DE102005060530A1 - Ventilation of a switching element - Google Patents

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Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes, wird die dem Stelldruck abgewandte Seite (Gegenseite) des Schaltkolbens (1) mittels eines Gegenbelüftungspulses definiert belüftet, derart, dass sich der im Schaltzylinder (2) maximal mögliche Belüftungsdruck nicht aufbauen kann, wobei Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses derart definiert sind, dass eine schnellere Kolbenbewegung bei einer gleichzeitig erzielbaren ausreichenden Endlagendämpfung realisierbar ist.As part of the method for reducing the mechanical load and increasing the switching speed when a switching piston, in particular the switching piston of a switching element, is actuated, the side of the switching piston (1) facing away from the actuating pressure (opposite side) is ventilated in a defined manner by means of a counter-ventilation pulse, such that the maximum possible ventilation pressure cannot build up in the switching cylinder (2), the duration and amplitude of the counter-ventilation pulse being defined in such a way that a faster piston movement can be achieved with sufficient end position damping that can be achieved at the same time.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The present invention relates to a method for reducing the mechanical load and to increase the switching speed during operation a switching piston, in particular the switching piston of a switching element, according to the generic term of claim 1

Nach dem Stand der Technik werden die Schaltelemente bis zur Betätigung zunächst auf der Gegenseite belüftet. Sobald die Druckbeaufschlagung für die gewünschte Bewegung erfolgt, wird die Gegenseite entlüftet; hierbei wird durch das Luftpolster und den durch die Bewegung entstehenden Staudruck der Endanschlag gedämpft und die mechanische Belastung reduziert. Zur Realisierung dieses Konzeptes sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Einrichtungen bekannt.To In the prior art, the switching elements until the operation on first the opposite side vented. Once the pressurization for the desired Movement takes place, the opposite side is vented; this is by the Air cushion and the resulting dynamic pressure of the movement End stop muffled and reduces the mechanical load. To realize this concept are known from the prior art, different devices.

Die DE 197 02 948 C2 beschreibt eine Ventilanordnung, mit einem Hauptventil, das einen mit einer Druckmittelquelle verbindbaren Speisekanal, einem mit einem Verbraucher verbindbaren Arbeitskanal und ein die Fluidverbindung zwischen dem Speisekanal und dem Arbeitskanal steuerndes bewegbares Ventilglied aufweist, wobei dem Ventilglied eine Beaufschlagungsfläche zugeordnet ist, die zum Bewegen des Ventilgliedes mit einem unter einem Betätigungsdruck stehenden fluidischen Vorsteuermedium beaufschlagbar ist, das über einen von der Druckmittelquelle gespeisten und von einem Vorsteuerventil beherrschten Vorsteuerkanal zuführbar ist.The DE 197 02 948 C2 describes a valve assembly having a main valve having a feed passage connectable to a pressure medium source, a load connectable working channel, and fluid communication between the feed passage and the working passage controlling the movable valve member, the valve member being associated with an urging surface for moving the valve member can be acted upon by a fluid under control pressure fluid control medium, which is supplied via a supplied from the pressure medium source and controlled by a pilot valve pilot control channel.

Hierbei ist in den Vorsteuerkanal ein zur Vorgabe des Betätigungsdruckes dienender Druckregler eingeschaltet und dem Ventilglied eine der Beaufschlagungsfläche axial entgegengesetzt gerichtete Gegenbeaufschlagungsfläche zugeordnet, die über einen Gegendruckkanal mit dem im Arbeitskanal herrschenden Arbeitsdruck beaufschlagt ist.in this connection is in the pilot channel on to specify the operating pressure serving pressure regulator and the valve member one of the actuating area assigned to axially oppositely directed counterbearing surface, the one about Counterpressure channel with the working pressure prevailing in the working channel is charged.

Die DE 101 56 099 B4 beschreibt eine Steuervorrichtung für druckmittelbetätigte pneumatische Antriebe von Armaturen, mit einem Gehäuse, mit einer Druckmittelzuleitung, mit einer Druckmittelableitung, einer Entlüftung, und mit einem Schaltkolben, der in einer Zylinderbohrung geführt ist, und Kolbenscheiben aufweist, durch welche die Zylinderbohrung in Steuerkammern unterteilt ist, wobei zum Verschieben des Schaltkolbens von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung und umgekehrt eine der Steuerkammern mittels eines Steuermittels mit Druck beaufschlagt oder entlüftet werden kann, wobei je nach Schaltstellung des Schaltkolbens die Druckmittelableitung entweder mit der Druckmittelzuleitung oder der Entlüftung durch eine der weiteren Steuerkammern verbunden ist. Dabei ist die eine Steuerkammer zum Entlüften mit der Entlüftung verbindbar und das Steuermittel ist in dem Gehäuse angeordnet.The DE 101 56 099 B4 describes a control device for pressure-actuated pneumatic actuators of valves, with a housing, with a pressure medium supply line, with a pressure medium discharge, a vent, and with a control piston, which is guided in a cylinder bore, and piston discs, through which the cylinder bore is divided into control chambers, wherein for moving the switching piston from a first switching position to a second switching position and vice versa one of the control chambers by means of a control means pressurized or vented, depending on the switching position of the switching piston, the pressure medium discharge either connected to the pressure medium supply line or the vent through one of the other control chambers is. In this case, the one control chamber for venting with the vent is connectable and the control means is arranged in the housing.

