DE102006007514A1

DE102006007514A1 - Fluidbetätigter Linearantrieb und Magnetventil hiermit

Info

Publication number: DE102006007514A1
Application number: DE102006007514A
Authority: DE
Inventors: Günter Troska; Ralf Kellerer
Original assignee: Günter Troska
Current assignee: TROSKA FEINMECHANIK GMBH, DE
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Linearantrieb sowie ein Magnetventil für einen derartigen Linearantrieb, welches beispielsweise in einer Farbspritzpistole einsetzbar ist. Der Linearantrieb weist einen Kolben (7), der in einem Zylinder (5) durch Beaufschlagung mit einem Fluid, beispielsweise Druckluft, verschiebbar geführt ist, und eine Kolbenstange (11) auf, die dem Kolben (7) zugeordnet und in einer Kammer (6) verschiebbar geführt ist. Die Kolbenstange (11) ist dabei über Magnete (17, 19) mit dem Kolben (7) gekoppelt, so dass eine lineare Bewegung des Kolbens (7) eine Bewegung der Kolbenstange (11) bewirkt. In der Kolbenstange (11) und/oder zwischen der Kammer (6) und der Kolbenstange (11) ist wenigstens ein Kanal zur Durchführung eines Mediums vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Linearantrieb, insbesondere für ein Magnetventil einer Farbspritzpistole, mit einem Kolben, der in einem Zylinder durch Beaufschlagung mit einem Fluid, insbesondere Druckluft, verschiebbar ist, und mit einer dem Kolben zugeordneten Kolbenstange, insbesondere einer Ventilnadel, die mit dem Kolben derart gekoppelt ist, dass die Kolbenstange gemeinsam mit dem Kolben verschiebbar ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Magnetventil, wie es beispielsweise in Farbspritzpistolen einsetzbar ist.
Zum Auftragen von Lacken oder dgl. Fluiden werden häufig Spritzpistolen eingesetzt, die in dem Zuführkanal für den Lack eine Ventilanordnung aufweisen, die mit einer Ventilnadel verschließbar ist. Zum Öffnen der Ventilanordnung wird die Ventilnadel entgegen der Strömungsrichtung des Mediums zurückgezogen. Dies erfolgt üblicherweise über einen fluidbetätigten Linearantrieb der eingangs genannten Art.
Bei herkömmlichen Spitzpistolen wird Druckluft oder ein anderes geeignetes Fluid in eine Kammer eingebracht, in welcher ein Kolben verschiebbar geführt ist. Dieser Kolben ist fest mit einer Kolbenstange verbunden, die wiederum die Ventilnadel trägt. Damit das Medium, d.h. Lacke oder dgl., in der Spritzpistole nicht mit der Druckluft oder dergleichen in Kontakt kommen, ist die Kolbenstange und/oder die Ventilnadel üblicherweise über Stopfdichtungen abgedichtet geführt. Zur Betätigung der Ventilnadel ist also stets die Reibung der verschiedenen Dichtungsanordnungen innerhalb der Spritzpistole zu überwinden. Insbesondere bei stark pigmentierten Medien tritt an der Ventilnadel und/oder an den Dichtungen hoher Verschleiß auf, so dass die bekannten Spritzpistolen regelmäßig gewartet und überprüft werden müssen.
Die Zufuhr von Lacken oder dergleichen Medien in die Spritzpistole erfolgt üblicherweise durch einen seitlichen Anschluss, der in Strömungsrichtung vorne an dem Gehäuse der Spritzpistole vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, dass das Medium nicht durch den hinteren Bereich der Spritzpistole strömen muss, in welchem der Pneumatikkolben angeordnet ist. Der Anschluss für den Lackeingang oder dergleichen im vorderen seitlichen Bereich der Spritzpistole wird in einigen Anwendungsfällen jedoch als nachteilig empfunden.

Aus der EP 0 346 504 A1 ist ein fluidbetätigter Linearantrieb bekannt, bei welchem in einem starren Zylinderrohr ein kolbenstangenloser Kolben fluidbetätigt verschiebbar angeordnet ist. Auf dem Zylinderrohr ist ein hülsenartiges Abtriebsteil verschiebbar geführt. Das Abtriebsteil und der Kolben sind dabei jeweils mit Magneten versehen, so dass das Abtriebsteil berührungslos einer Bewegung des Kolbens folgt. Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der DE 298 15 317 U1 bekannt.

Demgegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen fluidbetätigten Linearantrieb sowie ein Magnetventil der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche leichtgängig und verschleißarm sind und gleichzeitig eine gute Abdichtung zwischen einem den Kolben beaufschlagenden Fluid und einem weiteren Medium ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Kolbenstange und der Kolben jeweils einander zugeordnete Magnete aufweisen, die eine lineare Bewegung der Kolbenstange infolge einer linearen Bewegung des Kolbens bewirken, wobei in der Kolbenstange und/oder zwischen der Kammer und der in dieser geführten Kolbenstange wenigstens ein Kanal zur Durchleitung eines Mediums vorgesehen ist. Die Kolbenstange und der Kolben sind somit nicht mehr starr miteinander verbunden, sondern die Kolbenstange folgt berührungslos der Bewegung des Kolbens. Hierdurch ist es möglich, den bspw. pneumatischen Antrieb des Kolbens vollständig gegenüber der Kolbenstange abzudichten, so dass das den Kolben beaufschlagende Fluid nicht mit der Kolbenstange in Kontakt tritt. Die Kolbenstange muss folglich nicht durch eine Stopfdichtung oder dergleichen Dichtungsanordnung geführt werden, so dass die Reibung und der Verschleiß bei der erfindungsgemäßen Pneumatiksteuerung nur sehr gering sind. Wenn in und/oder am Umfang der Kolbenstange ein Kanal zur Durchleitung eines Mediums vorgesehen ist, kann die Kammer, in welcher die Kolbenstange geführt ist, als Zufuhrkanal für das Medium genutzt werden. Das Medium strömt folglich durch die Kammer und an der Kolbenstange vorbei bzw. durch diese hindurch. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise des Linearantriebs, da kein separater Kanal für das Medium vorgesehen werden muss.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben als ein hülsenartiger Hohlkolben ausgebildet, der in einem abgedichteten, ringartigen Zylinderraum geführt ist. Der Kolben lässt sich in diesem Zylinderraum verschieben, ohne dass ein Medium, beispielsweise Lacke, mit dem Kolben in Kontakt kommen können, wodurch der Kolben verschmutzen könnte bzw. beschädigt wird.

Die Größe der Magnetkräfte ist unter anderem von dem Abstand der Magnete, die eine Verschiebung der Kolbenstange infolge einer Verschiebung des Kolbens bewirken, abhängig. Es wird daher bevorzugt, wenn der Kolben eine innenliegende Ausnehmung aufweist, in welcher wenigstens ein Magnet zur Verschiebung der Kolbenstange infolge einer Verschiebung des Kolbens fixiert ist, da bei dieser Anordnung der wenigstens eine Magnet des Kolbens der beispielsweise koaxial in dem hülsenartigen Hohlkolben aufgenommenen Kolbenstange zugewandt ist.

Die lineare Verschiebung des Kolbens erfolgt nach einer bevorzugten Ausführungsform durch eine Beaufschlagung mit Druckluft oder dergleichen. Dabei wird der Kolben gegen die elastische Rückstellkraft eines elastischen Elements verschoben, so dass der Kolben durch das elastische Element zurückgedrängt wird, wenn kein erhöhter Fluiddruck an dem Kolben anliegt. So kann beispielsweise ein Magnetventil durch die Kraft eines als Druckfeder ausgebildeten elastischen Elements in seiner geschlossenen Position gehalten werden und durch Druckluft gegen die Kraft der Feder geöffnet werden.

Um eine gute Abdichtung zwischen der Kolbenstange und dem Kolben zu erreichen, ist die Kolbenstange in einer insbesondere zylindrische Kammer verschiebbar geführt, die gegenüber dem Zylinderraum des Kolbens hermetisch abgedichtet ist. Es besteht somit keine Möglichkeit, dass ein Medium wie Lacke auf der zylindrischen Kammer der Kolbenstange in den Zylinderraum des Kolbens gelangt.

In oder an der Kolbenstange ist ein Magnet zur Verschiebung der Kolbenstange infolge einer Verschiebung des Kolbens fixiert. Dabei wird es bevorzugt, wenn der wenigstens eine Magnet möglichst dicht an dem oder den Magneten des Kolbens angeordnet ist.

Ein geringer Abstand der Magnete des Kolbens und der Kolbenstange kann bspw. dadurch erreicht werden, dass die Kolbenstange koaxial in dem Kolben geführt ist. Dabei kann eine möglichst dünne Trennwand, bspw. eine Stahlhülse, zwischen dem Kolben und der Kolbenstange vorgesehen sein, um den das Medium führenden Kanal von dem Bereich zu trennen, in welchem das Fluid den Kolben beaufschlagt.

