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Die
Erfindung betrifft eine Arbeitsvorrichtung, mit wenigstens einem
elektromagnetisch betätigbaren
Magnetventil, das eine Ventileinheit mit einem Ventilglied und eine
Betätigungseinheit
mit wenigstens einem Elektromagneten aufweist, wobei die Ventileinheit
an einer ersten Trägereinheit
und die Betätigungseinheit
an einer zweiten Trägereinheit angeordnet
ist, wobei die Trägereinheiten
relativ zueinander in wenigstens eine Arbeitsposition bewegbar sind,
in der der Elektromagnet betätigungsmäßig auf
das Ventilglied einwirkt.
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Als
Arbeitsvorrichtung kann beispielsweise ein Druckwerk einer Druckmaschine
vorgesehen sein, wobei das Druckwerk mehrere Druckzylinder besitzt,
die jeweils mit Druckplatten bespannt werden. In der Regel besitzt
dabei jeder Druckzylinder zwei diametral gegenüberliegende, im Wesentlichen über die
gesamte Länge
des Druckzylinders verlaufende Nuten. Über den Umfang werden zwei
Druckplatten jeweils mit ihren abgekanteten Enden in die Nuten eingesetzt
und einseitig verspannt. Über
die Länge
des Druckzylinders sind beispielsweise sechs nebeneinander angeordnete
Druckplatten vorgesehen, also insgesamt zwölf Druckplatten. Das Einspannen
der Druckplatten erfolgt in der Regel mittels eines fluidisch betätigbaren
Aktors, der seinerseits auf Spannelemente wirkt, wobei diese Spannelemente
und der fluidisch betätigbare
Aktor in einer parallel zur Befestigungsnut verlaufenden Bohrung
im Druckzylinder sitzen. Der wenigstens eine fluidisch betätigbare
Aktor, es können
auch mehrere vorgesehen sein, wird mittels wenigstens eines Magnetventils
angesteuert. Das Magnetventil sitzt ebenfalls am Druckzylinder und
besteht wie erwähnt
aus einem Ventilglied und einem Elektromagneten. Bei Bestromung
des Elektromagneten wird eine Betätigung des Ventilglieds ausgelöst. Es müssen hier
also pneumatische und elektrische Anschlüsse an den Druckzylinder herangeführt werden.
Am Beispiel des Druckzylinders eines Druckwerks wird also das Problem deutlich,
dass generell bei Arbeitsvorrichtungen, die mit Magnetventilen bestückt sind,
sowohl eine elektrische Verkabelung als auch eine Fluidzuführung für Druckfluid
notwendig sind. Dies ist vor allem dann problematisch, wenn die
Arbeitsvorrichtung sich bewegende Teile aufweist.
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In
der
DE 197 18 963
C1 ist ein fluidmechanisches Steuerglied offenbart, das
subkutan eingesetzt wird. Das Steuerglied dient zum Dosieren eines ebenfalls
subkutan angeordneten, in einem Medikamentenspeicher bevorrateten
Medikamentes. Das Steuerglied enthält ein Sperrglied, das mit
einem Permanentmagnet verbunden ist und durch das Magnetfeld eines
Elektro magneten betätigt
werden kann. Das Sperrglied ist in einer Membran gelagert, die zwei
Endstellungen zulässt,
nämlich
eine vom Zu- und Ablauf abgehobene Schließstellung und eine Sperrstellung.
Das Steuerglied wird wie erwähnt durch
einen Elektromagneten betätigt,
der räumlich getrennt
vom Steuerglied angeordnet ist, und beispielsweise an die Haut herangeführt werden
kann, wodurch das Steuerglied schaltet.
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Die
DE 10 2005 015 198
A1 offenbart ein Kopplungsventil, dessen beiden Seitenflächen in Ventilbreitenrichtung
Kopplungsflächen
zum Anschluss anderer Elektromagnetventile entsprechen. Mehrerer
solcher Elektromagnetventile können
auf einer Schiene hintereinander aufgereiht werden.
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In
der
DE 87 15 418 U1 ist
eine Klischeewechselvorrichtung für eine Druckmaschine offenbart.