Durch die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen wird in nachteiliger Weise durch das Ausströmen der Luft auf der Gegenseite eine Verkürzung der Schaltzeit limitiert.By the known from the prior art solutions is disadvantageous Way through the outflow the air on the opposite side limits a shortening of the switching time.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes anzugeben, durch dessen Durchführung eine schnelle Kolbenbewegung bei ausreichender Endlagendämpfung erzielbar ist.Of the The present invention is based on the object, a method to reduce the mechanical load and increase the Switching speed when operating a control piston, Specify in particular the switching piston of a switching element, by carrying it out fast piston movement achieved with sufficient cushioning is.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.These The object is solved by the features of claim 1. Further Embodiments of the invention and advantages are apparent from the dependent claims.

Demnach wird ein Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes vorge schlagen, im Rahmen dessen die dem Stelldruck abgewandte Seite (Gegenseite) des Schaltkolbens mittels eines Gegenbelüftungspulses definiert belüftet wird, derart, dass sich der im Schaltzylinder maximal mögliche Belüftungsdruck nicht aufbauen kann.Therefore is a method of reducing mechanical stress and to increase the Switching speed when operating a control piston, especially the switching piston of a switching element pre-strike, as part of this the side facing away from the signal pressure (opposite side) the switching piston is ventilated defined by means of a counter-ventilation pulse, such that the maximum possible ventilation pressure in the shift cylinder can not build.

Gemäß der Erfindung ist die Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses derart definiert, dass eine schnellere Kolbenbewegung bei einer gleichzeitig erzielbaren ausreichenden Endlagendämpfung realisierbar ist.According to the invention the duration and amplitude of the counter-ventilation pulse is defined such that a faster piston movement with a simultaneously achievable sufficient cushioning is feasible.

Hierbei kann der Gegenbelüftungspuls kurz vor der Betätigung des Schaltkolbens, d.h. kurz vor der Bestromung des Ventils der Zielposition erzeugt werden und bei Bestromung des Ventils der Zielposition abgeschaltet werden oder für eine bestimmte Zeit überschneidend erhalten bleiben. Das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Gegenbelüftung und dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition kann gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit eingestellt werden.in this connection can the counter ventilation pulse just before the operation of the switching piston, i. shortly before the current supply to the valve Target position can be generated and when energizing the valve of the target position be turned off or for overlapping a certain time remain. The time interval between the beginning of the counter ventilation and the Beginning of the energization of the valve of the target position can according to the invention dependent on from the desired damping and switching speed are set.

Im Rahmen einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, die Gegenseite erst nach Beginn der Druckbeaufschlagung des Schaltkolbens bzw. der Bestromung des Ventils der Zielposition mittels eines Gegenbelüftungspulses zu belüften, um eine definierte Dämpfung einzustellen.in the As part of a variant of the method according to the invention, it is proposed the opposite side only after the beginning of the pressurization of the control piston or the energization of the valve of the target position by means of a counter-ventilation pulse to ventilate, around a defined damping adjust.

Erfindungsgemäß hängen Zeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude des Gegenbelüftungspulses von der Zylinderbauart (Differenzialzylinder, Gleichgangzylinder, 2-Stellungszylinder, 3-Stellungszylinder) ab; für den Fall eines Differenzialzylinders sind Zeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude zudem von der Bewegungsrichtung und für den Fall eines 3-Stellungszylinders von der Anfangs- und Zielposition abhängig.According to the time, duration and / or amplitude of the counter-ventilation pulse of the cylinder type (differential cylinder, Gleichgang cylinder, 2-position cylinder, 3-position cylinder) from; in the case of a differential cylinder, timing, duration and / or amplitude are also dependent on the direction of movement and, in the case of a 3-position cylinder, on the starting and ending positions.

