DE102011017163A1

DE102011017163A1 - Method and apparatus for actuating a fluid operated actuator

Info

Publication number: DE102011017163A1
Application number: DE201110017163
Authority: DE
Inventors: Frank Schweers; Franz Hirschmann; Wolfgang Sedlacek
Original assignee: Norgren GmbH
Current assignee: Norgren GmbH
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-02-09
Also published as: BRPI1101757A2

Abstract

Bereitgestellt wird ein Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb. Das Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb weist einen fluidbetriebenen Stellantrieb (101) und ein Eingangsventil (120) auf. Das Eingangsventil (120) verfügt über einen ersten Fluidanschluss (123a), der vorgesehen bzw. ausgebildet ist, ein druckbeaufschlagtes Fluid aufzunehmen, und einen zweiten Fluidanschluss (123b), wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss (123a). Zudem verfügt das Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb über ein Steuerventil (130) mit einem ersten Fluidanschluss (131a) in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss (123b) des Eingangsventils (120) und einem zweiten Fluidanschluss (131b), wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss (131a). Vorgesehen ist ein Dosiersystem (140). Das Dosiersystem (140) verfügt über eine erste Fluidkammer (140a) in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss (131b) des Steuerventils (130) und eine zweite Fluidkammer (140b) in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss (123b) des Eingangsventils (120). Das Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb weist ferner ein Wegeventil (107) auf. Das Wegeventil (107) verfügt über einen ersten Fluidanschluss (108a) in Fluidverbindung mit der ersten Fluidkammer (140a) des Dosiersystems (140) und einen zweiten Fluidanschluss (108b) in Fluidverbindung mit dem fluidbetriebenen Stellantrieb (101) und wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss (108a).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft fluidbetriebene Stellantriebe und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betätigen eines fluidbetriebenen Stellantriebs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fluidbetriebene Stellantriebe haben sich als überaus erfolgreich erwiesen, was teilweise auf ihre vielfältigen geeigneten Anwendungen zurückzuführen ist. Fluidbetriebene Stellantriebe wandeln einen Fluiddruck in mechanische Bewegung, die auf ein Werkstück ausgeübt wird, mit Hilfe eines Stellantriebs um, der normalerweise aus einem Kolben in einem Zylinder besteht. Obwohl es verschiedene geeignete Fluide gibt, die zum Einsatz kommen können, weist das auf den Stellantrieb angewendete Fluid allgemein z. B. pneumatisches oder hydraulisches Fluid auf. Allgemein werden pneumatisch betriebene Stellantriebe dort eingesetzt, wo die Komprimierbarkeit von Luft gewünscht ist oder um viel höhere Durchflussgeschwindigkeiten und somit schnellere Ansprechzeiten zu erhalten, während hydraulisch betriebene Stellantriebe allgemein genutzt werden, wenn hohe Betätigungskräfte erforderlich sind. Beide Fluide haben Vorteile, und in einigen Situationen kann entweder pneumatisches oder hydraulisches Fluid verwendet werden.
Gewöhnlich wird die Position des fluidbetriebenen Stellantriebs mit einer Gruppe von Geräten gesteuert, die in der Technik als ”Steller” (Stellzylinder) bzw. ”Positioner” bezeichnet werden. Die Positioner sind so gestaltet, dass sie die Position des fluidbetriebenen Stellantriebs als Reaktion auf eine Benutzer-/Bedienereingabe oder eine Änderung der Umgebungsbedingungen steuern, z. B. eine Änderung der auf den Stellantrieb wirkenden Last. Zu existierenden Produkten, die man gewöhnlich auf dem Markt vorfindet, zählen Positioner mit einem breiten Spektrum an Ausgereiftheit und Komplexität, das von Positionern, die einfache mechanische Rückkopplungsmechanismen verwenden, um die Position des Stellantriebs zu steuern, bis hin zu komplexeren Positionern reicht, die eine Kombination aus Mechanik-, Elektronik- und Softwaretechnologien beinhalten, um für höheres Steuervermögen zu sorgen.
