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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidkraft-Verriegelungssystem,
das eine Gruppe von Ventilen enthält und das ausgebildet ist,
um zur gleichen Zeit nur eine fluidische Ausgabe an anzusteuernde
Stellglieder zu ermöglichen.
Ferner betrifft die Erfindung ein sich auf ein solches Verriegelungssystem
beziehendes Verfahren zum Verriegeln von Fluidkraftsignalen innerhalb
einer Gruppe von Ventilen.
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Fluidkraftventile,
wie z. B. pneumatische Ventile, werden oftmals verwendet, um Vorrichtungen,
wie z. B. Linearstellglieder oder Drehstellglieder zu steuern. Stellglieder
können
verwendet werden, um Maschinen zu automatisieren und Materialien
zu transportieren. Außerdem
können
Stellglieder verwendet werden, um andere Ventile, wie z. B. Prozesssteuerungsventile,
zu öffnen
und zu schließen, die
ein Verfahren oder ein Produktionssystem steuern. Zuerst verwendet
man eine Gruppe pneumatischer Stellgliedventile, um eine Gruppe
von Stellgliedern zu steuern. Aufgrund der Eigenschaften des speziellen
Verfahrens oder der Maschinen kann es wünschenswert sein, dass man
sicherstellt, dass nur ein Stellglied zu einer gegebenen Zeit im
betätigten Zustand
ist. Dies kann erzielt werden, indem man verhindert, dass mehr als
ein Ventil eine pneumatische Ausgabe zu einer speziellen Zeit aussendet. Um
eine derartige Steuerung zu erzielen, verwendet man üblicherweise
eine Verriegelungsschaltung bzw. einen Verriegelungskreis.
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Eine
Verriegelungsschaltung bzw. ein Verriegelungskreis für einen
pneumatischen Kreis kann entweder elektrisch oder pneumatisch gesteuert
werden. Jedes der Systeme arbeitet so, dass beim Betätigen eines
Ventils verhindert wird, dass die anderen Ventile in der Schaltung
bzw. dem Kreis ein Signal ausgeben. Eine elektrische Verriegelung
arbeitet üblicherweise
dadurch, dass sie die elektrischen Signale auf eine Ventilgruppe
steuert, um zu verhindern, dass mehr als einem Magnetschalter der
Ventile zur selben Zeit Energie zugeführt wird. Eine elektrische Verriegelung
kann durch elektrische Schaltungskomponenten und/oder durch Software
erzielt werden, falls die Ventile durch eine programmierbare Logik-Steuerungsvorrichtung
betrieben werden. Allerdings hat die Verwendung einer elektrischen
Verriegelung einen Nachteil, da die tatsächliche pneumatische Ausgabe
von dem Ventil nicht vollständig
geschützt
ist. So ist es z. B. völlig üblich, dass
ein mit einem Magnetschalter betätigtes
pneumatisches Ventil ein manuelles Vorrangventil enthält. Eine
elektrische Verriegelungslösung
(Schaltung oder Software) verhindert keine manuelle Ventilbetätigung;
es ist daher nach wie vor möglich,
mehrfache pneumatische Ausgaben zu erzeugen und mehr als einem Stellglied
zur gleichen Zeit Energie zuzuführen.
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Bei
einem pneumatischen Verriegelungssystem werden die pneumatischen
Ausgaben von den eigentlichen Ventilen durch pneumatische Schaltungsvorrichtungen
gesteuert, um zu verhindern, dass mehr als ein pneumatisches Signal
zu einer gegebenen Zeit erzeugt wird. Selbst wenn ein Ventil außerhalb
der Sequenz manuell betätigt
wird, führt
eine Ausgabe zu keiner vorzeitigen Betätigung eines Stellglieds. Eine
der Anmelderin bekannte pneumatische Verriegelungsschaltung ist
in 1 gezeigt, wobei ein normalerweise offenes Ventil 6 und
ein normalerweise geschlossenes Ventil 7 für jedes
Stellglied 50a–e
verwendet wird. Außerdem
sind zwei "ODER"-Ventile 8 für jedes
Ventilpaar notwendig, um die pneumatische Verriegelungssteuerung
zu erzeugen. Diese pneumatische gesteuerte Verriegelung des Stands
der Technik wird jedoch oft als unpraktisch bezeichnet aufgrund
der Anzahl benötigter Komponenten
zum Erzeugen der gewünschten
Verriegelungsfunktion. Bei einigen Anwendungen können die im Zusammenhang mit
der Verriegelungsfunktion auftretenden zusätzlichen Kosten- und Platzanforderungen
unerschwinglich sein. Außerdem kann
die pneumatische Installation aufgrund der benötigten zahlreichen Rohrverbindungen
ziemlich beschwerlich werden. Aus diesen Gründen wird eine pneumatische
Verriegelungsschaltung selten realisiert, obwohl man aus ihrer Verwendung
Nutzen ziehen kann.
