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Die
Erfindung betrifft ein Anfahrventil für pneumatische Drucksysteme,
das ein gedämpftes Einschalten eines Druckmittelweges für
die Drucksysteme realisiert.
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Ein
solches Anfahrventil ist beispielsweise aus den Firmendrucksachen
der Knocks-Fluid GmbH unter der Typenbezeichnung KSSV-238 und 212
sowie aus der Firmenpublikation A.33 F, bekannt geworden. Wie den
Diagrammen für die Anfahrfunktion bzw. Füllcharakteristik
des A.33 F zu entnehmen ist, steigt der Ausgangsdruck in einem vorgegebenen Zeitrahmen
gedämpft an und erst bei Erreichen einer bestimmten Druckhöhe
wird eine Durchschaltung des Eingangdruckes auf den Ausgang des
Anfahrventils vorgenommen.
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So
ist auch der
EP 0 758
063 B1 ein Startventil für pneumatische Anlagen
zu entnehmen, welches einen langsamen Druckaufbau einer Anlage realisiert.
Darüber hinaus ist für eine Rückentlüftung, d.
h. das System wird nach der Benutzung wieder entlüftet,
eine Schnellentlüftung vorhanden.
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Ebenfalls
wird in der
DE 1 283 627 ein
Druckmittel betätigtes Steuerventil beschrieben, das eine Druckkammer
für ein Hauptventil in Form eines Steuerschiebers, einem
Hilfsventil und einer Einrichtung zur Vermeidung von Steuerungsschlägen
beschreibt.
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Wie
bereits ausgeführt, sind aus dem Stand der Technik Anfahrventile
bekannt, die eine Schnellentlüftung beinhalten. Eine derartige
Schnellentlüf tung oder Systementlüftung ist ausschließlich
dafür vorgesehen, dass der ausgangsseitige Druck des Anfahrventils
beispielsweise am Ende einer Arbeitsschicht aus den Druckmittelleitungen
abgelassen werden kann, damit auf den Systemen und Leitungen im
nicht benutzten Zustand kein Druck vorhanden ist.
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Bei
derartigen Drucksystemen, die vielfach in Fertigungsbereichen bzw.
auch Fertigungsautomaten eingesetzt werden, kommt es immer wieder vor,
dass die einzelnen Komponenten eines derartig komplizierten Drucksystems
aufgrund des ständigen Einsatzes einem Verschleiß unterliegen
und es somit zu Leckagen kommt, die nicht beabsichtigt sind. Eine solche
Leckage bedeutet einen Druckverlust, der im täglichen Betrieb,
wenn die Anlagen laufen, nicht ins Gewicht fällt, da der
Eingangsdruck für derartige Drucksysteme vor dem Anfahrventil
ausreichend groß bemessen ist.
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Nach
einer Rückentlüftung des Drucksystems ist es bei
einem erneuten Start es notwendig, dass ein langsamer Druckaufbau
mit einer bestimmten Verzögerung erfolgt. Durch eine derartige
Maßnahme wird sichergestellt, dass entsprechende pneumatische
Systeme und Stellglieder von komplexen Anlagen sich nur langsam
in ihre Ausgangslage bewegen, falls sie sich nicht in einer solchen
befinden. Durch ein derartiges Anfahren über die bekannten
Anfahrventile werden Gefahren für Mensch und Maschine,
die auftreten können, wenn die Stellglieder durch einen
plötzlichen Druckanstieg ungebremst in ihre Ausganglage
gepresst oder gestoßen werden, verringert oder gänzlich
vermieden. Durch die bereits genannten Leckagen innerhalb eines
solchen Druckluftsystems ist es jedoch teilweise unmöglich,
ein geregeltes Befüllen der Leitungen und damit auch der
Stellglieder durchzuführen, weil die Anfahrventile keinen
ausreichenden Umschaltdruck für die Umschaltung der nachfolgenden
Systeme liefern. Dieses würde jedoch bedeuten, dass ein
normaler Betrieb einer solchen Anlage nicht aufgenommen werden kann,
weil kein ausreichender Druck vorhanden ist.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Möglichkeit
zu schaffen, dass die Anfahrphase eines Anfahrventils unterbrochen
werden kann, damit der Produktionsbetrieb mit der notwendigen Druckmittelversorgung
ausgestattet werden kann.
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Gelöst
wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 10. Die Unteransprüche
geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Gedankens wieder.