In Laufrichtung der Druckmaschine ist vor und hinter dem Druckzylinder
je eine Wechselvorrichtung angeordnet, von denen jede quer zur Laufrichtung der
Druckmaschine aus dem Bereich des Druckzylinders seitlich herausfahrbar
ist, so dass bereits neben der Druckstation ein Vorrüsten mit
Klischees erfolgen kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Arbeitsvorrichtung der eingangs erwähnten Art
zu schaffen, die, ausgestattet mit wenigstens einem Magnetventil, einfach
aufgebaut und störunanfällig ist
und mit der zusätzliche
Funktionen durchgeführt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Arbeitsvorrichtung mit den Merkmalen des
unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Die
erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung zeichnet
sich dadurch aus, dass mehrere Ventileinheiten zu wenigstens einem
Ventileinheitenblock und mehrere Betätigungseinheiten zu wenigstens
einem Betätigungsblock
zusammengefasst sind, wobei je nach Bedarf wenigstens einer der
Elektromagneten der Betätigungseinheiten
in der Arbeitsposition der Trägereinheiten
auf das Ventilglied der ihm zugeordneten Ventileinheit betätigungsmäßig einwirkt.
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Es
ist also möglich,
die beiden Trägereinheiten
durch Relativbewegung in eine Arbeitsposition zueinander zu bringen,
in der bei Bestromung des Elektromagneten eine Betätigung des
Ventilglieds ausgelöst
wird. In bevorzugter Weise handelt es sich bei dem Ventilglied um
eine Schaltwippe, die um eine Drehachse drehbar an der Ventileinheit
gelagert ist und mittels einer Druckfeder in eine Ausgangslage positioniert
ist, in der ein Fluidkanal der Ventileinheit verschlossen ist. Bei
Bestromung des Magnetventils kommt es zu einer Drehung der Schaltwippe gegen die
Kraft der Druckfeder, wobei der vorher in der Ausgangslage verschlossene
Fluidkanal geöffnet
und ein anderer, vorher geöffneter
Fluidkanal verschlossen wird.
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Befinden
sich die beiden Trägereinheiten nicht
in ihrer Arbeitsposition, sondern auf Grund der Relativbewegung
entfernt voneinander, so kann sich trotz möglicherweise aktivem Elektromagneten
kein magnetisches Feld aufbauen, sodass der Elektromagnet keinen
Einfluss auf das Ventilglied nimmt.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Ventilglied wenigstens
ein Permanentmagnet zugeordnet. Der Permanentmagnet kann beispielsweise
in das Ventilglied, insbesondere in die Schaltwippe integriert sein.
Dadurch ist es möglich,
den Abstand zwischen der der Betätigungseinheit
zugewandten Außenseite
der Ventileinheit und der der Ventileinheit zugewandten Außenseite
der Betätigungseinheit
relativ groß zu
halten, da in Folge des Permanentmagneten ein relativ starkes Magnetfeld ausgebildet
ist. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
den Abstand dadurch zu vergrößern, dass
ein stärkerer
Elektromagnet eingesetzt wird. Zwischen den vorstehend erwähnten Außenseiten
der Ventileinheit und der Betätigungseinheit
kann sich also ein relativ breiter Spalt befinden, beispielsweise
in Form eines Luftspalts.
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Es
ist jedoch auch möglich,
in dem Spalt wenigstens eine Trenneinheit zur räumlichen Trennung von Ventileinheit
und Betätigungseinheit
anzuordnen. Dadurch ist es möglich,
die Arbeitsvorrichtung beispielsweise in explosionsgeschützten Umgebungen
einzusetzen, wobei sich die Ventileinheit dann in dem explosionsgeschützten Bereich
befindet, während
der Elektromagnet durch die Trenneinheit getrennt außerhalb
des Ex-Schutzbereichs
angeordnet sein kann. Die Trenneinheit kann beispielsweise von wenigstens
einem massiven Bauteil, bei spielsweise eine Scheibe, eine Platte,
eine Wand oder dergleichen, gebildet sein.
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Dadurch,
dass mehrere Ventileinheiten zu wenigstens einem Ventileinheitenblock
und mehrere Betätigungseinheiten
zu wenigstens einem Betätigungsblock
zusammengefasst sind, wobei je nach Bedarf wenigstens einer der
Elektromagneten der Betätigungseinheiten
in der Arbeitsposition der Trägereinheiten
auf das Ventilglied der ihm zugeordneten Ventileinheit betätigungsmäßig einwirkt,
ist es möglich,
jedes Ventilglied der Ventileinheiten gezielt zu schalten. Für den Anwendungsfall
des Druckwerks einer Druckmaschine bedeutet dies, dass die einzelnen
am Druckzylinder vorgesehenen Druckplatten unabhängig voneinander gespannt werden können. Es
ist hier also möglich,
gezielt einzelne Druckplatten zu spannen oder zu lösen, wodurch
insbesondere das Austauschen einzelner Druckplatten einfach und
zeitsparend erfolgen kann.