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Aus
der
DE 44 03 213 A1 geht
bereits ein Steuerungssystem hervor, bei dem die Vorsteuerventile
eines hydraulisch betätigbaren
Mehrwegeventils wechselseitig durch Fluidkraft verriegelbar sind.
Befindet sich eines der Vorsteuerventile in einer Stellung, in der
es dem Mehrwegeventil ein Pilotsignal zuführt, wird dieses Pilotsignal
gleichzeitig als fluidisches Steuersignal dem jeweils anderen Vorsteuerventil
aufgeschaltet, sodass dieses in eine vorbestimmte Stellung umschaltet
und in dieser durch die ständige
Fluidbeaufschlagung praktisch verriegelt ist. Hier ist von Nachteil,
dass die Schaltstellung der beiden Vorsteuerventile zwangsweise
gekoppelt ist und dass die Verriegelung erst eintritt, nachdem das
zu verriegelnde Vorsteuerventil zuvor umgeschaltet wurde. Eine Verriegelung
in der momentan eingenommenen Position ist hier nicht möglich.
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Verriegelungsmechanismen
innerhalb eines fluidischen Systems offenbart auch die
DE 29 05 505 C2 . Dort wird
eine fluidische Taktkette erläutert,
die innerhalb einzelner Schrittstufen mit einer Mehrzahl von Ventilen
ausgestattet ist, die untereinander die Verriegelung der verschiedenen
Schritte übernehmen.
Wie schon im Falle der
DE
44 03 213 A1 sind die Ventilmittel jedoch rein fluidisch
betätigbar.
Bauformen, die sich zur Verwendung bei vorgesteuerten Magnetventilen
eignen, werden nicht erläutert.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein fluidisches Verriegelungssystem
und zugehöriges
Verfahren bereitzustellen, das sich für den Einsatz mit extern ansteuerbaren
Magnetventilen eignet, wobei eine einfache Herstellung möglich ist und
eine nur geringe Anzahl von Komponenten benötigt wird.
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Diese
Aufgabe wird zum einen gelöst
durch ein Fluidkraft-Verriegelungssystem,
welches aufweist:
- – ein erstes Ventil, das zwischen
einem ersten und einem zweiten Zustand umschaltbar ist und einen
Eingang sowie einen ersten und einen zweiten selektiv betreibbaren
Ausgang hat, wobei der zweite Ausgang mit einem ersten Stellglied
betriebsmäßig verbindbar
ist und der erste Ausgang mit einem Eingang eines zweiten Ventils
betriebsmäßig verbunden
ist, das ebenfalls zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand
umschaltbar ist;
- – wobei
das zweite Ventil ebenfalls einen ersten und einen zweiten selektiv
betreibbaren Ausgang hat, wobei der zweite Ausgang des zweiten Ventils
mit einem zweiten Stellglied betriebsmäßig verbindbar ist,
- – wobei
das erste und das zweite Ventil extern angesteuerte Doppel-Magnetventile
sind, die jeweils einen ersten Pilotan schluss haben, der zum Empfang
eines Fluidkraftpilotsignals ausgelegt ist, um das zugehörige Ventil
in den ersten Zustand umzuschalten, wobei die ersten Pilotanschlüsse mit einer
Druckquelle betriebsmäßig verbindbar
sind, und die jeweils einen zweiten Pilotanschluss enthalten, der
zum Empfang eines Fluidkraftpilotsignals ausgelegt ist, um das zugehörige Ventil
in den zweiten Zustand umzuschalten, wobei die zweiten Pilotanschlüsse von
sowohl dem ersten als auch dem zweiten Ventil mit dem ersten Ausgang
des zweiten Ventils betriebsmäßig verbunden
sind,
- – wobei
der erste Ausgang des ersten Ventils mit dem Eingang des ersten
Ventils in Fluidverbindung steht, wenn sich das erste Ventil in
dem ersten Zustand befindet und der zweite Ausgang des ersten Ventils
mit dem Eingang des ersten Ventils in Fluidverbindung steht, wenn
sich das erste Ventil in dem zweiten Zustand befindet;
- – und
wobei der erste Ausgang des zweiten Ventils mit dem Eingang des
zweiten Ventils in Fluidverbindung steht, wenn sich das zweite Ventil
in dem ersten Zustand befindet und der zweite Ausgang des zweiten
Ventils mit dem Eingang des zweiten Ventils in Fluidverbindung steht,
wenn sich das zweite Ventil in dem zweiten Zustand befindet;
derart,
dass ein Umschalten aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand
entweder des ersten oder des zweiten Ventils das Fluidkraftpilotsignal
zum zweiten Pilotanschluss jedes Ventils unterbricht, wodurch verhindert
wird, dass das nicht umgeschaltete Ventil betätigbar und durch Fluidkraft
umschaltbar ist.
