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Die
Erfindung betrifft eine Entlüftungseinrichtung
zur gesteuerten Entlüftung
eines Pneumatikantriebes.
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Pneumatikantriebe,
beispielsweise Linearantriebe, verfügen regelmäßig über zwei Arbeitskammern, die
durch einen Antriebskolben voneinander abgeteilt sind und die über zwei
Beaufschlagungskanäle
wahlweise mit Druckluft versorgt oder entlüftet werden können, um
eine Antriebsbewegung des Antriebskolbens hervorzurufen. Die Bewegung
des Antriebskolbens kann zur Betätigung
beliebiger Bauteile oder Einrichtungen abgegriffen werden. Dies
ist der Normalbetrieb des Pneumatikantriebes.
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In
vielen Fällen
finden Pneumatikantriebe als Komponenten von Anlagen oder Maschinen
Anwendung, wobei sie für
die verschiedensten Betriebsabläufe
verantwortlich sind. Kommt es zu Störungen im Betriebsablauf kann
die Anlage bzw. Maschine durch Betätigung eines Not-Aus-Schalters
abgeschaltet werden. Meist ist es erwünscht, dass in einem solchen
Not-Aus-Betriebs zustand die Arbeitskammern des Pneumatikantriebes
gleichzeitig entlüftet
werden, um eine weitere Bewegung des Antriebskolbens zu unterbinden
und Beschädigungen
an der Anlage bzw. Maschine zu verhindern. Wie sich jedoch gezeigt
hat, lassen sich bei bestimmten Positionen des Antriebskolbens durch
die unterschiedlichen Volumina der Arbeitskammern auch im entlüfteten Zustand derselben
gewisse Bewegungen nicht komplett ausschließen. Der Antriebskolben läuft quasi
weg. Fällt die
Bewegungsrichtung mit der Richtung der gefahrbringenden Bewegung
zusammen, deretwegen der Not-Aus-Betriebszustand hergestellt wurde,
sind schwerwiegende Konsequenzen nicht auszuschließen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen zu treffen, die die
Problematik eines sich auch bei Entlüftung der beiden Arbeitskammern
bewegenden Antriebskolbens eines Pneumatikantriebs beheben.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit einer Entlüftungseinrichtung
zur gesteuerten Entlüftung
eines Pneumatikantriebes, der einen zwei Arbeitskammern voneinander
abteilenden Antriebskolben aufweist und über zwei mit jeweils einer
der Arbeitskammern kommunizierende Beaufschlagungskanäle verfügt, über die
im Normalbetrieb die Zufuhr und Abfuhr der für die Betätigung des Antriebskolbens
erforderlichen Druckluft erfolgt, wobei ein Wechselventil vorgesehen
ist, dessen beide Eingänge
mit jeweils einem der beiden Beaufschlagungskanäle verbunden sind und dessen
Ausgang mit einem ein wahlweises Absperren oder Freigeben des Ausgangs
ermöglichenden Entlüftungsventil
verbunden ist, und wobei die an den beiden Eingängen des Wechselventils vorgesehenen,
vom Ventilglied des Wechselventils steuerbaren Eingangsöffnungen
ein Querschnittsverhältnis
zueinander aufweisen, das dem Flächenverhältnis der
den beiden Arbeitskammern zugewandten Beaufschlagungsflächen des
Antriebskolbens entspricht.
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Das
zwischen die beiden Arbeitskammern eingeschaltete Wechselventil
steuert in besonderer Weise den Luftabfluß aus den beiden Arbeitskammern.
Die momentane Schaltstellung des Wechselventils hängt von
der an den beiden Eingängen
anstehenden Druckdifferenz ab, die im wesentlichen derjenigen in
den beiden Arbeitskammern entspricht, wobei das Wechselventil immer
denjenigen Eingang verschließt,
dessen zugeordnete Arbeitskammer dem momentan schnellsten Druckabfall
ausgesetzt ist. Der in der "langsamer" entlüfteten Arbeitskammer herrschende
Druck regelt so den Entlüftungsdurchfluß der anderen
Arbeitskammer. Das Wechselventil ist in der Lage, entsprechend den
anstehenden Druckverhältnissen
hin und her zu schalten und dadurch eine gleichmäßige Entlüftung beider Arbeitskammern
zu bewirken, so dass die darin herrschenden Drücke stets in etwa gleich hohe
Druckkräfte
auf den Antriebskolben ausüben
und dieser folglich im Stillstand bleibt. Während dieses Entlüftungsvorganges
ist das an den Ausgang des Wechselventils angeschlossene Entlüftungsventil
offen. Während
des Normabetriebes des Pneumatikantriebes nimmt das Entlüftungsventil
die Absperrstellung ein.
