two forces, one force corresponding to the force required for lowering the dead load and the second force corresponding to the force required for lowering of the dead load and payload existing weight is required.

Für den Fall, daß die Totlast wesentlich kleiner ist als die Nutzlast, ist in der einen Endstellung des Stellorgans, bei der das mit dem Speichervolumen verbundene Volumen des Stallorgans gleich „Null" ist, eine Arretierung des Kolbens des Stellorgans vorgesehen.In the event that the dead load is substantially smaller than the payload, a locking of the piston of the actuator is provided in the one end position of the actuator in which the volume of the stable organ connected to the storage volume is equal to "zero".

Das Speichervolumen und damit auch die Hubseite des Stellorgans wird mit einem Hubdruck beaufschlagt, der die .Gesamtlast in die gehobene Endstellung bewegt und dort hält. Dieser Hubdruck wird durch einen Druckregierund ein Rückschlagventil konstant gehalten. Die Senkseite des Stellorgans wird zum Senken mit dem Druckmittel beaufschlagt, und zum Heben wird lediglich dieser Druck wieder abgelassen. Das hat den Vorteil, daß das druckmittelbetriebene Stellorgan nur einmal mit dem zum Heben der Gesamtlast maximal benötigten Druck beaufschlagt wird. Beim Senken wird nur eine dem Senkdruck proportionalen Druckmittelmenge und damit eine wesentlich geringere Energiemenge benötigt, da das Senken durch Totlast bzw. Totlast und Nutzlast unterstützt wird. Außerdem braucht die Senkseite des Stellorgans nur mit einer zum Senkweg proportionale Druckmittelmenge beaufschlagt zu werden. Vorteilhaft ist auch der verhältnismäßig geringe apparative Aufwand der Schaltungsanordnung. Es wird nur ein Druckkessel als Speichervoiumen benötigt. Da nur einmal zum Füllen der Volumina der hohe Druck benötigt wird, der Betrieb der Anlage jedoch unter wesentlich geringerem Druck erfolgt und evtl. nur Leckverluste ergänzt werden müssen, kann auch auf kleinere Verdichter zurückgefriffen werden. Die Bereitstellung des Nutzdruckes in einer kleineren Druckstufe bedeutet aber nach den Gesetzen der Wärmelehre eine weitere Energieeinsparung.The storage volume and thus also the stroke side of the actuator is subjected to a lifting pressure, which moves the .Total load in the raised end position and stops there. This lifting pressure is kept constant by a pressure regulator and a check valve. The lowering side of the actuator is acted to lowering with the pressure medium, and for lifting, only this pressure is released again. This has the advantage that the pressure-medium-operated actuator is acted upon only once with the maximum required for lifting the total load pressure. When lowering only a pressure medium proportional to the lowering pressure and thus a much smaller amount of energy is needed because the lowering is supported by dead load or dead load and payload. In addition, the lowering of the actuator needs to be acted upon only with a proportional to the lowering amount of pressure medium. Also advantageous is the relatively low expenditure on equipment of the circuit arrangement. Only one pressure vessel is required as storage reservoir. Since only once to fill the volumes of the high pressure is required, the operation of the system, however, takes place under much lower pressure and possibly only leakage losses must be supplemented, can be retrofitted to smaller compressors. However, the provision of the useful pressure in a smaller pressure stage means according to the laws of thermodynamics a further energy saving.

Zum Aufbau der Schaltungsanordnung können handelsübliche Druckregelventile verwendet werden. Neben den genannten Vorteilen ist mit der Erfindung auch eine Verbesserung der Umwelt- sowie Arbeits- und Lebensbedingungen verbunden. Durch geringeren Druckmittelverbrauch werden die Ölverschmutzungen durch Öldämpfe in der Luft sowie der Lärm am Arbeitsplatz wesentlich verringert.Commercially available pressure control valves can be used to construct the circuit arrangement. In addition to the advantages mentioned, an improvement of environmental, working and living conditions is associated with the invention. Lower fuel consumption significantly reduces oil spills from oil vapor in the air and noise at the workplace.

embodiment

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung am Beispiel eines pneumatischen Hubzylinders.Below, the invention will be explained in more detail by way of example. The accompanying drawing shows the principle of the circuit arrangement according to the invention using the example of a pneumatic lifting cylinder.