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Die
Aufgabe wird ferner gelöst
durch ein Verfahren zum Verriegeln von Fluidkraftsignalen, welches
die folgenden Schritte aufweist:
- – Bereitstellen
eines als extern ansteuerbares Doppel-Magnet ventil ausgebildeten
ersten Ventils, das zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand
umschaltbar ist und einen Druckeingang sowie einen ersten und einen
zweiten selektiv betreibbaren Ausgang hat, wobei der zweite Ausgang
mit einem ersten Stellglied betriebsmäßig verbindbar ist;
- – Bereitstellen
eines als extern ansteuerbares Doppel-Magnetventil ausgebildeten
zweiten Ventils, das zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand
umschaltbar ist und einen Druckeingang sowie einen ersten und einen
zweiten selektiv betreibbaren Ausgang hat, wobei der zweite Ausgang
des zweiten Ventils mit einem zweiten Stellglied betriebsmäßig verbindbar
ist;
- – wobei
die beiden Ventile jeweils einen ersten und einen zweiten Pilotanschluss
aufweisen, von denen der erste Pilotanschluss zum Empfang eines
das Ventil in den ersten Zustand umschaltenden Fluidkraftpilotsignals
und der zweite Pilotanschluss zum Empfang eines das Ventil in den zweiten
Zustand umschaltenden Fluidkraftpilotsignals ausgelegt ist;
- – betriebsmäßiges Verbinden
der ersten Pilotanschlüsse
beider Ventile mit einer Druckquelle;
- – betriebsmäßiges Verbinden
des ersten Ausgangs des ersten Ventils mit dem Druckeingang des
zweiten Ventils;
- – betriebsmäßiges Verbinden
des ersten Ausgangs des zweiten Ventils mit dem zweiten Pilotanschluss
des ersten und des zweiten Ventils, um zu ermöglichen, dass das erste Ventil
aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand umgeschaltet werden
kann;
- – Umschalten
aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand entweder des ersten
oder des zweiten Ventils zwecks Unterbrechung eines Druckstromes
von dem ersten Ausgang des zweiten Ventils zu den zweiten Pilotanschlüssen beider
Ventile, wodurch verhindert wird, dass das nicht umgeschaltete Ventil betätigt werden
kann und einem entsprechenden Stellglied Druck zuführt.
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In Übereinstimmung
mit diesen Merkmalen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
Fluidkraft-Verriegelungsmaßnahmen
in Verbindung mit wenigstens einem ersten und einem zweiten extern angesteuerten
Doppel-Magnetventil. Jedes der Ventile hat eine Vielzahl von Anschlüssen einschließlich eines
Druckeingang-Anschlusses, eines ersten und eines zweiten Druckausgang-Anschlusses
und eines ersten und eines zweiten Pilot- bzw. Steueranschlusses. Das erste und
das zweite Ventil haben jeweils einen ersten Zustand, bei dem dem
ersten Ausgangsanschluss Druck zugeführt wird, und einen zweiten Zustand,
bei dem dem zweiten Ausgangsanschluss Druck zugeführt wird.
Hierbei unterstützt
ein Druck an den ersten Pilotanschlüssen, dass das erste und das zweite
Ventil in den ersten Zustand umgeschaltet werden, und ein Druck
am zweiten Pilotanschluss unterstützt, dass das erste und das
zweite Ventil in den zweiten Zustand umgeschaltet werden. Der Druckeingang-Anschluss
des ersten Ventils ist im Betrieb mit einer Druckquelle verbindbar,
und der erste Ausgangsanschluss des ersten Ventils ist im Betrieb
mit dem Druckeingang-Anschluss des zweiten Ventils verbunden. Der
zweite Ausgangsanschluss des ersten Ventils ist im Betrieb mit einem
ersten Stellglied verbunden, und der erste Pilotanschluss des ersten Ventils
ist im Betrieb mit der Druckquelle verbindbar. Der erste Ausgang
des zweiten Ventils ist im Betrieb mit dem zweiten Pilotanschluss
des ersten und des zweiten Ventils verbunden, und der zweite Ausgangsanschluss
des zweiten Ventils ist im Betrieb mit einem zweiten Stellglied
verbindbar. Wenn entweder das erste oder das zweite Ventil in den
zweiten Zustand umgeschaltet wird, um das entsprechende Stellglied
zu aktivieren, wird hierbei der Druck zu den zweiten Pilotanschlüs sen sowohl
des ersten als auch des zweiten Ventils unterbrochen, wodurch verhindert
wird, dass das jeweils andere der beiden durch das erste und das
zweite Ventil gebildeten Ventile in den zweiten Zustand umgeschaltet
wird.