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Durch
das gewählte
Querschnittsverhältnis kann
eine quasi geregelte Entlüftung
der Arbeitskammern stattfinden, wobei sich die in einander entgegengesetzten
Richtungen auf den Antriebskolben einwirkenden Stellkräfte kompensieren
und der Antriebskolben mehr oder weniger an Ort und Stelle verharrt.
Handelt es sich bei dem Pneumatikantrieb um einen kolbenstangenlosen
Antrieb, bei dem die Beaufschlagungsflächen des Antriebskolbens gleich groß sind,
werden demzufolge auch die Querschnitte der Eingangsöffnungen
des Wechselventils untereinander gleich groß ausgebildet. Handelt es sich
bei dem Pneumatikantrieb jedoch beispielsweise um einen mit einer
Kolbenstange versehenen Pneumatikzylinder, dessen Antriebskolben über unterschiedlich große Beaufschlagungsflächen verfügt, kann
man die zu steuernden Eingangsöffnungen
des Wechselventils mit dem gleichen Flächenverhältnis auslegen, so dass auch
hier die in entgegengesetzten Richtungen auf den Antriebskolben
einwirkenden Betätigungskräfte ausgeglichen
sind.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Problematik ist bei einem Betrieb
von Hydraulikantrieben nicht gegeben, weil dort die Druckentlastung
der Arbeitskammern aufgrund der Inkompressibilität des Mediums eine schlagartige
Entspannung hervorruft, so dass anders als bei der kompressiblen
Druckluft keine sich erst allmählich
abbauenden Restdrücke verbleiben,
die den Antriebskolben bewegen könnten.
Soweit in der
DE 34
18 261 C2 eine hydraulische Anlage beschrieben wird, die
einen Hydraulikzylinder aufweist, der über zwei Beaufschlagungskanäle angesteuert
wird, welche über
Zweigleitungen mit den beiden Eingängen eines Wechselventils verbunden sind,
ergibt sich zwar die Möglichkeit, über eine
an den Ausgang des Wechselventils angeschlossene Vorsteuereinheit
eine Verbindung mit einem Tank herzustellen. Dies dient jedoch nicht
dem Zweck einer Druckentlastung des Hydraulikzylinders, sondern dem
Erzeugen eines das Erreichen eines bestimmten Betriebszustandes
des Hydraulikzylinders detektierenden Signals.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Das
Entlüftungsventil
ist vorzugsweise so angesteuert, dass es im Normalbetrieb des Pneumatikantriebes
die Absperrstellung und im Not-Aus-Betriebszustand die Freigabestellung
einnimmt. Geeignete Ansteuermaßnahmen
können
dafür sorgen, dass die
momentane Schaltstellung des Entlüftungsventils sich automatisch
am Betriebszustand des Pneumatikantriebes orientiert.
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Es
ist ferner von Vorteil, wenn ein zur Zufuhr der für den Betrieb
des Pneumatikantriebes erforderlichen Druckluft dienender Versorgungskanal
vorhanden ist, dem ein zum wahlweisen Druckbeaufschlagen oder Entlüften dienendes
Hauptventil vorgeschaltet ist, wobei das Entlüftungsventil derart angesteu ert
wird, dass es im druckbeaufschlagten Zustand des Versorgungskanals
die Absperrstellung und im entlüfteten
Zustand des Versorgungskanals die Entlüftungsstellung einnimmt. Man
kann dem Entlüftungsventil
als Betätigungssignal
zur Vorgabe der jeweiligen Schaltstellung ein vom Druck im Versorgungskanal
abgeleitetes Drucksignal aufschalten. Hierbei kann es sich um ein
direkt vom Versorgungskanal abgenommenes fluidisches Drucksignal
handeln. Möglich
ist aber auch eine Druckerfassung durch einen geeigneten Drucksensor
und eine darauf aufbauende elektrische Ansteuerung des Entlüftungsventils.