Art und der Dauer der Gegenbelüftungspulse können zudem in vorteilhafter Weise von einer angeforderten Schaltgeschwindigkeit (z.B. Powerschaltung, Schonschaltung etc.) abhängen.kind and the duration of the counter-ventilation pulses may also advantageously of a requested switching speed (e.g., power switch, switch-off, etc.).

Das Ein- und/oder Ausschalten des Gegenbelüftungspulses kann ereignis- und/oder zeitgesteuert ausgeführt sein.The Switching on and / or off the counter-ventilation pulse can occur and / or timed executed be.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption werden die Schaltzeiten verkürzt, wobei eine ausreichende, variable Endlagendämpfung realisiert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die für die Gegenbelüftung erforderlichen Ventile kleiner dimensioniert werden können, wodurch der Stromverbrauch reduziert wird.By the conception according to the invention shortens the switching times, wherein a sufficient, variable end position damping is realized. One Another advantage is that required for the counter ventilation Valves can be made smaller, reducing power consumption becomes.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail below by way of example with reference to the attached figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Schaltkolbens sowie der Druckleitungen und Entlüftungsanschlüsse; 1 a schematic representation of a control piston and the pressure lines and vent connections;

2 einen beispielhaften Verlauf des Signals des Ventils zur Gegenbelüftung sowie des Signals des Ventils für die Zielposition des Kolbens und 2 an exemplary course of the signal of the valve for counter-ventilation and the signal of the valve for the target position of the piston and

3 einen weiteren beispielhaften Verlauf des Signals des Ventils zur Gegenbelüftung sowie des Signals des Ventils für die Zielposition des Kolbens gemäß der Erfindung. 3 a further exemplary course of the signal of the valve for counter-ventilation and the signal of the valve for the target position of the piston according to the invention.

In 1 ist ein Schaltkolben 1 dargestellt, welcher in einem Schaltzylinder 2 axial verschiebbar angeordnet ist; die mögliche Stellbewegung ist durch den Pfeil veranschaulicht. Mit 3, 3' sind Druckleitungen und mit 4, 4' Entlüftungsanschlüsse bezeichnet. Um eine Stellbewegung des Schaltkolbens 1 nach rechts zu erzielen, wird über die Druckleitung 3 die der Richtung der Stellbewegung abgewandte Seite (Stellseite) des Schaltkolbens 1 mit Stelldruck beaufschlagt; durch eine definierte Belüftung der dem Stelldruck abgewandten Seite (Gegenseite) des Schaltkolbens 1 mittels eines Gegenbelüftungspulses wird gemäß der Erfindung eine ausreichende Endlagendämpfung bei hoher Schaltgeschwindigkeit erzielt.In 1 is a control piston 1 shown, which in a shift cylinder 2 is arranged axially displaceable; the possible adjusting movement is illustrated by the arrow. With 3 . 3 ' are pressure lines and with 4 . 4 ' Venting ports designated. To an adjusting movement of the switching piston 1 to the right, is via the pressure line 3 the side facing away from the direction of the actuating movement (control side) of the control piston 1 subjected to control pressure; by a defined ventilation of the signal pressure side facing away from (opposite side) of the switching piston 1 By means of a counter-ventilation pulse, a sufficient end position damping at high switching speed is achieved according to the invention.

Hierbei ist die Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses derart definiert, dass sich der maximal mögliche Belüftungsdruck, welcher die Kolbengeschwindigkeit begrenzt, nicht aufbauen kann. Insbesondere kann durch die Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses die Schaltgeschwindigkeit (z.B. Powerschaltung, Schonschaltung etc.) und die Endlagendämpfung eingestellt werden. Des weiteren sind Zeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude des Gegenbelüftungspulses von der Zylinderbauart abhängig.in this connection the duration and amplitude of the counter-ventilation pulse is defined in such a way that is the maximum possible Ventilation pressure which limits the piston speed, can not build up. Especially can by the duration and amplitude of the counter-ventilation pulse, the switching speed (e.g., power switch, switch-off, etc.) and end-of-travel damping are set become. Furthermore, the time, duration and / or amplitude of the counter-ventilation pulse depends on the cylinder type.

Zwei mögliche Beispiele des Verlaufs des Gegenbelüftungspulses sind Gegenstand der 2 und 3.Two possible examples of the course of the counter ventilation pulse are the subject of 2 and 3 ,

Bei dem in 2 gezeigten Verlauf wird die Gegenseite erst nach Beginn der Druckbeaufschlagung des Schaltkolbens bzw. der Bestromung des Ventils der Zielposition mittels eines Gegenbelüftungspulses belüftet, um eine definierte Dämpfung einzustellen. Hierbei ist das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition und dem Beginn der Gegenbelüftung in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit einstellbar.At the in 2 As shown, the opposite side is vented only after the start of the pressurization of the control piston or the energization of the valve of the target position by means of a counter-ventilation pulse to set a defined damping. Here, the time interval between the beginning of the energization of the valve of the target position and the beginning of the counter-ventilation in dependence on the desired damping and switching speed is adjustable.

