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Die
Erfindung betrifft ein Schutzelement-Antrieb-System zum Öffnen bzw.
Schließen
von Arbeitsbereichen, insbesondere von Schweißzellen, Fräszellen, Bohrzellen und Lackierzellen,
mit mindestens einem Schutzelement, das im verschlossenen Zustand
den Arbeitsbereich von der Umgebung trennt und wobei zum Verschließen bzw. Öffnen des
Arbeitsbereiches, nämlich
zur Bewegung des Schutzelementes ein Antrieb vorgesehen ist.
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Im
Stand der Technik sind unterschiedlich ausgebildete Schutzelement-Antrieb-Systeme
zum Öffnen
und Schließen
von Arbeitsbereichen bekannt. Arbeitsbereiche in denen beispielsweise
bewegte Teile, hohe Temperaturen oder giftige Stoffe eine Gefahr
darstellen müssen
für den
Anwender nicht zugänglich
gemacht werden, soweit dies ohne Einschränkung der Funktion bzw. des
Verwendungszweckes möglich
ist. Rotierende, oszillierende, translatorische, zu schweißende und/oder
zu bohrende Teile werden häufig
hinter Schutzelementen an Maschinen oder Gerätekörper untergebracht. Es erwies sich
als notwendig Regeln für
die Gestaltung solcher Schutzmaßnahmen
zu treffen. Diese sind in den jeweils aktuellen Unfallverhütungsvorschriften
(UVV) zusammengefaßt.
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So
ist zum Beispiel bei Schweißzellen
eine Abschottung des Arbeitsbereiches, in dem die Schweißarbeiten
an den jeweiligen Teilen durchgeführt werden, durch Schutzelemente
bekannt. Das Schweißgut
wird praktisch völlig
durch die sich schließenden
Schutzelemente von der Umgebung des Anwenders isoliert. Häufig sind
innerhalb der Schutzelemente Sichtfenster mit eingearbeitet, so daß der Anwender
bei Unregelmäßigkeiten
des Schweißvorgangs
diese registrieren kann und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen
einleiten bzw. den Schweißvorgang
abbrechen kann.
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Die
Schutzelemente werden im Stand der Technik durch mehrere behauptete
Möglichkeiten
betätigt.
Beispielsweise kann durch die körperliche Kraft
des Anwenders ein Schutzelement auf einer Schiene betätigt, insbesondere
entlang der Schiene verschoben werden. Diese Antriebe besitzen oft
eine Schließfeder
als Energiespeicher mit einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit.
Die Kolben-Zylinder-Einheit und die Schließfeder sind in einem Gehäuse angeordnet
und wirken über
eine Zahnstange und ein Zahnritzel oder über ein Kurvenscheibengetriebe
mit einer in dem Gehäuse
drehbar gelagerten Schließwelle
zusammen, welche unmittelbar oder über ein kraftübertragendes
Gestänge
mit dem Schutzelement verbunden ist. Beim manuellen Öffnen des
Schutzelementes wird der Energiespeicher aufgeladen und nachfolgend
beim gewünschten Schließen des
Schutzelementes wieder entladen. Bei jeder Öffnungs- und Schließbewegung
des Schutzelementes wird durch die Betätigung des Kolbens ein Hydraulikmedium
zwischen den beiden Kolbenräumen
ausgetauscht. Teilweise werden auch elektrohydraulische Antriebe
eingesetzt, wobei ein Öffnen
des Schutzelementes durch eine Hydraulikpumpe realisiert ist.
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Häufig wird
aber zur Bewegung des Schutzelementes ein Antrieb verwendet, für dessen
Aktivierung ein Anwender verantwortlich ist. Durch Betätigung eines
Startknopfes wird dann zum Beispiel eine Steuerelektronik aktiviert,
die in geeigneter Weise einen Motor anspricht. Vorzugsweise werden
zum Antrieb von Schutzelementen Vorschubmotoren gewählt, die üblicherweise über einen
Zahnriemen die Bewegung des Schutzelementes zum Öffnen und Schließen des
Arbeitsbereiches verursachen. Das Schutzelement wird dann in der
vorgesehenen Laufschiene durch den Zahnriemen in entsprechender Weise
bewegt.