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Zwischen
das Hauptventil und den Pneumatikantrieb ist zweckmäßigerweise
eine Steuerventileinrichtung zwischengeschaltet, die im Normalbetrieb
die Druckluftbeaufschlagung des Pneumatikantriebes steuert. Dabei
kann in den Versorgungskanal ein eine Druckluftströmung von
der Steuerventileinrichtung in Richtung zum Hauptventil verhinderndes Rückschlagventil
eingeschaltet sein, das unerwünschte
Druckluftrückströmungen verhindert, gleichzeitig
aber stets eine uneingeschränkte
Druckluftversorgung des Pneumatikantriebes gewährleistet.
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Zweckmäßigerweise
kann die Steuerventileinrichtung in eine Neutralstellung verbracht
werden, in der sie die beiden Beaufschlagungskanäle miteinander verbindet. Ist
in den Versorgungskanal ein Rückschlagventil
eingeschaltet, kann gleichzeitig auch die Verbindung zum Versorgungskanal
aufrechterhalten bleiben. Es ist auf diese Weise im Normalbetrieb
des Pneumatikantriebes ein Betriebszustand erhältlich, bei dem die beiden
Arbeitskammern gleichzeitig mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden,
so dass der Antriebskolben zwischen einem Druckluftpolster eingespannt
wird.
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Das
Wechselventil kann prinzipiell an beliebiger Stelle angeordnet werden,
auch getrennt vom Pneumatikantrieb, beispielsweise an einer geeigneten
Stelle eine Anlage oder Maschine. Es ist jedoch besonders vorteilhaft,
das Wechselventil unmittelbar am Pneumatikantrieb anzuordnen, insbesondere
in oder an einem Abschlußdeckel
des Gehäuses
des Pneumatikantriebes. Der Pneumatikantrieb verfügt auf diese
Weise über
eine integrierte Sicherheitsfunktion, die keiner gesonderten Installation
bedarf.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 in einer Schaltbilddarstellung
einen Pneumatikantrieb, der mit einer erfindungsgemäßen Entlüftungseinrichtung
bevorzugter Ausgestaltung ausgestattet ist,
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2 in einer Einzeldarstellung
und im Längsschnitt
den bei der Anordnung gemäß 1 vorhandenen Pneumatikantrieb
in einer bevorzugten Ausgestaltung als kolbenstangenloser Linearantrieb,
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3 eine weitere Ausgestaltung
eines mit der Entlüftungseinrichtung
ausgestatteten Pneumatikantriebes, hier in Gestalt eines mit einer
Kolbenstange ausgestatteten Pneumatikzylinders, im Längsschnitt
gemäß Schnittlinie
III-III aus 4, und
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4 die Anordnung aus 3 in einer Draufsicht und
teilweise im Längsschnitt
gemäß Schnittlinie
IV-IV aus 3.
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Die 1 zeigt schematisch eine
in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Steuereinrichtung 1,
die einen Pneumatikantrieb 2 und eine eine besonders vorteilhafte
Entlüftung
des Pneumatikantriebes 2 ermöglichende Entlüftungseinrichtung 3 enthält.
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Der
Pneumatikantrieb 2 könnte
prinzipiell ein Drehantrieb sein, ist beim Ausführungsbeispiel jedoch von einem
Linearantrieb gebildet. Im konkreten Fall der 1 handelt es sich um einen kolbenstangenlosen
Linearantrieb 2',
von dem eine bevorzugte Bauform detaillierter aus 2 hervorgeht. Alternativ wäre auch
eine Ausgestaltung als mit einer Kolbenstange ausgestatteter pneumatischer
Arbeitszylinder 2'' denkbar, wie
er exemplarisch in 3 und 4 gezeigt ist.