In 3 ist der Fall veranschaulicht, bei dem der Gegenbelüftungspuls kurz vor der Betätigung des Schaltkolbens, d.h. kurz vor der Bestromung des Ventils der Zielposition erzeugt wird und für eine bestimmte Zeit überschneidend erhalten bleibt. Das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Gegenbelüftung und dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition kann gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit eingestellt werden.In 3 is illustrated the case in which the counter-ventilation pulse is generated shortly before the actuation of the switching piston, ie shortly before the energization of the valve of the target position and is kept overlapping for a certain time. The time interval between the beginning of the counter-ventilation and the beginning of the energization of the valve of the target position can be adjusted according to the invention as a function of the desired damping and switching speed.

11
Schaltkolbenswitching piston
22
Schaltzylinderswitching cylinder
33
Druckleitungpressure line
3'3 '
Druckleitungpressure line
44
Entlüftungsanschlussexhaust port
4'4 '
Entlüftungsanschlussexhaust port

Claims (7)

Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Stelldruck abgewandte Seite (Gegenseite) des Schaltkolbens (1) mittels eines Gegenbelüftungspulses definiert belüftet wird, derart, dass sich der im Schaltzylinder (2) maximal mögliche Belüftungsdruck nicht aufbauen kann, wobei Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses derart definiert sind, dass eine schnellere Kolbenbewegung bei einer gleichzeitig erzielbaren ausreichenden Endlagendämpfung realisierbar ist.A method for reducing the mechanical load and to increase the switching speed of switching operation of a piston, in particular of the switching piston a switching element, characterized in that the actuator facing away from the pressure side (opposite side) of the switching piston ( 1 ) is ventilated defined by means of a counter-ventilation pulse, such that in the shift cylinder ( 2 ) maximum possible ventilation pressure can not build up, the duration and amplitude of the counter-ventilation pulse are defined such that a faster piston movement can be achieved with a sufficient achievable cushioning at the same time. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenbelüftungspuls kurz vor der Betätigung des Schaltkolbens, d.h. kurz vor der Bestromung des Ventils der Zielposition erzeugt wird und bei Bestromung des Ventils der Zielposition abgeschaltet wird oder für eine bestimmte Zeit überschneidend erhalten bleibt.Method of reducing the mechanical Loading and increasing the switching speed in the operation of a control piston according to claim 1, characterized in that the counter-ventilation pulse shortly before the actuation of the control piston, ie shortly before the energization of the valve of the target position is generated and is switched off when energizing the valve of the target position or for a certain time overlapping. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Gegenbelüftung und dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit eingestellt wird.Method for reducing the mechanical load and to increase the switching speed when operating a control piston according to claim 2, characterized in that the time interval between the beginning of the counter ventilation and the beginning of the energization of the valve of the target position in dependence from the desired damping and switching speed is set. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenbelüftungs puls nach dem Beginn der Betätigung des Schaltkolbens, d.h. nach dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition erzeugt wird.Method for reducing the mechanical load and to increase the switching speed when operating a control piston according to claim 1, characterized in that the counter-ventilation pulse after the start of the operation of the switching piston, i. after the start of energizing the valve the target position is generated. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition und dem Beginn der Gegenbelüftung in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit eingestellt wird.Method for reducing the mechanical load and to increase the switching speed when operating a control piston according to claim 4, characterized in that the time interval between the beginning of the energization of the valve of the target position and the beginning of the counter-ventilation dependent on from the desired damping and Switching speed is set. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude des Gegenbelüftungspulses von der Zylinderbauart abhängig sind.Method for reducing the mechanical load and to increase the switching speed when operating a control piston according to one of the preceding claims, characterized that time, duration and / or amplitude of the counter-ventilation pulse depends on the cylinder type are. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall eines Differenzialzylinders Zeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude von der Bewegungsrichtung und für den Fall eines 3-Stellungszylinders von der Anfangs- und Zielposition abhängig sind.Method for reducing the mechanical load and to increase the switching speed when operating a control piston according to claim 6, characterized in that in the case of a differential cylinder Time, duration and / or amplitude of the direction of movement and in the case a 3-position cylinder are dependent on the start and end position.
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