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Zweckmäßigerweise
wird das Verriegelungssystem unter Verwendung eines mit den verriegelbaren
Ventilen bestückbaren
Verteilers aufgebaut. Dieser enthält vorzugsweise einen Verteilerkörper, der eine
erste und eine zweite das Montieren je eines Ventils ermöglichende
Ventilmontierstation hat, die jeweils eine Vielzahl von Anschlüssen enthalten,
um mit den Anschlüssen
eines daran montierbaren Ventils übereinzustimmen. Der Verteilerkörper enthält insbesondere
einen Kanal, der einen Luftquellenanschluss mit den ersten Pilotanschlüssen sowohl
des ersten als auch des zweiten Ventilmontierstation-Anschlusses
verbindet. Ein zweiter Kanal verbindet jeden der zweiten Pilotanschlüsse sowohl
des ersten als auch des zweiten Ventilmontierstation-Anschlusses,
und der zweite Kanal steht mit einem ersten Auslassanschluss der
zweiten Ventilmontierstation in Verbindung. Ein dritter Kanal verbindet
den Luftquellenanschluss mit dem Druckeingang-Anschluss der ersten
Ventilmontierstation. Ein vierter Kanal verbindet einen zweiten
Ausgangsanschluss der ersten Ventilmontierstation mit einem ersten
Stellgliedanschluss. Ein fünfter
Kanal verbindet einen zweiten Ausgangsanschluss der zweiten Ventilmontierstation mit
einem zweiten Stellgliedanschluss. Ein sechster Kanal verbindet
einen ersten Ausgangsanschluss der ersten Ventilmontierstation mit
einem Druckeingang-Anschluss der zweiten Ventilmontierstation.
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Eine
bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung sowie weitere Ausführungsbeispiele,
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung ver anschaulichender Ausführungsbeispiele, die anhand
der begleitenden Zeichnungen zu lesen ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Schaltbild eines Fluidkraft-Verriegelungskreises des Stands
der Technik;
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2A ist
ein Schaltbild eines Fluidkraft-Verrriegelungskreises der vorliegenden
Erfindung mit einem ersten und einem zweiten Ventil;
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2B ist
ein Schaltbild des Fluidkraft-Verriegelungskreises der vorliegenden
Erfindung mit mehreren Ventilen;
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3 ist
eine Perspektivansicht des Fluidkraft-Verriegelungssystems von oben
mit dem Ventilverteiler der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine Querschnittsansicht der ersten Schicht des Verteilers entlang
der Linie 4-4 von 3;
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5 ist
eine Querschnittsansicht der ersten Schicht des Verteilers entlang
der Linie 5-5 von 3;
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6 ist
eine Querschnittsansicht der ersten Schicht des Verteilers entlang
der Linie 6-6 von 3;
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7 ist
eine Querschnittsansicht der ersten Schicht des Verteilers entlang
der Linie 7-7 von 3;
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8 ist
eine Querschnittsansicht der ersten Schicht des Verteilers entlang
der Linie 8-8 von 3;
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9 ist
eine Draufsicht der zweiten Schicht des Verteilers der vorliegenden
Erfindung;
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10 ist
eine Querschnittsansicht der zweiten Schicht des Verteilers entlang
der Linie 10-10 von 9.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fluidkraft-Verriegelungssystem
und ein Verfahren zum Verriegeln des Fluidkraftsignals, das einen
ersten Fluidkraftkreis mit einer Vielzahl von Ventilen enthält, die
so angeordnet sind, dass sie eine Fluidkraftverriegelung bilden.
Diese Ventile können
verwendet werden, um Fluidkraft-Stellglieder bzw. -Aktuatoren zu
betätigen,
die an Maschinen oder bei Anwendungen der Prozesssteuerung verwendet
werden. Die Stellglieder bzw. Aktuatoren können Linearantriebe oder Drehantriebe
oder irgendeine andere Fluidkraft-Komponente enthalten, welche andere
Ventile oder Kreislaufelemente enthält. Der Verriegelungskreis
verhindert, dass mehr als ein Fluidkraftsignal erzeugt und einem
entsprechenden Stellglied zugeführt
wird selbst dann, wenn mehrere Ventile unbeabsichtigt oder versehentlich
elektrisch oder manuell betätigt
werden. Die Verriegelungsschaltung der vorliegenden Erfindung wird
durch Verwendung einer minimalen Anzahl von Komponenten gewonnen.