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Schließlich ist
aus der
DE 197 12
115 A1 ein „Handhabungssystem" zur Versorgung einer
Bearbeitungseinrichtung bekannt. Bei diesem System wird ein Arbeitsraum
mit Teilen versorgt bzw. werden Teile aus dem Arbeitsraum entfernt,
in dem eine Modul-Dreheinheit
um eine vertikale Drehachse verdrehbar ist. Die Modul-Dreheinheit
weist einerseits einen Bereitstellungsplatz und andererseits einen
Ladeplatz auf, wobei der Ladeplatz nach außen durch ein bogenförmig ausgebildetes
Verkleidungselement abgegrenzt wird. Die Modul-Verdreheinheit arbeitet nach
Art einer „Schleuse", wobei die Modul-Dreheinheit
zum Ein- und Ausschleusen von Teilen eine zwangsgekoppelte Verfahreinrichtung
aufweist.
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Die
im Stand der Technik bisher bekannten Schutzelement-Antrieb-Systeme
zum Öffnen
bzw. Schließen
von Arbeitsbereichen sind nicht optimal ausgebildet. Dadurch, daß die herkömmlichen „Türantriebe" mechanisch aufwendig
realisiert sind führt dies
nicht nur zu hohen Beschaffungskosten und Installationskosten, sondern
auch zu erheblichen akustischen Belastungen, die die Schallemissionswerte des
Industriebetriebes negativ beeinflussen und somit den Arbeitnehmern
im Umfeld des Schutzelement-Antrieb- Systems gesundheitlich schaden können. Zusätzlich verursachen
die im Stand der Technik bisher bekannten Schutzelement-Antrieb-Systeme regelmäßigen, zeitintensiven
und teuren Instandhaltungsaufwand.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schutzelement-Antrieb-System
der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden,
daß eine
kostengünstige
Herstellung sowie eine einfache Installation ermöglicht ist, insbesondere darüberhinaus
eine Verminderung der Schallemission, eine Verringerung des Wartungsaufwandes
und die Sicherheit unter Einhaltung der gültigen Unfallverhütungsvorschrift
(UVV) gewährleistet ist.
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Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun dadurch gelöst, daß das Schutzelement als ein
bogenförmiges
Türelement
ausgebildet ist, daß der
Antrieb durch einen pneumatisch und/oder hydraulisch betreibbaren
Drehzylinder, eine Kurbel und einen Schlitten gebildet ist, daß der Drehzylinder über die Kurbel
mit den Schlitten wirksam verbunden ist, daß der Schlitten auf einer zum
Türelement
radial verlaufenden Strebe bewegbar angeordnet ist, daß der Drehzylinder
an einer Verbindungsstrebe angeordnet ist und daß das Türelement drehbewegbar gelagert ist,
nämlich
das innere Ende der radial verlaufenden Strebe bewegbar angelenkt
ist. Dadurch, daß nunmehr
pneumatisch und/oder hydraulisch betreibbare Drehzylinder mit Kurbel
und Schlitten in Kombination mit einem beweglichen, bogenförmigen Türelement und
eine radial verlaufende Strebe vorgesehen sind, ergeben sich mehrere
Vorteile. Durch die Verwendung von pneumatisch und/oder hydraulisch
betreibbaren und wesentlich schallemissionsärmeren sowie kostengünstigeren
Drehzylindern werden nicht nur die akustischen Belastungen im Betrieb
vermindert und Kosten in der Anschaffung gespart, sondern es entfallen
zusätzlich
noch Kosten in der Instandhaltung, da die Drehzylinder wartungsfrei
sind. Es besteht zusätzlich
beispielsweise bei einem pneumatischem Antrieb ein geringer Leitungsaufwand
und somit geringere Kosten, da nach der Energieabgabe die Luft abgeblasen
werden kann. Meistens ist die Installation mit geringem Aufwand
verbunden, da in vielen Fällen
auf ein vorhandenes Druckluftnetz innerhalb des Betriebes zurückgegriffen
werden kann. Des weiteren entfällt
die kostenintensive Anschaffung von Motoren und deren einhergehender
Energieverbrauch sowie benötigte
Leitungen, wobei zusätzlich die
akustischen Belastungen und der Wartungsaufwand vermindert sind.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das
erfindungsgemäße Schutzelement-Antrieb-System in
vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf
die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen
werden. Im folgenden soll nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand einer Zeichnung und der dazugehörenden Beschreibung näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt
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1 das
erfindungsgemäße Schutzelement-Antrieb-System
in einer schematischen Darstellung in einer Draufsicht bei geschlossenen
Schutzelementen,
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2 das
erfindungsgemäße Schutzelement-Antrieb-System
in einer schematischen Darstellung in einer Draufsicht bei geöffneten
Schutzelementen,
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3 das
bogenförmige
Schutzelement in einer schematischen Darstellung,
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4 einen
Schnitt des Schutzelement-Antrieb-Systems in einer schematischen
Darstellung von der Seite und
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5 ein
Schaltbild mit einem 5/3-Wegeventil und verschiedenen Drossel-Rückschlagventilen in einer vereinfachten
schematischen Darstellung.