Die Schaltungsanordnung besteht aus einem Arbeitszylinder 1, dessen Hubseite mit einem Speicher 2 und dessen Senkseite über ein Doppelrückschlagventil 3 mit zwei jeweils durch einen Umschalter 4 bzw. 5 zum Arbeitszylinder 1 zuschaltbaren Druckreglern 6 bzw. 7 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung wird aus einer Betriebsdruckquelle 8, die mit den Druckreglern 6 und 7 und über einen Nenndruckregler 9 und ein Rückschlagventil 10 mit dem Speicher 2 verbunden ist, mit Druckluft versorgt.The circuit consists of a working cylinder 1, the lifting side is connected to a memory 2 and the lowering side via a double check valve 3 with two switchable by a switch 4 and 5 to the working cylinder 1 pressure regulators 6 and 7 respectively. The circuit is supplied from an operating pressure source 8, which is connected to the pressure regulators 6 and 7 and a nominal pressure regulator 9 and a check valve 10 to the memory 2, with compressed air.

Die Schaltungsanordnung stellt den Arbeitszustand „Heben" des Arbeitszylinders 1 dar. Der Kolben des Arbeitszylinders 1 hat dabei seine obere Stellung erreicht, unabhängig davon, ob er eine Nutzlast oder nur eine Totlast heben mußte. Dabei ist am Nenndruckregler 9 der maximale Hubdruck p_max. zum Heben von Totlast und Nutzlast eingestellt, während die Umschalter 4 bzw. 5 die einstellbaren Druckregler 6 bzw. 7 vom Arbeitszylinder trennen. ,The piston of the working cylinder 1 has reached its upper position, regardless of whether it had to lift a payload or only a dead load.At the nominal pressure regulator 9, the maximum lifting pressure p _max . set for lifting dead load and payload, while the switches 4 and 5 separate the adjustable pressure regulator 6 and 7 from the working cylinder.,