Eine besonders gute Wirkung der erfindungsgemäßen Pneumatiksteuerung kann dann erreicht werden, wenn an oder in dem Kolben und/oder an oder in der Kolbenstange wenigstens zwei gegenpolig angeordnete Magnete vorgesehen sind, d.h. Magnete deren Südpole einander zugewandt sind bzw. deren Nordpole einander zugewandt sind. Die gegenpolige Anordnung der Magnete erhöht die Magnetkraft und verbessert somit die Wirkung des erfindungsgemäßen Linearantriebs. Es ist dabei nicht notwendig, dass dem Kolben und der Kolbenstange die gleiche Anzahl von Magneten zugeordnet ist. So können beispielsweise an dem Kolben zwei Magnete vorgesehen sein, während die Kolbenstange mit drei Magneten versehen ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiter durch ein Magnetventil, insbesondere für eine Farbspritzpistole, mit einer Ventilnadel gelöst, die zur Steuerung einer Durchflussmenge eines Mediums in einem Gehäuse zwischen einer an einem Ventilsitz anliegenden Verschlussstellung und einer von dem Ventilsitz abgehobenen Öffnungsstellung verschiebbar geführt ist. Dabei ist die Ventilnadel erfindungsgemäß als Kolbenstange eines oben genannten Linearantriebs ausgebildet bzw. mit einer derartigen Kolbenstange verbunden. Die Durchleitung eines Mediums durch das Gehäuse erfolgt somit getrennt von dem durch ein Fluid betätigten Linearantrieb, so dass das Fluid und das Medium nicht miteinander in Kontakt treten können.

Erfindungsgemäß ist in dem Gehäuse ein Kanal zur Durchleitung eines Mediums, wie Lack oder dergleichen, ausgebildet, welcher durch die Ventilnadel verschließbar ist und in welchem die Kolbenstange des fluidbetätigten Linearantriebs verschiebbar geführt ist. Es muss somit neben der Kammer, in welcher die Kolbenstange oder dergleichen geführt ist, kein separater Kanal für das Medium vorgesehen werden, so dass der Aufbau des gesamten Magnetventils besonders kompakt und einfach ist.

Insbesondere ist in dem Gehäuse ein gegenüber dem Zylinder, in welchem der Kolben des fluidbetätigten Linearantriebs verschiebbar geführt ist, hermetisch abgedichteter Kanal zur Abdichtung eines Mediums, wie Lack oder dergleichen ausgebildet.

In einigen Anwendungsfällen wird es bevorzugt, wenn in dem Gehäuse ein Einlassanschluss für ein Medium wie Lack oder dergleichen vorgesehen ist, der in einem der Spitze der Ventilnadel abgewandten Bereich angeordnet ist. Der Einlassanschluss ist somit in Strömungsrichtung des Mediums hinten, beispielsweise stirnseitig oder seitlich an einer Endplatte des Gehäuses angeordnet.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen.

Die einzige Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Magnetventil mit einem fluidbetätigten Linearantrieb.