Das Verriegelungssystem enthält
auch einen Ventilverteiler, der gestattet, dass die Vielzahl der
Ventile rasch und leicht zusammengebaut werden, und enthält die notwendigen
Verbindungen zum Durchführen
der Verriegelungseigenschaft. Eine leichte Wartung und Zugänglichkeit
zu den Ventilen wird durch Verwendung des Verteilers stark verbessert.
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In 2A enthält der Fluidkraft-Verriegelungskreis
in einer grundlegenden Zwei-Ventil-Ausführung ein erstes Ventil 13a,
das zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand verfügbar ist
und einen mit einer Druckzufuhr P verbundenen Eingang (1)
hat. (Die hier verwendeten Anschluss-Bezeichnungen entsprechen den
Industrie-Standards, wobei die Bezugsziffern (1) den Arbeitsdruck-Eingang,
(2) und (4) die Arbeits- oder Ausgangsanschlüsse, (3)
und (5) die Abführ-
bzw. Entlüftungsanschlüsse und
(12) und (14) die Pilot- bzw. Steueranschlüsse bezeichnen.)
Das erste Ventil 13a enthält ein Paar selektiv betätigbarer
erster und zweiter Ausgänge
(2) und (4), wobei der zweite Ausgang (4)
im Betrieb mit einem ersten Stellglied 50a verbindbar ist.
Der erste Ausgang (2) ist mit dem Eingang (1)
eines zweiten Ventils 13b im Betrieb verbunden, das zwischen
einem ersten und einem zweiten Zustand verschiebbar ist. Das zweite
Ventil hat ebenfalls ein Paar selektiv betreibbarer erster und zweiter Ausgänge (2)
und (4), wobei der zweite Ausgang (4) im Betrieb
mit einem zweiten Stellglied 50b verbindbar ist. Der erste
Ausgang (2) des zweiten Ventils 13b ist im Betrieb
mit dem ersten Ventil 13a verbunden und erzeugt ein pneumatisches
Pilot- bzw. Steuersignal daran, um zu ermöglichen, dass sich das erste
Ventil 13a von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand
umschaltet. Auf der Grundlage der Anordnung des ersten und des zweiten
Ventils führt ein
Umschalten des Zustands des ersten oder des zweiten Ventils zu einer
Unterbrechnung des pneumatischen Steuersignals, wodurch verhindert
wird, dass das nicht-betätigte
Ventil betätigt
wird und seinen Zustand umschaltet. Folglich kann nur einem der Stellglieder
zu einer gegebenen Zeit Energie zugeführt werden.
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In 2B enthält das Fluidkraft-Verriegelungssystem
des bevorzugten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung einen pneumatischen Kreis 10, der
eine Vielzahl extern angesteuerter 5/2-Doppel-Magnetventile 13a–e verwendet.
Derartige Ventile sind im Stand der Technik bekannt und enthalten
ein Paar elektrisch betätigter
Magnet-Stellglieder sowie ein Paar pneumatischer Pilotanschlüsse. Bei
diesen Ventilarten führt
ein elektrisches Signal einer Wicklung Energie zu, wodurch eine Tauchspule
oder eine Anker bewegt wird, wodurch wiederum eine innere Öffnung geöffnet wird,
was wiederum einem an dem Pilotanschluss (12) oder (14)
anliegenden Druck ermöglicht,
eine Strömung hervorzurufen
und ein Ventilglied anzusteuern, um den Zustand des Ventils umzuschalten.
Die Ventile 13a–e
können
außerdem
eine manuelle Vorrangsteuerung enthalten. Die manuelle Vorrangssteuerung
ermöglicht,
die Tauchspule manuell zu bewegen, indem je nach der speziellen
Auslegung entweder ein Knopf gedrückt oder ein Glied gedreht
wird, was jeweils zu einem mechanischen Eingriff führt, der
die Tauchspule bewegt und dadurch das Ventil umschaltet. Folglich
muss ein pneumatisches Signal an dem Pilotanschluss vorhanden sein,
damit das Ventil seinen Zustand entweder elektronisch durch Energiezufuhr
an den Magnetschalter oder manuell durch die Betätigung der manuellen Vorrangsteuerung
umschaltet. Die Ventile 13a–e des bevorzugten Ausführungsbeispiels
enthalten jeweils auch einen Druckanschluss (1), einen
ersten und zweiten Ausgangsanschluss (2) und (4)
sowie einen ersten und zweiten Abführanschluss (3) und
(5).
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In
dem Verriegelungskreis 10 ist eine Druckquelle P im Betrieb
mit dem Druckeingang (1) des ersten Ventils 13a verbunden.
Die Druckquelle P ist ebenfalls im Betrieb mit den ersten Pilotanschlüssen (12)
jedes der Ventile verbunden. Der erste Ausgangsanschluss (2)
aller Ventile 13a–e
ist mit dem Druckein gang-Anschluss (1) des nächsten Ventils
in dieser Gruppierung verbunden mit Ausnahme des letzten Ventils 13e.