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Da
eine ordnungsgemäße Funktion eines Anfahrventils
nur dann gegeben ist, wenn an der Ventilausgangsseite keine allzu
großen Leckagen vorhanden sind, ist es notwendig, eine
Vorrichtung zu schaffen, die es gestattet, innerhalb der gedämpften Einschaltphase
doch ein direktes Durchschalten des eingangsseitig anstehenden Druckes
auf den Ausgang des Anfahrventils unter teilweisem Abbruch der gedämpften
Einschaltphase zu realisieren. Eine derartige Vorrichtung ist grundsätzlich
notwendig, da in komplexen Pneumatiksystemen die Leckagen in einer
Größenordnung auftreten können, die ein
automatisches Durchhalten des Anfahrventils unmöglich machen.
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Eine
derartige Vorrichtung, die das gedämpfte Einschalten unterbindet,
kann beispielsweise eine Zwangsentlüftung eines Teiles
einer der Eingangsdruckräume des Anfahrventils sein. Derartige
Vorrichtungen können dabei manuell als auch automatisch
betätigt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform kann eine derartige Vorrichtung
im Wesentlichen aus einem innerhalb des Ventilgehäuses
vorhandenen federbelasteten Verschluss bestehen. Durch die Betätigung
eines Knopfes oder dergleichen ist ein direktes Entlüften
des Teiles des vorgenannten Eingangsdruckraumes gegeben, was zwangsläufig
eine Durchschaltung des Eingangsdruckes auf den Ausgang des Anfahrventils
bewirkt.
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So
kann beispielsweise eine handbetätigte Vorrichtung als
Taster oder Kugelhahn oder Ventil oder Schiebersystem oder dergleichen
ausgebildet sein.
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Für
eine automatisch betätigte Vorrichtung bieten sich Schaltventile
oder Magnetschalter an. Bei einer automatisch betätigten
Vorrichtung ist es möglich, die Schnellentlüftung
nicht schlagartig wirken zu lassen sondern es ist auch hier ein
zeitverzögerter Anstieg des Ausgangsdruckes möglich.
Ein solcher zeitverzögerter Anstieg ist aber nur automatisch möglich,
weil die Entlüftung nicht schlagartig erfolgt sondern beispielsweise
Hubweise. Dieses entspricht zwar einem schnellen Durchschalten liegt
aber unterhalb des direkten Durchschaltens.
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Da
für die Platzierung einer derartigen Vorrichtung innerhalb
des Ventilgehäuses des Anfahrventils nur eine Bohrung notwendig
ist, ist es auch möglich diese Vorrichtung entsprechend
zu einem späteren Zeitpunkt nachzurüsten, wenn
die Bohrung bei einer Nichtbenutzung nicht verwendet wird. Durch
eine derartige Zwangsentlüftung des bezeichneten Eingangsdruckraumes
wird durch ein Eingreifen von außerhalb des Anfahrventiles
der Schließkraft eines Kolbens, der als Differentialkolben
ausgebildet ist, weggenommen. Durch eine derartige Zwangsentlüftung
eines Druckraumes innerhalb des Anfahrventils wird ein Ungleichgewicht
erzeugt, das zur Folge hat, dass eine Durchschaltung des Eingangsdruckes
auf den Ausgang unmittelbar gegeben ist.
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Der
verfahrenstechnische Ablauf für ein direktes Durchschalten
eines Eingangsdruckes auf einen Ausgang eines Anfahrventils, dessen
Ausgangsdruck beim Beaufschlagen des Eingangsdruckes verzögert
aufgebaut wird, ist im Falle von großen Leckagen so auszuführen,
dass aufgrund der einstellbaren Drossel innerhalb des Anfahrventils
der Ausgangsdruck am Ausgang des Anfahrventils nach einer vorgegebenen
Zeitrampe steigt. Jedoch durch das Vorhandensein großer
Leckagen wird innerhalb der vorgegebenen Zeit das zu versorgende
Drucksystem nicht mit dem gewünschten Ausgangsdruck beaufschlagt.