Das in der Figur dargestellte Magnetventil weist ein beispielsweise hohlzylindrisches Gehäuse 1 auf, welches durch einen in der Figur rechten Deckel 2 verschlossen ist. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Deckel 2 ist im Inneren des Gehäuses 1 eine Hülse 3 eingespannt, welche durch Dichtringe 4 abgedichtet wird. Die Hülse 3 unterteilt den Innenraum des Gehäuses 1 somit in eine äußere, ringförmige Zylinderkammer 5 und eine innere Kammer 6, wobei die beiden Kammern hermetisch gegeneinander abgedichtet sind.
In der äußeren Zylinderkammer 5 ist ein hülsenartiger Kolben 7 abgedichtet und verschiebbar zwischen zwei Anschlägen geführt. Auf der in der Figur rechten Seite ist zwischen dem Deckel 2 und dem Kolben 7 eine Druckfeder 8 vorge spannt, welche den Kolben 7 in der Figur nach links beaufschlagt. Auf der der Druckfeder 8 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 7 steht die äußere Zylinderkammer 5 mit einem Fluideinlass 9 in Strömungsverbindung, durch welchen beispielsweise Druckluft in die äußere Zylinderkammer 5 eingebracht werden kann.
Der Kolben 7 ist dabei über Kolbendichtungen 10 gegenüber der äußeren Zylinderkammer 5 abgedichtet, so dass sich der Kolben 7 durch den Druck des Fluids und gegen die Kraft der Druckfeder 8 in seine in der Figur gezeigte Position verschieben lässt. Fällt der Druck in der äußeren Zylinderkammer 5 wieder ab, so wird der Kolben 7 durch die Kraft der Druckfeder 8 in der Figur nach links zurückgeschoben.
In der inneren Kammer 6 ist eine Kolbenstange 11 verschiebbar geführt, die auf ihrer in der Figur linken Seite eine Ventilnadel 12 trägt. Die Spitze 13 der Ventilnadel 12 lässt sich aus der in der Figur gezeigten Öffnungsstellung zusammen mit der Kolbenstange 11 nach links verschieben, um in einer Verschlussstellung abdichtend an einem Ventilsitz 14 anzuliegen.
Auf der der Spitze 13 abgewandten Seite mündet in die innere Kammer 6 ein Einlassanschluss 15, durch welchen ein Medium wie Lack oder dgl. zugeführt werden kann.
Die Kolbenstange 11 ist dabei derart ausgebildet, dass zwischen der Außenwand der Kolbenstange 11 und der Innenwand der inneren Kammer 6 ein Kanal 16 verbleibt, durch welchen ein Medium von dem Einlassanschluss 15 an der Kolbenstange 11 vorbei zu der Ventilnadel 12 strömen kann. Durch die Hülse 3 und die Dichtringe 4 wird das Medium dabei hermetisch gegenüber der äußeren Zylinderkammer 5 abgedichtet, in welcher der Kolben 7 verschiebbar ist.
Zur Betätigung der Kolbenstange 11 ist diese in der Figur mit drei Magneten 17 versehen, welche in einer Hülse 18 der Kolbenstange 11 aufgenommen sind. Weiter weist der Kolben 7 auf seiner der Kolbenstange 11 zugewandten inneren Seite eine Ausnehmung auf, in welcher ebenfalls drei Magnete 19 beispielsweise durch eine Mutter 20 eingespannt aufgenommen sind.
Eine lineare Verschiebung der Magnete 19 des Kolbens 7 bewirkt somit, dass auch die Kolbenstange 11 durch die Magnetkräfte der Magnete 17 gemeinsam mit dem Kolben 7 verschoben wird. Eine besonders hohe Magnetkraft ergibt sich dabei, wenn die Magnete 17 und 19 gegenpolig angeordnet sind, d.h. wenn die Südpole der Magneten 17 einander zugewandt sind und entsprechend die Nordpole der Magneten 17 einander zugewandt sind. In gleichen Weise können die Südpole der Magneten 19 einander zugewandt sein und die Nordpole der Magneten 19 einander zugewandt sein.
Das erfindungsgemäße Magnetventil lässt sich als eine Spritzpistole für verschiedene Medien, wie Lacke, einsetzen. Hierzu wird der Einlassanschluss 15 mit einer Zuleitung für Lacke oder dergleichen verbunden. Weiter wird der Anschluss 9 beispielsweise mit einer Druckluftquelle verbunden. Wird nun Druckluft über den Anschluss 9 in die äußere Zylinderkammer 5 eingebracht, so wird der Kolben 7 gegen die Kraft der Druckfeder 8 in seine in der Figur gezeigte Stellung nach rechts verschoben. Die Magnetfelder der Magneten 17 und 19 bewirken dabei, dass auch die Kolbenstange 11 mit der Ventilnadel 12 berührungslos dem Kolben 7 folgt. Die Spitze 13 der Ventilnadel 12 wird hierdurch von ihrem Ventilsitz 14 abgehoben, so dass ein Medium in dieser Öffnungs-Stellung durch den Einlassanschluss 15 an der Kolbenstange 11 vorbei durch den Ventilsitz 14 austreten kann.
Fällt der Druck in der äußeren Zylinderkammer 5 wieder ab, so wird der Kolben 7 durch die Kraft der Druckfeder 8 in der Figur nach links verschoben, wobei gleichzeitig infolge der zwischen den Magneten 17 und 19 wirkenden Magnetkräfte auch die Kolbenstange 11 in der Figur nach links verschoben wird. Hierdurch wird die Spitze 13 der Ventilnadel 12 gegen den Ventilsitz 14 in ihre Verschluss-Stellung gepresst, so dass der Durchfluss von Lacken oder dergleichen durch die innere Kammer 6 gestoppt wird.
Der Medienbereich der inneren Kammer 6 ist folglich von dem beispielsweise pneumatischen Steuerkolben getrennt, ohne dass durch Dichtungen oder dergleichen Reibung oder Verschleiß auftritt. Die gesamte Spritzpistole ist somit besonders wartungsarm und eignet sich auch für den Einsatz von stark pigmentierten Medien.
Zudem ist das erfindungsgemäße Magnetventil bzw. die Spritzpistole spülfreundlich und lässt sich leicht rückstandsfrei entleeren, was insbesondere bei Farbwechseln wichtig ist.