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Bei
allen Ausführungsbeispielen
verfügt
der Pneumatikantrieb 2 über
ein Antriebsgehäuse 4,
das einen langgestreckten Innenraum aufweist, in dem ein Antriebskolben 5 linear
verschiebbar angeordnet ist. Der Antriebskolben 5 unterteilt
den Innenraum axial aufeinanderfolgend in zwei Arbeitskammern 6, 7.
Im folgenden werden die Arbeitskammern zur besseren Unter scheidung
als erste Arbeitskammer 6 und zweite Arbeitskammer 7 bezeichnet.
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Die
erste Arbeitskammer 6 ist mit einem ersten Beaufschlagungskanal 8 verbunden.
Vergleichbar kommuniziert mit der zweiten Arbeitskammer 7 ein
zweiter Beaufschlagungskanal 9. Über diese Beaufschlagungskanäle 8, 9 kann
Druckluft in die Arbeitskammern 6, 7 zugeführt oder
aus den Arbeitskammern 6, 7 abgeführt, das
heißt
entlüftet
werden. Die Luft in der jeweiligen Arbeitskammer 6, 7 steht unter
einem bestimmten Druck und beaufschlagt demzufolge die der betreffenden
Arbeitskammer 6, 7 zugewandte Stirnfläche des
Antriebskolbens 5, die nachfolgend als erste bzw. zweite
Beaufschlagungsfläche 12, 13 bezeichnet
sei. In Abhängigkeit
von der Größe der jeweiligen
Beaufschlagungsfläche 12, 13 und
dem in der zugeordneten Arbeitskammer 6, 7 herrschenden
Fluiddruck ergibt sich eine am Antriebskolben 5 angreifende
resultierende Stellkraft, die die gewünschte Verlagerung des Antriebskolbens 5 hervorruft.
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Die
für den
Betrieb des Pneumatikantriebes 2 erforderliche Druckluft
wird von einer Druckluftquelle 14 bereitgestellt. von dieser
gelangt die unter einem bestimmten Betriebsdruck stehende Druckluft
in einen Versorgungskanal 16, der zu einer Steuerventileinrichtung 17 führt. Der
Anschluß des
Versorgungskanals 16 an der Steuerventileinrichtung 17 erfolgt
an einem Steuerventileingang 18.
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An
die Steuerventileinrichtung 17 sind des Weiteren die beiden
Beaufschlagungskanäle 8, 9 angeschlossen.
Hierzu verfügt
die Steuerventileinrichtung 17 über einen ersten und einen
zweiten Steuerventil-Arbeitsausgang 22, 23. Von
einem jeden dieser beiden Steuerventil-Arbeitsausgänge 22, 23 geht eine
erste bzw. zweite Fluidleitung 24, 25 aus, die
an eine erste bzw. zweite Anschlußöffnung 26, 27 am Antriebsgehäuse 4 angeschlossen
ist, die mit jeweils einem der beiden Beaufschlagungskanäle 8, 9 kommunizieren.
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Alternativ
wäre es
auch möglich,
die Steuerventileinrichtung 17 unmittelbar am Pneumatikantrieb 2 anzuordnen
und mit diesem in Baueinheit auszuführen.
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Die
Steuerventileinrichtung 17 enthält ein Mehrwegeventil mit mehreren
Schaltstellungen. Beim Ausführungsbeispiel
sind drei Schaltstellungen vorgesehen. Bevorzugt handelt es sich
um ein 5/3-Wegeventil. In diesem Zusammenhang sind an der Steuerventileinrichtung 17 noch
zwei Steuerventil-Entlüftungsausgänge 28, 29 vorgesehen.
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Dem
Versorgungskanal 16 zur Druckluftquelle 14 hin
vorgeschaltet ist ein Hauptventil 15. Es repräsentiert
quasi einen Not-Aus-Schalter. Bei ihm handelt es sich um ein Absperrventil,
bevorzugt in Gestalt eines 3/2-Wegeventils, mit dem wahlweise eine
Druckbeaufschlagung oder eine Entlüftung des Versorgungskanals 16 hervorgerufen
werden kann. In der in 1 abgebildeten
ersten Schaltstellung ist die Druckluft quelle 14 vom Versorgungskanal 16 abgetrennt
und letzterer gleichzeitig entlüftet.