In einem solchen Falle kann, um beispielsweise eine nachfolgende
Anlage in Betrieb zu nehmen, eine Zwangsentlüftung an dem
Anfahrventil gezielt vorgenommen werden weil das Anfahrventil das
gewünschte Füllen der Druckleitungen bei Leckagen
verhindert. Eine derartige Zwangsentlüftung kann mit einer
Vorrichtung von Hand oder automatisch erfolgen. Durch eine derartige
Vorgehensweise ist es möglich, dass die Druckmittelanlage
trotz der vorhandenen Leckage mit entsprechendem Druckpotential
versorgt werden kann. Auch aufgrund der Tatsache, dass ja bereits
innerhalb des Druckmittelsystems ein Teildruck sich aufgebaut, der
jedoch nicht aufgrund des Anfahrventils über einen bestimmten
Wert, der von der Leckage abhängig ist, hinaus kommt, ist
es notwendig, den Eingangsdruck quasi auf den Ausgang des Anfahrventils
durchzuschalten. Dieses Durchschalten hat in einem solchem Fall
keine Auswirkungen auf Mensch und Maschine, weil die pneumatischen
Stellglieder aufgrund des zwar geringeren Druckes sich in ihrer
ordnungsgemäßen Ausgangslage ganz oder teilweise
bereits bewegt haben. Dieses bedeutet, dass die Stellglieder nicht
ungebremst in ihrer Ausgangslage gebracht werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen schematisch
dargestellten möglichen Ausführungsbeispiele näher
erläutert.
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Es
zeigt:
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1:
Eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Anfahrventils
mit einem Kolben;
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2:
eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Anfahrventils;
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3:
eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung
für eine Zwangsentlüftung;
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4:
ein Diagramm mit einem Kurvenverlauf eines ordnungsgemäßen
Anfahrens einer Druckmittelversorgung eines Betriebes nach dem Stand der
Technik;
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5:
ein Diagramm mit einer Anfahrmöglichkeit, bei der aufgrund
von vorhandenen Leckagen ein weiterer verzögerter Anstieg
des Ausgangsdruckes realisiert wird;
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6:
eine Diagrammausführung eines durch die Vorrichtung zwangsdurchgeschalteten
Anfahrventils.
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Die 1 zeigt
innerhalb eines Gehäuses 1 eines Anfahrventils 2 einen
verschiebbaren Kolben 4. Da die Funktion derartiger Anfahrventile 2 hinlänglich bekannt
ist, wird hier an dieser Stelle nicht im Einzelnen auf die Funktionsweise
des Anfahrventils 2 eingegangen. Innerhalb des Gehäuses 1 ist
ein Eingang 3 für ein anstehendes Druckmittel
mit einem Eingangsdruck P1 sowie ein Ausgang 5 für
einen, durch das Anfahrventil 2 im Zeitpunkt des Einschaltens
verzögert ansteigenden Ausgangsdruckes P2. Nachdem das
Anfahrventil 2 seine Anfahrrampe zeitlich durchschritten
und durchgeschaltet hat, ist der Eingangsdruck P1 = P2.
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Der
Kolben 4 ist durch eine Druckfeder 6 belastet,
so dass durch den Eingangsdruck P1 eine Füllung eines Eingangsdruckraumes 12 mit
Druckluft durchgeführt wird. Gleichzeitig wird aber auch über eine
einstellbare Drossel, die hier nicht gezeigt ist, ein Druckpotential
in einem Steuerdruckraum 11, der oberhalb des Kolbens 4 sich
befindet, aufgebaut. Dadurch, dass der Eingansdruck P1 auch auf
der anderen Seite des Kolbens 4 gegen eine jedoch kleinere Wirkfläche
ansteht, wird verzögert der Kolben 4 gegen den
Druck der Druckfeder 6 so verschoben, dass mit einer Zeitverzögerung
ein gedämpftes Durchschalten (siehe 5) des Eingangsdruckes
P1 auf den Ausgang 5 als Druck P2 vorgenommen wird.
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Um
ein Durchschalten des Anfahrventils 2 in einer Situation
zu bewirken, in der der Aufbau des Ausgangsdruckes P2 nicht im zeitlichen
Rahmen liegt, ist innerhalb eines Stopfens 14 in Verbindung mit
einer Bohrung 8 eine Vorrichtung 7 integriert
worden. Die Vorrichtung 7 hat die Aufgabe, den nicht ausreichenden
Druck P2 gegenüber P1 zu erhöhen und zwar im Zuge
einer Zwangsentlüftung des Eingangsdruckraumes 12.
Durch die Zwangsentlüftung entsteht ein Ungleichgewicht
an dem Kolben 4, so dass aufgrund des in dem Steuerdruckraum 11 anstehenden
Druckes der Kolben 4 eine Durchschaltung des Druckes P1
auf den Ausgang 5 über den Ausgangsdruckraum 13 unmittelbar
realisiert.