Der erste Ausgangsanschluss (2) des letzten Ventils 13e ist
im Betrieb mit dem zweiten Pilotanschluss (14) jedes der
Ventile 13a–e
verbunden. Der zweite Ausgangsanschluss (4) jedes Ventils wird
dann mit dem speziellen Stellglied 50a–e verbunden, das durch das
Ventil gesteuert wird. Das Stellglied 50a–e kann
ein Prozesssteuerungsventil und ein pneumatisch angetriebenes Linearstellglied oder
ein Drehstellglied oder irgendeine fluidgesteuerte Vorrichtung sein.
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Im
anfänglichen
Zustand des Kreises wird keinem Stellglied Luft zugeführt, und
Druck wird allen ersten Pilotanschlüssen (12) jedes Ventils
zugeführt. Deshalb
strömt
die Luft von dem Druckeingang-Anschluss (1) zu dem ersten
Ausgang (2). Druck wird auch dem Druckzufuhr-Anschluss
des ersten Ventils (13a) zugeführt, das wiederum Luft durch
jedes benachbarte Ventil fördert,
und das letzte Ventil 13e führt allen zweiten Pilotanschlüssen (14)
jedes Ventils Druck zu. Daher ist jedes Ventil 13a–e im Betrieb mit
der Druckquelle verbunden. Hier kann nun einem beliebigen Ventil
elektrisch oder manuell signalisiert werden, eine Umschaltung durchzuführen, so
dass dem zweiten Ausgangsanschluss (4) Druck zugeführt wird,
wodurch ein Stellglied mit Energie beaufschlagt wird. Wenn einem
Ventil, z. B. 13a, auf diese Weise signalisiert wird, schaltet
das Ventil um, und es wird Druck vom Druckeingang-Anschluss (1)
zum zweiten Ausgang (4) übertragen, wodurch ein Stellglied 50a angetrieben
wird, jedoch auch der Druck zu allen zweiten Pilotanschlüssen (14)
unterbrochen wird. Somit kann keines der anderen pneumatischen Ventile
in dem Kreis 10 entweder elektrisch oder durch eine manuelle
Vorrangssteuerung zu dem Zustand umgeschaltet werden, in dem das
entsprechende Stellglied angetrieben wird. Daher sind die anderen
Ventile und ihre entsprechenden Stellglieder im wesentlichen ausgeschlossen
bzw. verriegelt.
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Das
umgeschaltete Ventil 13a kann in seinen Anfangszustand
zurückgebracht
werden, indem man ein elektrisches Steuerungssignal an den ersten
Pilotanschluss (12) anlegt, da alle ersten Pilotanschlüsse (12)
der Ventile durch eine Konstantdruckquelle P versorgt werden. Sobald
das energiebeaufschlagte Ventil in seinen anfänglichen Zustand zurückgebracht
ist, wird die Pilotdruckzufuhr an alle zweiten Pilotanschlüsse (14)
wieder erstellt, wonach jedes beliebige Ventil dann umgeschaltet
werden kann. Diese Verriegelungseigenschaft wird erzielt, wenn irgendwelche
der Ventile 13a–e
in dem Kreis 10 betätigt
werden. In 2B sind zwar fünf Ventile
gezeigt, doch können
selbstverständlich
eine beliebige Anzahl derartiger Ventile in dem Kreis verwendet
werden.
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Der
pneumatische Verriegelungskreis 10 ermöglicht nur die Umschaltung
eines Ventils der Gruppierung, um eine Strömung zu einem Stellglied zu lenken.
Der Kreis 10 verlässt
sich nicht auf das Steuern elektrischer Signale. Daher kann selbst
bei Ventilen, die manuelle Vorrangssteuerungen haben, nur ein Stellglied
zu einer gegebenen Zeit mit Energie beaufschlagt werden. Im Gegensatz
zu den Kreisen des Stands der Technik der in 1 gezeigten
Bauart sind die einzigen benötigten
Komponenten zum Erzielen der Verriegelungsfunktion die zum Antreiben der
Stellglieder verwendeten Ventile selbst. Dies verringert die Aufwändigkeit
des Kreises, wodurch der Zusammenbau und die Wartung der Auslegung günstiger
wird als bei Verriegelungskreisen des Stands der Technik, wie z.