In der nicht gezeigten zweiten Schaltstellung schaltet das Hauptventil 15 die
Druckluftquelle 14 zum Versorgungskanal 16 durch,
so dass dieser mit der Druckluft gespeist wird. Diese zweite Schaltstellung
liegt während
des Normalbetriebes des Pneumatikantriebes 2 ständig vor.
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Bei
diesem Normalbetrieb kann dann durch entsprechende Betätigung der
Steuerventileinrichtung 17 die oben erläuterte Fluidbeaufschlagung
der Arbeitskammern 6, 7 gesteuert werden, um den
Antriebskolben 5 zu bewegen.
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Bei
der beispielsgemäßen Steuerventileinrichtung 17 sind
zwei Schaltstellungen vorgesehen, bei denen die jeweils eine Arbeitskammer
mit Druckluft beaufschlagt und die jeweils andere Arbeitskammer
gleichzeitig entlüftet
wird. Darüberhinaus
ist die aus 1 ersichtliche
Neutralstellung möglich,
bei der die beiden Arbeitskammern 6, 7 gleichzeitig
an den Versorgungskanal 16 angeschlossen sind. Im Normalbetrieb
herrscht dann in beiden Arbeitskammern 6, 7 der
gleiche Betriebsdruck - vorbehaltlich eventuell zusätzlich vorhandener
Druckreguliereinrichtungen -, um beispielsweise zu erreichen, dass der
Antriebskolben 5 in einer bestimmten Position zwischen
zwei Luftpolstern gehalten wird.
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Es
ist zweckmäßig, wenn
in den Versorgungskanal 16 ein Rückschlagventil 32 eingeschaltet ist,
das ein Zurückströmen von Druckluft
aus der Steuerventileinrichtung 17 in Richtung zum Hauptventil 15 verhindert
und in Gegenrichtung zuläßt.
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Bei
dem kolbenstangenlosen Linearantrieb 2' gemäß 1 und 2 sind
die beiden Beaufschlagungsflächen 12, 13 am
Antriebskolben 5 gleich groß. Die Übertragung der Antriebskraft
nach außen erfolgt
hier durch einen am Antriebskolben 5 angreifenden Mitnehmer 33,
der einen Längsschlitz 34 des Antriebsgehäuses 4 nach
außen
durchsetzt und mit einem außen
am Antriebsgehäuse 4 angeordneten Abtriebsteil 35 bewegungsgekoppelt
ist. Der Längsschlitz 34 ist
in an sich bekannter Weise durch ein nicht näher dargestelltes Dichtband
von innen her abgedichtet, so dass axial beidseits des Antriebskolbens 5 ein
Austritt von Druckluft verhindert wird. Derartige Bauformen von
sogenannten Schlitzzylindern sind als solches bekannt, so dass sich
an dieser Stelle weitere Details erübrigen.
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Bei
dem kolbenstangenlosen Linearantrieb könnte die Bewegungskopplung
zwischen Antriebskolben 5 und Abtriebsteil 35 auch
auf andere Weise erfolgen, beispielsweise durch ein die endseitigen Abschlußdeckel 36, 37 des
Antriebsgehäuses 4 durchsetzendes
Antriebsband oder durch eine Magnetkupplung. In all diesen Fällen erübrigt sich
der Längsschlitz 34.
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Bei
dem Pneumatikzylinder 2'' der 3 und 4 erfolgt der Kraftabgriff außerhalb
des Antriebsgehäuses 4 an
einer den ersten Abschlußdeckel 36 durchsetzenden
Kolbenstange 38, die mit dem Antriebskolben 5 verbunden
ist. Bedingt durch diese Kolbenstange 38 ist die der Kolbenstange 38 zugeordnete
erste Beaufschlagungsfläche 12 des
Antriebskolbens 5 kleiner als die entgegengesetzt orientierte
zweite Beaufschlagungsfläche 13.