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Die 1 bis 5 zeigen – zumindest
teilweise – ein
Schutzelement-Antrieb-System zum Verschließen bzw. Öffnen von Arbeitsbereichen 1,
insbesondere von Schweißzellen,
Fräszellen,
Bohrzellen und Lackierzellen, hier mit zwei Schutzelementen 2, die
im verschlossenen Zustand den Arbeitsbereich 1 von der
Umgebung trennen und wobei zum Verschließen bzw. Öffnen des Arbeitsbereiches 1,
nämlich
zur Bewegung der Schutzelemente 2 ein Antrieb 3 vorgesehen
ist. Es ist denkbar, daß bspw.
nur ein Schutzelement 2 vorgesehen ist. Dies ist abhängig von
der spezifischen konstruktiven Ausgangshaltung des Schutzelement-Antrieb-Systems.
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Die
eingangs beschriebenen Nachteile sind nun dadurch vermieden, daß das Schutzelement 2 jeweils
als ein bogenförmiges
Türelement 2a – wie in 3 dargestellt – ausgebildet
ist, daß der
Antrieb 3 durch mindestens einen pneumatisch und/oder hydraulisch
betreibbaren Drehzylinder 4, eine Kurbel 5 und
einem Schlitten 6 gebildet ist und daß der Drehzylinder 4 über die
Kurbel 5 mit den Schlitten 6 wirksam verbunden
ist, daß der
Schlitten 6 auf einer zum Türelement 2a radial
verlaufenden Strebe 7 bewegbar angeordnet ist, daß der Drehzylinder 4 an
einer Verbindungsstrebe 8 angeordnet ist und daß das Türelement 2a drehbewegbar
gelagert ist, nämlich
das innere Ende der radial verlaufenden Strebe 7 bewegbar
angelenkt ist. Vorteilhaft wirkt sich aus, daß keine Geräuschbildung entsteht aufgrund
des fehlenden Zahnriemens, der Zahnstange oder des Zahnritzels der
im Stand der Technik bekannten Konstruktionen sowie die Anschaffungskosten,
vermindert sind. Zusätzlich
kann sich das bogenförmige
Türelement 2a ideal
an eine runde Arbeitsfläche
anpassen, wobei der Arbeitsbereich 1, wie in 4 erkennen
lässt, hier über dem
Antriebs-System liegen soll.
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1 und 2 zeigen,
daß der
Schlitten 6 auf einer zum Türelement 2a radial
verlaufenden Strebe 7 bewegbar angeordnet ist, wobei der
Drehzylinder 4 an einer Verbindungsstrebe 8 angeordnet
ist und das Türelement 2a drehbewegbar
gelagert ist, nämlich
das innere Ende der radial verlaufenden Strebe 7 bewegbar
angelenkt ist. Weiterhin ist zu erkennen, daß das Türelement 2a jeweils
am Ende des bogenförmigen
Randes ein Dämpfungselement 9 aufweist
sowie separate Schaltleisten 10 im Bereich der Verbindung 15 zur
Mittelsäule 13 vorgesehen wird.