B. in 1 gezeigt.
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Der
pneumatische Verriegelungskreis 10 der vorliegenden Erfindung
kann unter Verwendung der pneumatischen Ventile zusammengebaut werden, die
durch herkömmliche
Verbindungs- und Rohrstücke
miteinander betriebsmäßig verbunden
werden. Die einzelnen Ventile können
mit Gewinden versehene Anschlüsse
haben, um ein Verbindungsstück
aufzunehmen, oder können
unterhalb der Basis montierbar sein, wobei einige oder alle der
Anschlussverbindungen an der Unterbasis ausgeführt sind. Da jedoch die Anzahl
der zu verriegelnden Signale zunimmt, nimmt auch die Anzahl der
herzustellenden Verbindungen zu. Daher ist die Verwendung von Rohren und
Verbindungen arbeitsintensiv bei der Herstellung und führt bei
der Wartung zu Schwierigkeiten, wenn z. B. ein spezielles Ventil
ersetzt werden muss.
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Um
die den Verriegelungskreis 10 bildenen Komponenten kompakt
zu verpacken und den Bedarf für
externe Rohrverbindungen zu verringern, kann das erfindungsgemäße Fluidkraft-Verriegelungssystem
einen Verteiler 20 enthalten, der sämtliche Fluidkraft-Zwischenventilverbindungen
enthält.
Wie in 3 bis 10 gezeigt, enthält der Verteiler 20 in ihm
ausgebildete Durchtritte, die das Fluid zwischen den Ventilen kanalisieren,
um anschließend
die Verriegelungseigenschaft zu erzielen. Der Verteiler 20 kann
so gebildet sein, dass er fast jede beliebige Zahl von Ventilen
halten kann, indem einfach die Länge des
Verteilers abgeändert
wird, um die gewünschte Anzahl
an Ventilstationen aufzunehmen. Der Verteiler 20 bringt
zwar gewisse Vorteile mit sich, doch erkennt der Fachmann, dass
die Verwendung eines Verteilers nicht notwendig ist, um die günstigen
Auswirkungen des oben beschriebenen Fluidkraft-Verriegelungskreises zu erzielen.
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In 3 bis 10 enthält der Verteiler 20 vorzugsweise
einen Körper
mit einer ersten Schicht 22 und einer zweiten Schicht 24,
die über
die Länge des
Verteilers 20 hinweg abdichtend verbunden sind. Die Verwendung
mehrerer Schichten erleichtert die Herstellung der verschiedenen
inneren Fluidkanäle und
Durchgangswege, die in dem Verteiler gebildet werden müssen. Die
erste und die zweite Verteilerschicht 22 und 24 können aus
metallischem Material wie Aluminium oder aus einem Polymermaterial
bestehen, und die Schichten können
mittels mechanischer Befestigungen oder durch Klebstoffe miteinander
in einer aus dem Stand der Technik der Verteilerherstellung bekannten
Art und Weise verbunden sein. Bei dem in 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel
kann die zweite Schicht 24 an der ersten Schicht 22 mittels
(nicht gezeigter) Gewinde-Befestigungsvorrichtungen befestigt sein,
die sich durch Löcher 32 (9)
hindurch und in (nicht gezeigte) Gewinde-Aufnahmelöcher erstrecken, die im Boden
der ersten Schicht 22 gebildet sind.
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Die
Ventile 13a–e
sind an dem Verteiler 20 lösbar befestigbar und sind vorzugsweise
an einer Grundplatte montierbare Ventile mit sämtlichen Verbindungsanschlüssen (1, 2, 3, 4, 5, 12, 14)
an der Ventilmontierfläche.
Jedes Ventil 13a–e
ist vorzugsweise am oberen Teil der ersten Verteilerschicht 22 mittels
Gewinde-Befestigungsvorrichtungen
in einer im Stand der Technik bekannten Art und Weise befestigt.
Die erste Verteilerschicht 22 kann eine Anzahl von Ventilmontierstationen 34 haben,
die eine Reihe Öffnungen 36 entsprechend
den Verbindungsanschlüssen
(1, 2, 3, 4, 5, 12, 14)
enthalten, die man an der oberen Montierfläche des Ventils 13 vorfindet. Eine
Elastomerdichtung (nicht gezeigt) einer im Stand der Technik bekannten
Bauart kann zwischen jedem Ventil 13 und dem Verteiler 20 positioniert
werden, um einen Luftaustritt dazwischen zu verhindern. Die erste
Verteilerschicht 22 kann außerdem an den Verteilerseiten
gebildete Ausgangsverbindungen 38 für die Abführanschlüsse (3) und (5)
und den Arbeitsanschluss (4) für jedes Ventil enthalten. Der
Arbeitsanschluss (4) kann durch standardmäßige Verbindungsstücke und
Rohrstücke
mit dem Stellglied fluidmäßig verbunden
werden, das von dem speziellen Ventil 13 gesteuert wird.
An der ersten Verteilerschicht 22 befindet sich auch der
gemeinsame Hauptdruckanschluss P sowie der gemeinsame Pilotanschluss 12c,
durch den die Ventil-Pilotanschlüsse (12)
mit Druck beaufschlagt werden.