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Tritt
während
des Normalbetriebes des Pneumatikantriebes 2 ein Problem
auf, kann die gesamte Steuereineinrichtung 1 durch Betätigung des Hauptventils 15 stillgelegt
werden. Hierzu wird das Hauptventil 15 aus der bis dahin
eingenommenen zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung
zurückgeschaltet.
Das Hauptventil 15 ist zweckmäßigerweise elektrisch, insbesondere
elektromagnetisch, betätigt.
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Es
ist zweckmäßig, die
Steuereinrichtung 1 so auszubilden, dass die Steuerventileinrichtung 17 automatisch
in die Neutralstellung umschaltet, wenn das Hauptventil 15 die
erste Schaltstellung einnimmt, die der Not-Aus-Schaltstellung entspricht.
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Die
Not-Aus-Funktion soll vor allem verhindern, dass sich der Antriebskolben 5 des
Pneumatikantriebes 2 weiterbewegt. Auf diese Weise sollen Schäden an Mensch
oder Maschine verhindert werden. In diesem Zusammenhang wird angestrebt,
die beiden Arbeitskammern 6, 7 so schnell wie
möglich zu
entlüften.
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Eine
solche gleichzeitige Entlüftung
könnte beispielsweise
direkt durch die Steuerventileinrichtung 17 bewirkt werden, wenn
diese über
eine entsprechende Schaltstellung verfügt. Problematisch ist jedoch,
dass die Arbeitskammern 6, 7 in Abhängigkeit
von der momentanen Stellung des Antriebskolbens 5 nicht
gleich schnell entlüftet
werden. Dies hängt
insbesondere mit den unterschiedlichen momentanen Volumina der Arbeitskammern 6, 7 zusammen.
Das Resultat ist ein unterschiedlich schneller Druckabbau in den
Arbeitskammern 6, 7 was zwangsläufig zu
unerwünschten
Bewegungen des Antriebskolbens 5 führt. Erfindungsgemäß wird diese Problematik
durch die in der Steuereinrichtung 1 enthaltene Entlüftungseinrichtung 3 behoben.
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Zu
der Entlüftungseinrichtung 3 gehört ein sogenanntes
Wechselventil 42, wie es auf dem Sektor der Pneumatik als
solches bekannt ist. Das Wechselventil hat einen ersten und einen
zweiten Eingang 43, 44, von denen der erste Eingang 43 mit
dem ersten Beaufschlagungskanal 8 und der zweite Eingang 44 mit
dem zweiten Beaufschlagungskanal 9 in Fluidverbindung steht.
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Innerhalb
des Wechselventils 42 befindet sich eine erste und eine
zweite Eingangsöffnung 45, 46,
die dem ersten bzw. zweiten Eingang 43, 44 zugeordnet
ist und von einem Ventilsitz umgrenzt wird. Zwischen den beiden
Eingangsöffnung 45, 46 befindet
sich das bewegliche Ventilglied 47 des Wechselventils 42,
das in Abhängigkeit
von der an den beiden Eingängen 43, 44 anstehenden
Druckdifferenz die jeweils eine oder andere Eingangsöffnung 45, 46 verschließt. Die 2 und 4 zei gen insofern eine in der Regel nicht
stationäre
Zwischenstellung beim Übergang
des Ventilgliedes 47 von einer zu anderen Schaltstellung.
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Das
Wechselventil 42 enthält
ferner einen Ausgang 48, der zwischen den beiden Eingangsöffnungen 45, 46 in
die das Ventilglied 47 enthaltende Ventilkammer 52 einmündet. Er
kommuniziert stets mit demjenigen Eingang 43 bzw. 44,
dessen Eingangsöffnung 45 bzw. 46 vom
Ventilglied 47 freigegeben ist.
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Über eine
Fluidleitung 53, die an eine mit dem Ausgang 48 verbundene
dritte Anschlußöffnung 49 angeschlossen
ist, ist der Ausgang 48 ständig mit einem Entlüftungsventil 54 der
Entlüftungseinrichtung 3 verbunden.
Dieses ist zweckmäßigerweise
als Zweiwegeventil ausgebildet und kann zwei Schaltstellungen einnehmen.