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Die
Relativbewegung zwischen den beiden Trägereinheiten kann durch eine
Linearbewegung oder durch eine Rotationsbewegung erzeugt werden. Beim
Anwendungsfall des Druckwerks ist dies eine Rotationsbewegung. Bevorzugterweise
ist die erste Trägereinheit
beweglich ausgebildet und die zweite Trägereinheit ortsfest angeordnet.
Im Falle des Anwendungsgebiets des Druckwerks kann sich die wenigstens
eine Ventileinheit am drehbe weglich gelagerten Druckzylinder befinden
oder durch den Druckzylinder selber gebildet sein, während die
Betätigungseinheit
beispielsweise am Gestell oder am Gehäuse der Arbeitsvorrichtung
ortsfest untergebracht ist. Alternativ ist es möglich, im Falle einer linearen Relativbewegung,
die Ventileinheiten beispielsweise an einer schlittenartigen Trägereinheit
vorzusehen, die an einer wiederum ortsfesten, mit der Betätigungseinheit
bestückten
Trägereinheit
vorbeiführbar ist.
Es ist beispielsweise ein Anwendungsfall denkbar, in dem auf einem
Förderband
transportierte, schlittenartige Trägerelemente mit jeweils wenigstens
einer Ventileinheit an einer einzigen, ortsfest angeordneten Betätigungseinheit
mit wenigstens einem Elektromagneten vorbeigeführt werden. Sobald die schlittenartigen
Trägereinheiten
also in den Einflussbereich der Betätigungseinheit kommen, kann
wie vorstehend erwähnt,
eine Betätigung
des Ventilglieds ausgelöst
werden. Dadurch ist es möglich,
mit nur einer einzelnen Betätigungseinheit
eine Vielzahl von Ventileinheiten zu betätigen. Es ist hier also nicht
notwendig, dass an jeder Ventileinheit auch ein Elektromagnet montiert
ist. Dadurch kann die Anzahl an vorzusehenden Elektromagneten verringert
werden, zudem ist eine elektrische Leitungsführung an die beweglich geführten Ventileinheiten
nicht mehr notwendig.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtung,
wobei hier schematisch die an einer ersten Trägereinheit angeordnete Ventileinheit
und an einer zweiten Trägereinheit
angeordnete Betätigungseinheit
dargestellt ist, wobei sich die beiden Trägereinheiten nicht in der Arbeitsposition
befinden,
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2 die
Arbeitsvorrichtung von 1, wobei sich beide Trägereinheiten
in der Arbeitsposition befinden,
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3 ein
Längsschnitt
durch die beiden Trägereinheiten
samt Betätigungs-
bzw. Ventileinheit entlang der Linie III-III von 2,
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4 das
bevorzugte Ausführungsbeispiel der
Arbeitsvorrichtung, wobei eine als Druckzylinder ausgebildete erste
Trägereinheit
für mehrere
Ventileinheiten vorgesehen ist.
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Die 1 bis 4 zeigen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Arbeitsvorrichtung 11. Im Folgenden wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel beispielhaft
anhand einer als Druckwerk einer Druckmaschine ausgebildeten Arbeitsvorrichtung
beschrieben. Die Beschreibung beschränkt sich jedoch nicht auf eine
solche Arbeitsvorrichtung, es wird lediglich zur besseren Veranschaulichung
auf die Erläuterung
anhand eines Druckwerks zurückgegriffen.
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Das
Druckwerk einer Druckmaschine besitzt in der Regel mehrere Druckzylinder 12 (4),
die jeweils mit mehreren Druckplatten bespannt werden. Hierzu sind
am Druckzylinder zwei diametral gegenüberliegende, im Wesentlichen über die
gesamte Länge
des Druckzylinders verlaufende Nuten vorgesehen. Über den
Umfang werden zwei Druckplatten jeweils mit ihren abgekanteten Enden
in die Nuten eingesetzt und verspannt. Über die Länge des Druckzylinders 12 sind
sechs nebeneinander angeordnete Druckplatten vorgesehen, also insgesamt
zwölf Druckplatten.
Ferner befinden sich am Druckzylinder im Bereich der Nuten zwei
ebenfalls im Wesentlichen über
die gesamte Länge
des Druckzylinders verlaufende Bohrungen, in der mehrere Spannelemente angeordnet
sind und zwar für
jede Druckplatte wenigstens eines. Die Spannelemente werden über fluidbetätigte Aktoren 13 betätigt, die
ebenfalls in den Bohrungen untergebracht sein können.