Die Dämpfungselemente 9 verhindern
eine erhöhte
akustische Belastung beim Schließvorgang der Schutzelemente 2 und
schonen diese zusätzlich, was
zu einer erhöhten
Lebensdauer der Schutzelemente 2 führt.
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Des
weiteren existiert ein Schaltelement 11 am Türelement 2a,
welches zur Aktivierung der Drehzylinder 4 benötigt wird.
Vorzugsweise wird das Schaltelement 11 direkt an einem
bogenförmigen Ende
des Türelementes 2a angeordnet,
vgl. 1, 2 und 3, möglich wäre auch
eine zentrale Anordnung oder sogar eine Auslagerung des Schaltelementes 11 in
einen anderen Bereich des Schutzelement-Antrieb-Systems bzw. in
die Maschinenumgebung, was für
den Anwender von Vorteil wäre,
zum Beispiel eingegliedert in ein Kontrollsystem. Das Schaltelement 11 kann
durch eine Vielzahl von Möglichkeiten
gebildet werden, beispielsweise sind übliche Aktivierungsknöpfe, Hebel
oder Sensoren zu nennen.
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Um
den Platzverbrauch zu optimieren weist die radial verlaufende Strebe 7 des
Türelementes 2a mindestens
den Radius des zu schützenden
Arbeitsbereiches 1 auf, vorzugsweise entspricht diese dem Radius
eines Rundtisches, welcher dem zu schützenden Arbeitsbereich 1 entspricht.
Zusätzlich
weist die radial verlaufende Strebe 7 am inneren Ende mindestens
eine Flanschanbindung 12 auf, wie in der 4 zu
erkennen ist, zur Anordnung an der Mittelsäule 13 hier zwei Flanschanbindungen 12.
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Bei
Betrachtung der 1, 2 und 4 fällt auf,
daß eine
Mittelsäule 13 vorgesehen
ist und an der Mittelsäule 13 die
kugelgelagerten Flanschanbindungen 12 vorgesehen sind.
Die Mittelsäule 13 wird
vorzugsweise unmittelbar an dem Maschinenteil oder in der Nähe des Arbeitsbereiches 1 angeordnet. Je
nach Anzahl der beweglich angelagerten Teile erhöht sich die Zahl der vorgesehenen
Flanschanbindungen 12 an der Mittelsäule 13. Sämtliche
drehbare Befestigungsmöglichkeiten
für die
Türelemente 2a an
der Mittelsäule 13 sind
denkbar. 4 zeigt, daß die radial verlaufende Strebe 7 hier
im wesentlichen als eine „Wandung" ausgebildet ist.
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Die 1 und 2 zeigen,
daß in
diesem Ausführungsbeispiel
zwei Verbindungsstreben 8 an der Mittelsäule 13 vorgesehen
sind. Die Anzahl der Verbindungsstreben 8 kann je nach
Größe des Schutzelement-Antrieb-Systems
variieren. Des weiteren wird anhand der 1 und 2 deutlich,
daß zwei
Türelemente 2a vorgesehen
sind, die mit insgesamt vier Flanschanbindungen 12 angeordnet
sind, wobei jeweils zwei Flanschanbindungen 12 ein bogenförmiges Türelement 2a lagern,
deutlich zu erkennen in der 4, worin das
Schutzelement-Antrieb-System von der Seite graphisch dargestellt
ist. Die Türelemente 2a schwenken
nun mit Hilfe des Schutzelement-Antrieb-Systems um die Mittelsäule 13 und
geben den Arbeitsbereich 1 frei oder verschließen ihn.
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Sowohl
die 1 als auch die 2 zeigen, daß mindestens
ein Querholm 14 zwischen den beiden Verbindungsstreben 8 ausgebildet
ist. Darin ist auch zu erkennen, daß zusätzlich eine weitere Verbindungsstrebe
zur besseren Festigkeit angeordnet werden kann. Bei größeren Konstruktionen
ist die Anzahl erneut variabel auf die jeweiligen Bedingungen anzupassen.