In der in 1 gezeigten
ersten Schaltstellung wird der Fluidkanal 53 und mithin der
Ausgang 48 an die Umgebung geschaltet und folglich entlüftet. Der
Ausgang 48 ist also freigegeben. In der zweiten Schaltstellung
hingegen ist der Ausgang 48 abgesperrt und von der Umgebung
abgetrennt.
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Zweckmäßigerweise
sind geeignete Steuermittel 55 vorgesehen, die dafür sorgen,
dass das Entlüftungsventil 54 stets
die Absperrstellung einnimmt, wenn sich der Pneumatikantrieb 2 im
Normalbetrieb befindet, wobei das Hauptventil 15 die den
Versorgungskanal 16 mit Druckluft versorgende zweite Schaltstellung
einnimmt. In diesem Falle ist die Entlüftungsfunktion des Wechselventils 42 wirkungslos. Wird
hingegen das Hauptventil 15 in die erste Schaltstellung
umgeschaltet und wird dadurch der Not-Aus-Betriebszustand hervorgerufen,
führt dies insbesondere
automatisch zu einem Umschalten des Entlüftungsventils 54 in
die den Ausgang 48 freigebende erste Schaltstellung, die
auch als Entlüftungsstellung
bezeichnet werden kann. Dieses automatische Umschalten wird durch
die Steuermittel 55 hervorgerufen.
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Die
Steuermittel 55 sind insbesondere so ausgebildet, dass
sie dem Entlüftungsventil 54 als Betätigungssignal
ein vom momentan im Versorgungskanal 16 herrschenden Druck
abgeleitetes Drucksignal aufschalten. Dies kann beispielsweise dadurch
realisiert werden, dass an den Versorgungskanal 16 ein
Drucksensor angeschlossen wird, der ein elektrisches Signal erzeugt,
welches das Umschalten des Entlüftungsventils 54 hervorruft.
Hiervon abweichend ist beim Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ein Umschalten des Entlüftungsventils 54 durch
ein fluidisches Drucksignal vorgesehen, wobei die Steuermittel 55 von
einer Fluidleitung gebildet sind, die ausgehend vom Versorgungskanal 16 zu
einem Steuereingang 56 des Entlüftungsventils 54 verläuft.
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Bevorzugt
ist die Anordnung so getroffen, dass das Entlüftungsventil 54 durch
Federbeaufschlagung in die erste Schaltstellung bzw. Entlüftungsstellung
vorgespannt ist. Während
des Normalbetriebes wird die Federvorspannung durch das anstehende
fluidische Drucksignal oder eine von einem Drucksig nal abgeleitete
Stellkraft überwunden
und das Entlüftungsventil 54 in
der zweiten Schaltstellung gehalten. Wird nun der Versorgungskanal 16 durch Betätigen des
Not-Aus-Schalters (Hauptventil 15) entlüftet, fällt das fluidische Steuersignal
ab und das Entlüftungsventil 54 schaltet
durch die Federbeaufschlagung in die Entlüftungsstellung um.
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Die
Funktionsweise der Entlüftungseinrichtung 3 ist
im wesentlichen folgende:
Im Normalbetrieb des Pneumatikantriebes 2 nimmt das
Entlüftungsventil 54 die
den Ausgang 48 verschließende Sperrstellung ein. Dadurch
ist die Entlüftungsfunktion
dss Wechselventils 42 außer Funktion gesetzt. Es ist
jetzt eine Ansteuerung des Pneumatikantriebes 2 durch die
Steuerventileinrichtung 17 möglich, wobei das in Abhängigkeit
von der an den Eingängen 43, 44 anliegenden
Druckdifferenz positionierte Ventilglied 47 die jeweils
eine oder andere Eingangsöffnung
verschließt
und somit ein Überströmen von
Druckluft zwischen den beiden Beaufschlagungskanälen 8, 9 verhindert.
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Wird
jedoch das Hauptventil 15 so geschaltet, dass der Versorgungskanal 16 entlüftet wird,
findet ein Umschalten des Entlüftungsventils 54 in
die Entlüftungsstellung
statt. Dadurch ist der Ausgang 48 des Wechselventils 42 freigegeben.