1: Gehäuse
2: Deckel
3: Hülse
4: Dichtring
5: (äußere) Zylinderkammer
6: (innere) Kammer
7: Kolben
8: Druckfeder
9: Anschluss
10: Dichtung
11: Kolbenstange
12: Ventilnadel
13: Spitze
14: Ventilsitz
15: Einlassanschluss
16: Kanal
17: Magnet
18: Hülse
19: Magnet
20: Mutter

Claims

Fluidbetätigter Linearantrieb, insbesondere für ein Magnetventil einer Farbspritzpistole, mit einem Kolben (7), der in einem Zylinder (5) durch Beaufschlagung mit einem Fluid, insbesondere Druckluft, verschiebbar ist, und mit einer dem Kolben (6) zugeordneten und in einer Kammer (6) geführten Kolbenstange (11), insbesondere einer Ventilnadel (12), die mit dem Kolben (7) derart gekoppelt ist, dass die Kolbenstange (11) gemeinsam mit dem Kolben (7) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) und der Kolben (7) jeweils einander zugeordnete Magnete (17, 19) aufweisen, die eine lineare Bewegung der Kolbenstange (11) infolge einer linearen Bewegung des Kolbens (7) bewirken, wobei in der Kolbenstange (11) und/oder zwischen der Kammer (6) und der in dieser geführten Kolbenstange (11) wenigstens ein Kanal (16) zur Durchleitung eines Mediums vorgesehen ist.
Fluidbetätigter Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) als ein hülsenartiger Hohlkolben ausgebildet ist, der in einem abgedichteten, ringartigen Zylinderraum (5) geführt ist.
Fluidbetätigter Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) eine innenliegende Ausnehmung aufweist, in welcher wenigstens ein Magnet (19) zur linearen Bewegung der Kolbenstange (11) infolge einer Bewegung des Kolbens (7) fixiert ist.
Fluidbetätigter Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (7) ein elastisches Element (8) zugeordnet ist, gegen dessen Rückstellkraft der Kolben (7) fluidbetätigt verschiebbar ist.
Fluidbetätigter Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) in einer insbesondere zylindrischen Kammer (6) verschiebbar geführt ist, die gegenüber dem Zylinderraum (5) des Kolbens (7) hermetisch abgedichtet ist.
Fluidbetätigter Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Kolbenstange (11) wenigstens ein Magnet (17) zur linearen Bewegung der Kolbenstange (11) infolge einer Bewegung des Kolbens (7) fixiert ist.
Fluidbetätigter Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) koaxial in dem Kolben (7) angeordnet ist.
Fluidbetätigter Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Kolben (7) und/oder an oder in der Kolbenstange (11) wenigstens zwei gegenpolig angeordnete Magnete (17, 19) vorgesehen sind.
Magnetventil, insbesondere für eine Farbspritzpistole, mit einer Ventilnadel (12), die zur Steuerung einer Durchflussmenge eines Medium in einem Gehäuse (1, 2) zwischen einer an einem Ventilsitz (14) anliegenden Verschluss-Stellung und einer von dem Ventilsitz abgehobenen Öffnungs-Stellung verschiebbar geführt ist, wobei die Ventilnadel (12) als Kolbenstange (11) eines fluidbetätigten Linearantriebs nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet oder mit der Kolbenstange (11) verbunden ist.
Magnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1, 2) ein Kanal (6, 16) zur Durchleitung eines Mediums, wie Lack oder dgl., ausgebildet ist, welcher durch die Ventilnadel (12, 13) verschließbar ist, und in welchem die Kolbenstange (11) des fluidbetätigten Linearantriebs verschiebbar geführt ist.
Magnetventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1, 2) ein gegenüber dem Zylinder (5), in welchem der Kolben (7) des fluidbetätigten Linearantriebs durch Beaufschlagung mit einem Fluid verschiebbar ist, hermetisch abgedichteter Kanal (6, 16) zur Durchleitung eines Mediums, wie Lack oder dgl., ausgebildet ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1, 2) ein Einlassanschluss (15) für ein Medium, wie Lack oder dgl., vorgesehen ist, der in einem der Spitze (13) der Ventilnadel (12) abgewandten Bereich angeordnet ist.