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Die
Arbeitsvorrichtung 11 besitzt wenigstens ein elektromagnetisch
betätigbares
Magnetventil 14, das eine Ventileinheit 15 mit
einem Ventilglied 16 und eine Betätigungseinheit 17 mit
wenigstens einem Elektromagneten 18 aufweist. Der Elektromagnet 18 besitzt
beispielsweise einen U-förmigen
Kern 19, um dessen Schenkel 20a, 20b jeweils
eine Spule 21a, 21b gewickelt ist. Bei Bestromung
des Elektromagneten 18 entsteht in bekannter Weise ein
elektromagnetisches Feld.
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Das
Ventilglied 16 der Ventileinheit 15 ist als Schaltwippe
ausgebildet, die um eine Drehachse 22 drehbar an der Ventileinheit 15 gelagert
ist. Die Schaltwippe wird mittels einer Druckfeder 23 in
eine Ausgangslage positioniert, in der ein an der Ventileinheit
ausgebildeter Speisekanal P zum Zuführen von Druckfluid, insbesondere
Druckluft, verschlossen ist. In dieser Ausgangslage kommt eine an
der Unterseite der Schaltwippe angeordnete abdichtende Anlagefläche 24 in
Kontakt mit dem Dichtsitz 25 des Speisekanals P. Die Ventileinheit 15 weist
ferner wenigstens einen weiteren Arbeitskanal A und einen Entlüftungskanal
R auf. In der Ausgangslage der Schaltwippe ist die den Dichtsitz
des Entlüftungskanals
R zugeordnete Anlagefläche 26 vom
Dichtsitz des Entlüftungskanals
R abgehoben. D. h. es findet hier eine Entlüftung über den Arbeitskanal A und
den Entlüftungskanal
R statt. In die Schaltwippe ist ferner ein Permanentmagnet 28 integriert.
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Die
Ventileinheit 15 ist an einer ersten Trägereinheit 29 und
die Betätigungseinheit 17 an
einer zweiten Trägereinheit 30 angeordnet,
wobei die Trägereinheiten 29, 30 relativ
zueinander in wenigstens eine Arbeitsposition 50 bewegbar
sind, in der der Elektromagnet 18 betätigungsmäßig auf das Ventilglied 16 einwirkt.
Die erste Trägereinheit 29,
beispielsweise wie in 4 dargestellt, der Druckzylinder 12 eines
Druckwerks, ist beweglich geführt,
während
die zweite Trägereinheit 30 ortsfest
am Gestell bzw. am Gehäuse
der Arbeitsvorrichtung 11 angeordnet ist. Wie beispielsweise
in 4 dargestellt, sind den Ventilgliedern 16 fluidbetätigte Aktoren,
beispielsweise in Form von Arbeitszylindern 13, nachgeschaltet.
Zwischen der Ventileinheit 15 und dem Aktor 13 kann
wenigstens ein Hauptventil eingeschaltet sein. Die Ventileinheit 15 kann
also als Vorsteuerventil zur Ansteuerung des Hauptventils dienen.
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Wie
in 3 dargestellt, sind mehrere Ventileinheiten 15 zu
einem Ventileinheitenblock 31 und mehrere Betätigungseinheiten 17 zu
einem Betätigungsblock 32 zusammengefasst.
Dadurch ist es möglich,
falls die Trägereinheiten 29, 30 in
der Arbeitsposition sind, gezielt durch Bestromung eines oder mehrerer
Elektromagneten 18 eine oder mehrere Ventileinheiten 15 zu
schalten und somit eine Aktion am nachgeordneten Aktor 13 auszulösen.
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Wie
in 1 dargestellt, ist zwischen der der Ventileinheit 15 zugewandten
Außenseite 33 der
Betätigungseinheit 17 und
der der Betätigungseinheit 17 zugeordneten
Außenseite 34 der
Ventileinheit 15 ein Spalt 35 vorgesehen. In Folge
des durch den Permanentmagneten 28 in der Schaltwippe relativ
starken Magnetfelds kann die Spaltbreite des Spaltes 35 relativ
groß gewählt werden.
Dadurch ist es möglich eine
Trenneinheit 36 in Form einer Scheibe oder einer Platte
(1, strichpunktiert) anzuordnen, sodass Ventileinheit 15 und
Betätigungseinheit 17 räumlich voneinander
getrennt sind. Dadurch ist es möglich,
die Arbeitsvorrichtung 11 auch in Exgeschützten Bereichen
einzusetzen, da der in Folge einer Bestromung kritische Elektromagnet 18 außerhalb
des Ex-Schutzbereiches
angeordnet sein kann, während
sich die Ventileinheit 15 im Ex-Schutzbereich befindet.