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Die
innerhalb des Verteilers 20 vorgefundenen Fluidverbindungen
führen
dazu, dass die Ventile in einem Kreis geschaltet sind, wie in 2A und 2B gezeigt.
Ein gemeinsamer Druckanschluss P führt dem Eingangsanschluss (1)
der ersten Ventilmontierstation 34a Druckluft zu. Kanäle verbinden dann
den ersten Ausgangsanschluss 2 der Ventile mit dem Eingangsanschluss
(1) des nächsten
Ventils in der Gruppierung. Bei dem letzten Ventil ist der erste
Ausgangsanschluss 2 mit jedem der Pilotanschlüsse (14)
der Ventile verbunden. Die zweiten Ausgangsanschlüsse (4)
der Ventile (13a–e)
sind mit den entsprechenden Stellgliedern 50a–e durch
Anschlüsse
(4) verbunden, die sich an der Seite des Verteilers 20 befinden.
Abführanschlüsse (3)
und (5) sind ebenfalls an den Seiten des Verteilers 20 angeordnet.
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Die
inneren Verbindungen werden durch eine Reihe innerer Kanäle erzielt,
die in den Schichten des Verteilers erzeugt sind. An der ersten
Ventilmontierstation 34a an dem Verteiler 20 ist
der Druckeingangsanschluss (1) mit einem externen gemeinsamen
Anschluss P (3) fluidmäßig verbunden, der mit einer
Druckversorgung verbunden sein kann. Der gemeinsame Druckanschluss
P führt
den Arbeitsdruck sämtlichen
Ventilen 13 in der Gruppierung zu. An allen verbleibenden
Ventil montierstationen ist der Anschluss (1) mit einem
Druckzufuhrweg 25 verbunden, der im wesentlichen geradlinig
vertikal durch die erste Verteilerschicht 22 hindurch gebildet
ist, wie in 7 gezeigt. Alle Verbindungen 27 des
Anschlusses 2 in jedem Ventil sind ebenfalls im wesentlichen
geradlinig vertikal durch eine erste Verteilerschicht 22 gebildet,
wie in 6 gezeigt. An der letzten Ventilstation ist die
Verbindung (12) geradlinig durch die erste Verteilerschicht
hindurch ausgebildet, wie in 8 gezeigt.
Die erste Verteilerschicht 22 enthält auch einen ersten sich in
der Längsrichtung erstreckenden
Durchtritt 26, der alle ersten Pilotanschlüsse (12)
jedes Ventils verbindet, und einen zweiten sich in der Längsrichtung
erstreckenden Durchtritt 28, der alle zweiten Pilotanschlüsse (14)
jedes Ventils verbindet. Dem ersten Durchtritt 26 wird über eine
externe Zufuhr durch einen Anschluss am Ende des Verteilers 20 Druck
zugeführt,
während
der zweite Durchtritt 28 an seinen Enden geschlossen ist und
von dem Anschluss 2 des letzten Ventils in der Gruppierung
mit Druck versorgt wird.
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Wie
man speziell in 9 bis 10 sieht, hat
die zweite Verteilerschicht 24 gefräste Kanäle 30, welche den
Ausgangsanschluss 2 mit dem Eingangsanschluss (1)
von einer Ventilstation zur nächsten
verbindet. Ausgenommen hiervon ist die letzte Ventilstation, bei
der der Kanal 30a den ersten Ausgangsanschluss 2 des
letzten Ventils mit der zweiten Pilotzufuhr (14) verbindet.
Die Verbindungskanäle 30 und 30a haben
eine um sie herum gefräste Rille 35,
zur Aufnahme eines O-Rings 33, um einen Luftaustritt zwischen
den beiden Verteilerschichten zu verhindern. Wenn die erste und
die zweite Verteilerschicht 22 und 24 miteinander
verbunden werden, sind somit die geeigneten Durchgangswege vorhanden
um den Verriegelungskreis 10 der vorliegenden Erfindung
zu verwirklichen.
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Der
Verteiler 20 in Kombination mit den Ventilen erzeugt ein
schönes
und sauberes, kompaktes System, das sich leicht zusammenbauen und
warten lässt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die spezielle Wegleitung
der Kanäle
zu dem Verteiler 20 hindurch verändert werden und dabei dennoch
die Kreislaufverbindungen zwischen den Ventilen erzielen, die zum
Erzielen der Verriegelungsfunktion benötigt werden. So könnten z.
B. einige der Zwischenventilverbindungen durch Verwendung eines
Verteilers erzielt werden, während
andere Verbindungen über
Rohre oder andere Fluidverbindungsvorrichtungen verlaufen würden, um
die pneumatische Verriegelungsfunktion zu erzeugen.