Des weiteren ist vom Querholm 14 zur Mittelsäule 13 mindestens
eine weitere Verbindung 15 ausgebildet, die zur Aufnahmen
von weiteren Teilen konstruiert ist.
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Bei
der Betrachtung der 1 und 2 wird deutlich,
daß in
diesem Ausführungsbeispiel zwei
pneumatisch und/oder hydraulische Drehzylinder 4 Anwendung
finden. Die kostengünstige
Verwendung von pneumatischen Drehzylindern 4 wird durch
schon existierende Druckluftanlagen in größeren Betriebshallen noch unterstützt. Der
eingangs beschriebene Nachteil der hohen Instandhaltungskosten entfällt, da
die verwendeten Drehzylinder 4 wartungsfrei sind. Die beiden
Drehzylinder 4 sind jeweils an einer Verbindungsstrebe 8 befestigt.
Anhand der 1 und 2 ist auch
zu erkennen, daß jeweils
eine Kurbel 5 mit einem Schlitten 6 und einem Drehzylinder 4 verbunden
ist. Des weiteren wird deutlich, daß die Schlitten 6 an
den Streben 7 des Türelementes 2a gleitend
angeordnet sind, wobei hier die Streben als Wandungen ausgeführt sind
und im unteren Bereich der Wandung, nämlich an der unteren Kante
der Schlitten 6 angeordnet ist. Durch die gleitende Anordnung
wird eine Bewegung des Türelementes 2a erst
ermöglicht.
Bei Aktivierung des Drehzylinders 4 wird die Kurbel 5 durch
diesen in Bewegung versetzt, die wiederum ein Schwenken des Türelementes 2a um
die Mittelsäule 13 durch
das Gleiten des Schlitten 6 entlang der radial verlaufenden
Strebe 7 ermöglicht.
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Durch
die Position der Drehantriebsachse 16 des Drehzylinders 4 auf
der Verbindungsstrebe 8 und die Form bzw. Ausbildung und
Anordnung der Kurbel 5 wird der Öffnungswinkel des Arbeitsbereiches 1 beeinflußt. Je länger die
Kurbel 5 ist, desto mehr Einfluß hat sie auf den Öffnungswinkel,
da durch die Kurbellänge
der Abstand vom Drehzylinder 4 festgelegt wird. Je weiter
der Drehzylinder 4 auf der Verbindungsstrebe 8 von
der Mittelsäule 13 entfernt
angeordnet ist, desto geringer ist der sich einstellende Öffnungswinkel
aufgrund der vorherrschenden Geometrie. Durch diese Anordnung ist
eine individuelle Einstellung auf die jeweils relevanten Umgebungsbedingungen
der Maschine und des Arbeitsbereiches 1 ermöglicht.
Sollte es einmal Änderungen
in der Größe des zu
bearbeitenden Arbeitsbereiches 1 geben, oder das gleiche
Schutzelement-Antrieb-System für eine
andere Maschine verwendet werden, ist eine Änderung der Position der Drehantriebsachse 16 des Drehzylinders 4 äußerst einfach,
indem diese einfach den Bedingungen entsprechend versetzt wird.
Des weiteren kann durch eine andere speziell angefertigte Kurbel 5 erheblicher
Einfluß genommen
werden und die Installation ist schnell und kosteneffizient durchzuführen. Die
oben genannten Vorteile haben einen großen Einfluß auf zukünftige Kosten und ermöglichen
zusätzlich
eine variable und einfache Anwendung des erfindungsgemäßen Schutzelement-Antrieb-Systems.
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1 und 2 zeigen,
daß an
der mittigen Verbindung 15 mindestens eine Linearschlitteneinheit 17 angeordnet
ist. Um ein gleichmäßiges Öffnen und
Schließen
der beiden Türelemente 2a zu
gewährleisten,
ist die Linearschlitteneinheit 17 mit mindestens einer
Koppelstange 18 verbunden, wobei die Koppelstange 18 mit
mindestens einer radialen Strebe 7 in Verbindung steht.
Diese Konstruktion ist aus sicherheitstechnischer Sicht relevant.
Durch die mechanische Kopplung der beiden Türelemente 2a ist die
Bewegung eines einzelnen Türelementes 2a ausgeschlossen.