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Zur
Funktion der Arbeitsvorrichtung 11 ist folgendes zu bemerken:
Zunächst befinden
sich die beiden Trägereinheiten 29, 30 nicht
in der Arbeitsposition 50, wobei Betätigungseinheit 17 und
Ventileinheit 15 derart beabstandet voneinander angeordnet
sind, dass der Elektromagnet 18 auch bei dessen Bestromung
keinen Einfluss auf die Schaltwippe der Ventileinheit 15 nimmt.
Die Schaltwippe wird dabei durch die Druckfeder 23 in ihre Ausgangslage
positioniert und der Speisekanal P ist durch die Anlagefläche 24 verschlossen.
Es findet ein Entlüftungsvorgang
der nachgeschalteten fluidbetätigten
Aktoren statt. Da die zweite mit der Betätigungseinheit 17 versehene Trägereinheit 30 ortsfest
ist, wird die erste bewegliche Trägereinheit 29 nunmehr
der zweiten Trägereinheit 30 angenähert, bis
die Arbeitsposition 50 erreicht ist. In dieser Arbeitsposition
wird wenigstens einer der Elektromagneten 18 bestromt,
sodass ein elektromagnetisches Feld entsteht, das schließlich in Kombination
mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten 28 dazu führt, dass
die Schaltwippe entgegen der Federkraft der Druckfeder 23 verdreht
wird, bis die Anlagefläche 26 auf
dem Dichtsitz des Entlüftungskanals
R aufliegt und diesen abdichtet. Gleichzeitig wird die Anlagefläche 24 vom
Dichtsitz 25 des Speisekanals abgehoben, sodass Druckfluid über den
Speisekanal und den Arbeitskanal A zu den nachgeordneten Aktoren 13 gelangen
kann und dort eine Aktion auslöst.
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Überträgt man dies
nunmehr auf das Anwendungsbeispiel des Druckwerks, so befindet sich
der Druckzylinder mitsamt dem Ventileinheitenblock 31 zunächst entfernt
vom Betätigungsblock
mit den Betätigungseinheiten 17.
Der Druckzylinder 12 wird schließlich in Rotation versetzt,
sodass der Ventileinheitenblock 31 in die Arbeitsposition 50 in
der Nähe des
Betätigungsblockes 32 kommt.
Es kann hier je nach Bedarf ein bestimm ter Drehwinkelbereich zwischen
dem Betätigungsblock
und dem Ventileinheitenblock 31, 32 festgelegt
werden, der als erste Arbeitsposition 50 festgelegt wird.
In dieser ersten Arbeitsposition soll ein Spannen wenigstens einer Druckplatte
stattfinden, d. h. durch Bestromung wenigstens eines der Elektromagneten 18 wird
mindestens eine Schaltwippe derart geschaltet, dass die Druckplatte
an den Druckzylinder 12 gespannt wird. Beispielsweise ist
es möglich,
zunächst
die erste Druckplatte aufzulegen und dies zu verspannen und danach
mit den nachfolgenden Druckplatten ebenso zu verfahren. Alternativ
ist es möglich,
zunächst
alle Druckplatten aufzulegen und diese dann gleichzeitig zu verspannen.
Ebenso verhält
es sich beim Lösen der
Druckplatten, dabei kann jede Druckplatte unabhängig von den anderen Druckplatten
gelöst
werden, und zwar durch gezieltes Ansteuern über die zugeordnete Ventileinheit 15 und
den zugeordneten Aktor 13.
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Es
kann auch noch mindestens eine weitere Arbeitsposition festgelegt
werden und zwar in einem anderen Drehwinkelbereich zwischen dem
Betätigungsblock 32 und
einem anderen Ventileinheitenblock, in dem beispielsweise die Ventileinheiten 15 für die zweite
Reihe an Druckplatten zusammengefasst sind. Darüber hinaus ist es möglich, die
Druckplatten auch an der vorauseilenden Seite mit dem Druckzylinder
zu verklemmen, als auch an der entgegengesetzten, nacheilenden Seite
den vorstehend erwähnten
Spannvorgang einzuleiten.
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In
bevorzugter Weise sind die Aktoren im Betrieb des Druckwerks, also
im gespannten Zustand der Druckplatten drucklos, und werden erst
zum Lösen
der Spannelemente, die die Druckplatten am Druckzylinder halten,
mit Druckfluid beaufschlagt. D. h. die in 2 dargestellte
Arbeitsposition 50 korreliert mit dem Lösen der Druckplatten.