Im Speicher 2 und auf der Hubseite des Arbeitszylinders 1 ist der maximale Hubdruck vorhanden. Die Senkseite des Arbeitszylinders 1 ist dabei über das Doppelrückschlagventil 3 und ein Drosselrückschlagventil 11 mit der Atmosphäre verbunden. An den Druckreglern 6 und 7 sind unterschiedliche Drücke pi und p₂ eingestellt. Der am Druckregler 6 eingestellte Senkdruck der Totlast pi ist so groß, daß er den Kolben des Arbeitszylinders 1 ohne Nutzlast senkt. Der am Druckregler 7 eingestellte Senkdruck Nutzlast p₂ ist kleiner als p_1# jedoch so groß, daß er Nutz-und Totlast senkt. Damit ermöglicht die Schaltungsanordnung außerdem Arbeitszustand „Heben" die Arbeitszustände „Senken der Totlast" und „Senken der Nutz- und Totlast". Im Arbeitszustand „Senken der Totlast" ist der Druckregler 6 mit dem Senkdruck p-, über den Umschalter 4 und das Doppelrückschlagventil 3 mit der Senkseite des Arbeitszylinders 1 verbunden. Dabei wird die auf der Hubseite des Arbeitszylinders 1 befindliche Druckluft ganz oder teilweise in den Speicher 2 verdrängt. Zum Heben nach dem Arbeitszustand „Senken der Totlast" wird die Senkseite des Arbeitszylinders 1 durch Umschalten des Umschalters 4 über das Drosselrückschlagventil 3 mit der Atmosphäre verbunden. Dabei ist es wiederum unerheblich, ob eine Nutzlast oder nur eine Totlast zu heben ist. Die in den Speicher 2 verdrängte Druckluft strömt zurück in den Arbeitszylinder 1. Es ist aber auch möglich, sofort nach dem Senken die Senkseite des Arbeitszylinders 1 über den Umschalter 4 von dem Druckregler 6 zu trennen. In diesem Fall ist der Kolben des Arbeitszylinders 1 in seiner Stellung mechanisch zu verriegeln. Im Arbeitszustand „Senken der Nutz- und Totlast" ist der Druckregler 7 mit dem Senkdruck P2 über den Umschalter 5, das Drosselrückschlagventil 11 und des Drosselrückschlagventil 3 mit der Senkseite des Arbeitszylinders 1 verbunden. Die Druckluft strömt infolge der Beaufschlagung des Kolbens des Arbeitszylinders 1 mit dem „Senkdruck Nutzlast p₂", diesmal unterstützt durch das Gewicht der Nutzlast in den Speicher 2. Der Kolben verharrt in der gesenkten Stellung, solange die Senkseite mit dem Druckregler 7 verbunden ist. Auch hierbei kann er durch eine mechanische Verriegelung in der gesenkten Stellung gehalten werden, wobei dann die Senkseite über den Umschalter 5 mit der Atmosphäre verbunden werden kann.In the memory 2 and on the lifting side of the working cylinder 1, the maximum lifting pressure is present. The lowering side of the working cylinder 1 is connected via the double check valve 3 and a throttle check valve 11 to the atmosphere. At the pressure regulators 6 and 7 different pressures pi and p _{2 are} set. The set on the pressure regulator 6 lowering pressure of the dead load pi is so great that it lowers the piston of the working cylinder 1 without payload. The set at the pressure regulator 7 lowering pressure payload p ₂ is smaller than p _{1 #} but so large that it reduces useful and dead load. In addition, the operating arrangement "lifting" allows the operating states "lowering the dead load" and "lowering the useful and dead load." In the working state "lowering the dead load", the pressure regulator 6 with the lowering pressure p-, via the switch 4 and the double check valve 3 connected to the lowering side of the working cylinder 1. In this case, the compressed air located on the lifting side of the working cylinder 1 is completely or partially displaced into the memory 2. For lifting after the working state "lowering the dead load", the lowering side of the working cylinder 1 is connected to the atmosphere by switching the changeover switch 4 via the throttle check valve 3. In this case, it is irrelevant whether a payload or only a dead load is to be lifted However, it is also possible to disconnect the lowering side of the working cylinder 1 via the changeover switch 4 from the pressure regulator 6 immediately after lowering, in which case the piston of the working cylinder 1 is mechanical in its position In the working state "lowering the useful and dead load" of the pressure regulator 7 is connected to the lowering pressure P2 via the changeover switch 5, the throttle check valve 11 and the throttle check valve 3 with the lowering side of the working cylinder 1. The compressed air flows due to the application of the piston of the working cylinder 1 with the "lowering pressure payload p ₂ ", this time supported by the weight of the payload in the memory 2. The piston remains in the lowered position as long as the lowering side is connected to the pressure regulator 7. Again, it can be held by a mechanical lock in the lowered position, in which case the lowering side can be connected via the switch 5 with the atmosphere.

Claims

claims:

1. Circuit arrangement for low-energy operation of fluid-operated actuators, in particular for pneumatic working cylinder, for the vertical movement of dead load and payload existing loads in which the actuator with

A storage volume is connected, characterized in that the filled with the pressure medium volume of the actuator against which the load acts, is directly connected to the storage volume, the storage volume is augelegt so large that the displaced during a power stroke from the actuator pressure medium without significant increase in pressure is absorbed by the storage volume,

that the volume of the actuator not connected to the storage volume can be acted upon by at least one force by means of the pressure medium, wherein this force or one of these forces together with the dead load is greater than that acting on the volume connected to the storage volume.

2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the volume of the actuator is not connected to the storage volume optionally acted upon by two forces, wherein a force corresponding to the lowering of the dead load force corresponds and the second force corresponds to the force required to lower the Dead weight and payload existing weight is required.

3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that in one end position of the actuator, wherein the volume of the actuator connected to the storage volume is equal to "zero", a locking of the piston of the actuator is provided.

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