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In
der 2 ist ein Anfahrventil 9 einer weiteren
bevorzugten Bauart dargestellt. Auch hier soll auf die bekannte
Funktion des Anfahrventils 9 nicht im Einzelnen eingegangen
werden, da diese hinreichend bekannt sind. Der Kolben 4 ist
bei diesem handelsüblichen Anfahrventil 9 mit
einer Dichtung 10 versehen worden, so dass der darunter
befindliche Eingangsdruckraum 12 ein entsprechendes Gegendruckpolster
gegenüber einem nicht näher bezeichneten Steuerdruckraum
aufbaut. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist innerhalb
des Ventilgehäuses 1 eine Bohrung 8 eingebracht
worden, in die eine Vorrichtung 7 zur Zwangsentlüftung
während der Befüllphase und damit des Druckaufbaus
des pneumatischen Systems möglich ist.
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Eine
mögliche Ausführung der Vorrichtung 7 kann
in der 3, als so genannter Taster 20, entnommen
werden. Dabei weist der Taster 20 eine Betätigungsfläche 15 auf,
die mit einem Stößel 17 ausgestattet
ist. Inner halb des Gehäuses 1 ist ein Verschlussteil 19,
das eine Dichtung 18 beinhaltet so platziert, dass durch
die Bohrung 8 der Stößel 17 hindurchtaucht.
Außerhalb des Ventilgehäuses 1 ist der Stößel 17 durch
eine Rückholfeder 16 belastet. Wird nun der Taster 20 Druck
beaufschlagt, sei es von Hand oder automatisch, so würde
zwangsläufig ein Druckabbau innerhalb des Eingangsdruckraumes 12 geschehen.
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In
der 4 wird in einer schematischen Darstellung die
Funktionsweise eines Anfahrventils nach dem Stand der Technik als
Diagramm wiedergegeben. Dabei steigt der Druck über einen
einstellbaren Zeitraum auf ca. 50% seines Ausgangsdruckes an und
wird nach der entsprechend vorbenannten Zeit schlagartig durchgeschaltet,
so dass der Eingangsdruck P1 gleich dem Ausgangsdruck P2 an dem
Anfahrventil 2, 9 vorliegt.
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In
der 5 wird aufgrund des Vorhandenseins der Vorrichtung 7 für
eine Zwangsentlüftung während der Befüllphase
des Systems zu einem Zeitpunkt, an dem sich ein weiterer Druckaufbau nicht
mehr realisieren lässt, weil entsprechende Leckagen innerhalb
des Drucksystems vorhanden sind, eine Zwangsentlüftung
durchgeführt, die nicht schlagartig sondern auch hier etwas
zeitverzögert abläuft.
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Bei
dem Diagramm der 6 ist die Auswirkung einer Zwangsentlüftung
während der Befüllphase wiedergegeben worden.
Erst nachdem das Drucksystem bis zu einem entsprechenden Druckschwellwert
oder einem Zeitfenster des gewünschten Arbeitsdruckes P2
ordnungsgemäß über ein nicht dargestelltes
Drosselglied gefüllt wurde, schaltet die Vorrichtung 7 den
vollen Druckmittelquerschnitt so durch, dass schlagartig der Ausgangdruck
P2 an dem Druckmittelsystem anliegt.
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Durch
die Vorrichtung 7 ist es möglich, ganz gezielt
beim Vorhandensein von Leckagen den Einschaltpunkt für
den vollen Druckmittelquerschnitt auf der ansteigenden Kurve festzulegen.
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Aufgrund
der Tatsache, dass es sich bei der Vorrichtung 7 um eine
einfache Ausführung handelt, ist ein derartiges Anfahrventil 2, 9 beim
Vorhandensein einer entsprechenden Bohrung 8 leicht mit der
Vorrichtung 7 nachrüstbar.
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- 1
- Ventilgehäuse
- 2
- Anfahrventil
- 3
- Eingang
- 4
- Kolben
- 5
- Ausgang
- 6
- Druckfeder
- 7
- Vorrichtung
- 8
- Bohrung
- 9
- Anfahrventil
- 10
- Dichtung
- 11
- Steuerdruckraum
- 12
- Eingangsdruckraum
- 13
- Ausgangsdruckraum
- 14
- Stopfen
- 15
- Betätigungsfläche
- 16
- Rückholfeder
- 17
- Stößel
- 18
- Dichtung
- 19
- Verschlussteil
- 20
- Taster
- p1
- Eingangsdruck
- p2
- Ausgangsdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0758063
B1 [0003]
- - DE 1283627 [0004]