Die in den Arbeitskammern 6, 7 eingeschlossene
Druckluft kann nun durch das Wechselventil 42 hindurch
und über das
Entlüftungsventil 54 abströmen. Dieses
Abströmen
geschieht jedoch bei den beiden Arbeitskammern 6, 7 in
der Regel nicht gleichzeitig, sondern abwechselnd. Es wird stets
diejenige Arbeitskammer momentan entlüftet, in der aktuell der höhere Druck herrscht.
Dies wird dadurch erreicht, dass die in den Arbeitskammern 6, 7 herrschende
Druckdifferenz den beiden Eingängen 43, 44 des
Wechselventils 42 aufgeschaltet ist und dadurch das Ventilglied 47 momentan
diejenige Eingangsöffnung
verschließt,
die zu derjenigen Arbeitskammer führt, in der ein geringerer
Druck herrscht.
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Auf
diese Weise wird erreicht, dass in den beiden Arbeitskammern 6, 7 ein
gleichmäßiger Druckabbau
stattfindet und keine Druckdifferenzen auftreten, die zu Stellbewegungen
des Antriebskolbens 5 führen.
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In
diesem Zusammenhang ist angestrebt, die beiden Eingangsöffnungen 45, 46 mit
Bezug zueinander mit einem Querschnittsverhältnis auszustatten, das dem
Flächenverhältnis der
beiden einander entgegengesetzt orientierten Beaufschlagungsflächen 12, 13 des
Antriebskolbens 5 entspricht. So sind die Querschnittsflächen der
beiden Eingangsöffnungen 45, 46 bei
der Ausführungsform
gemäß 1 und gleich groß gewählt, da
dort auch die Beaufschlagungsflächen 12, 13 am
Antriebskolben 5 gleich sind.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 hingegen verfügt die mit
der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer 6 verbundene erste
Eingangsöffnung 45 über einen
kleineren Quer schnitt als die andere, zweite Eingangsöffnung 46.
Das gewählte
Querschnittsverhältnis
entspricht dem Verhältnis
zwischen den beiden Beaufschlagungsflächen 12, 13 beim
Antriebskolben 5, bei denen es sich im einen Falle um eine
Ringfläche
und im anderen Falle und eine Kreisfläche handelt. Auf diese Weise
wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der Antriebskolben 5 nur
dann im Stillstand bleibt, wenn in den beiden Arbeitskammern 6, 7 unterschiedliche
Drücke herrschen.
Maßgeblich
ist stets, dass die Druckdifferenzen bzw. Druckverhältnisse
durch das Wechselventil 42 derart beeinflußt werden,
dass die entgegengesetzt auf den Antriebskolben 5 einwirkenden fluidischen
Stellkräfte
gleich groß sind.
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Das
Rückschlagventil 32 hat
bei der geschilderten Funktionsweise den Vorteil, dass das Entlüftungsventil 54 keine
fehlerhaften Schaltfunktionen ausführt. Das Rückschlagventil 32 verhindert
ein unerwünschtes
Rückströmen von
Druckluft aus den Beaufschlagungskanälen 8, 9 in
den Versorgungskanal 16, so dass dort keine Druckerhöhungen auftreten können, die
eventuell ein unerwünschtes
Umschalten des Entlüftungsventils 54 in
die Absperrstellung hervorrufen.
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Das
Wechselventil 42 ist bei den gezeigten Ausführungsbeispielen
unmittelbar am zu steuernden Pneumatikantrieb 2 angeordnet.
In beiden Fällen ist
es an das Antriebsgehäuse 4 angebaut,
insbesondere an einen der Abschlußdeckel 37. Möglich ist
allerdings auch eine komplette Integration in das Bauvolumen des
Antriebsgehäuses 4,
sofern dessen Abmessungen es gestatten. Prinzipiell kann das Wechselventil 42 jedoch
auch getrennt vom Pneumatikantrieb 2 angeordnet und mittels
geeigneten Fluidleitungen mit diesem verbunden werden.
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Auch
das Entlüftungsventil 54 kann
selbstverständlich,
entgegen der in 1 gezeigten
separaten Anordnung, als Baueinheit mit dem Pneumatikantrieb 2 ausgebildet
werden.