Die Synchronisation der beiden Türelemente 2a wird
sichergestellt und damit auch das völlige Verschließen des
Arbeitsbereiches 1. Entweder sind beide Türelemente 2a verschlossen
oder beide – zumindest
teilweise – geöffnet. Des
weiteren ist beim Funktionsausfall eines Drehzylinders 4 oder
bei nicht vollständiger
Funktion eines Drehzylinders 4 aufgrund irgendwelcher Komplikationen
noch ein Öffnen
und Schließen
der beiden Türelemente 2a durch die
mechanische Verknüpfung
gewährleistet,
denn es können
beide Türelemente 2a automatisch
bewegt werden.
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Die 5 zeigt,
daß das
Schutzelement-Antrieb-System über
eine Steuerung verfügt
und daß der
Drehzylinder 4 über
ein 5/3-Wegeventil 19 angesteuert wird. Durch entsprechende
Aktivierung wird das 5/3-Wegeventil 19 die Dreheinheiten
des Drehzylinders 4 beaufschlagen. Die Dreheinheiten werden
belüftet
und da die Kolbenflächen
gleiche Größen aufweisen
ist das Antriebssystem praktisch wie in einem drucklosen Zustand
und die Türelemente 2a können frei
bewegt werden. Zusätzlich
ist jedem Drehzylinder 4 ein steuerbares Drosselventil 20 für jeweils
Vor- und Rücklauf
vorgesehen. Vorzugsweise werden die Drosselventile 20 auf
der Linearschlitteneinheit 17 befestigt. Denkbar sind auch
andere Befestigungsorte für
die Drosselventile 20 innerhalb des Schutzelement-Antrieb-Systems,
insbesondere die Verbindungsstreben 8 oder die Schutzelemente 2 bieten
gute Befestigungsmöglichkeiten.
Des weiteren weist in diesem Ausführungsbeispiel die Linearschlitteneinheit 17 Schaltleisten 10 zur
Steuerung der Abluft von den jeweiligen Drosselventilen 20 für Vor- und
Rücklauf
der Drehzylinder 4 auf. Auch hier sind andere Positionen
für die
Schaltleisten 10 denkbar. Durch die Verwendung der oben
genannten Drosselventile 20 für Vor- und Rücklauf in
der dargestellten Anordnung – wie
in 5 – ist
zusätzlich
eine Sicherheit gegen eine gefahrbringende Bewegung der Türelemente 2a gegeben,
denn bei einem Notfall, beispielsweise einem Schlauchbruch ist eine
plötzliche gefahrbringende
Bewegung unterbunden. Wenn die Dreheinheiten beaufschlagt werden,
regeln die Drosselventile 20 für den Vorlauf die Belüftungsgeschwindigkeit
der einzelnen Drehzylinder 4 und nehmen dadurch direkten
Einfluß auf
die Türbewegung,
da der Druck nicht schlagartig auf die Kolbenflächen wirkt. Das gleiche Prinzip
ist gültig
für die
Rücklaufdrosselklappen,
der Druck wird nicht schlagartig entlüftet. Des weiteren besteht
die Möglichkeit
die Ent- bzw. Belüftungsgeschwindigkeit
der Vor- und Rücklaufdrosselklappen über die
Schaltleisten 10 zu regulieren, dadurch kann der Anwender
aktiv das Schutzelement-Antrieb-System
beeinflussen.
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- 1
- Arbeitsbereich
- 2a
- Schutzelement
- 2
- Türelement
- 3
- Antrieb
- 4
- Drehzylinder
- 5
- Kurbel
- 6
- Schlitten
- 7
- Strebe
- 8
- Verbindungsstreben
- 9
- Dämpfungselemente
- 10
- Schaltleisten
- 11
- Schaltelement
- 12
- Flanschanbindung
- 13
- Mittelsäule
- 14
- Querholm
- 15
- Verbindung
zur Mittelsäule/Verbindungsstrebe
- 16
- Drehantriebsachse
- 17
- Linearschlitteneinheit
- 18
- Koppelstangen
- 19
- 5/3-Wegeventil
- 20
- Drosselventile