Unter gewissen Umständen kann erwünscht sein, den fluidbetriebenen Stellantrieb in spezifische Positionen zu betätigen bzw. zu steuern, die zwischen der voll ausgefahrenen und voll eingefahrenen Position liegen. Ferner kann erwünscht sein, den fluidbetriebenen Stellantrieb mehr als einmal zu betätigen, wobei jede Betätigung etwa den gleichen Hubverstellweg aufweist. Unter einigen Umständen wirken mehrere fluidbetriebene Stellantriebe gemeinsam auf ein einzelnes Werkstück. Ein Beispiel dafür findet sich bei der Produktion von Kohle- oder Eisenerzpellets, die aus einem Pulver geformt werden. Das Pulver wird zwischen zwei beweglichen Komponenten platziert und durch Rotation und Wasser oder andere Fluide mit mehreren auf die beweglichen Komponenten wirkenden fluidbetriebenen Stellantrieben zu Pellets geformt. Die fluidbetriebenen Stellantriebe fahren gemeinsam bzw. in gleicher Weise aus, um das Pulver zwischen den beiden Komponenten zu komprimieren. Normalerweise sind die fluidbetriebenen Stellantriebe um einen Umfang der beweglichen Komponenten im Wesentlichen in regelmäßigen Abständen angeordnet. Fahren die fluidbetriebenen Stellantriebe nicht über die gleiche Strecke aus, wird deutlich, dass die beiden Komponenten relativ zueinander gekippt werden und den Betrieb blockieren oder anderweitig stoppen können. Daher ist wichtig, dass in jedem Ein- und/oder Ausfahrschritt der fluidbetriebenen Stellantriebe die Bewegung im Wesentlichen gleich ist.
Um einen solchen Betrieb durchzuführen, weist der Positioner allgemein das komplexe System auf, das Elektronik- und Softwaretechnologien beinhaltet. Zur Elektronik können Positionssensoren u. ä. gehören. Einfach ein Druckzufuhrventil eine spezifische Zeit lang zu öffnen kann zu Fehlern und ungenauer Bewegung des Stellantriebs führen, die nicht wiederholbar ist. Zudem sind die Zeitgebermechanismen, die zur Durchführung einer so genauen Stellantriebsbewegung erforderlich sind, oft teuer und für eine spezifische Anwendung möglicherweise ungeeignet. In einem bestimmten Stellantrieb kann auch erwünscht sein, den Stellantrieb so zu steuern, dass er voll aus- und/oder einfährt. Während der Steuerung des Stellantriebs auf diese Weise ist die für die schrittweise Bewegung des Stellantriebs notwendige genaue Steuerung nicht erforderlich. Bei diesem Betrieb ist das teure Elektroniksteuersystem somit nutzlos.
Die Erfindung überwindet die Probleme im Zusammenhang mit teuren Elektroniksteuersystemen. Die Erfindung vermag, einen fluidbetriebenen Stellantrieb mit kontinuierlichen und schrittweisen Bewegungen zu steuern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Steuersystem für einen fluidbetriebenen Stellantrieb bereitgestellt. Das Steuersystem für einen fluidbetriebenen Stellantrieb verfügt über einen fluidbetriebenen Stellantrieb und ein Eingangsventil mit einem ersten Fluidanschluss, der ausgebildet bzw. vorgesehen ist, um ein druckbeaufschlagtes Fluid aufzunehmen, und einem zweiten Fluidanschluss, der selektiv bzw. wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verfügt das Steuersystem für einen fluidbetriebenen Stellantrieb zudem über ein Steuerventil mit einem ersten Fluidanschluss in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss des Eingangsventils und einem zweiten Fluidanschluss, der selektiv bzw. wahlweise in Fluidverbindung dem ersten Fluidanschluss ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Steuersystem für einen fluidbetriebenen Stellantrieb ferner ein Dosiersystem auf. Das Dosiersystem verfügt über eine erste Fluidkammer in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss des Steuerventils und eine zweite Fluidkammer in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss des Eingangsventils. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Steuersystem für einen fluidbetriebenen Stellantrieb ferner ein Wegeventil mit einem ersten Fluidanschluss in Fluidverbindung mit der ersten Fluidkammer des Dosiersystems auf. Das Wegeventil weist zudem einen zweiten Fluidanschluss in Fluidverbindung mit dem fluidbetriebenen Stellantrieb und wahlweise bzw. selektiv in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Betätigen eines fluidbetriebenen Stellantriebs mit Hilfe eines Steuersystems für einen fluidbetriebenen Stellantrieb bereitgestellt. Das Steuersystem für einen fluidbetriebenen Stellantrieb verfügt über ein Eingangsventil, das ausgebildet bzw. vorgesehen ist, um eine druckbeaufschlagte Fluidzufuhr aufzunehmen, ein Steuerventil in Fluidverbindung mit dem Singangsventil, ein Dosiersystem in Fluidverbindung mit dem Eingangsventil und dem Steuerventil sowie ein Wegeventil in Fluidverbindung mit dem Dosiersystem und dem fluidbetriebenen Stellantrieb. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren einen Schritt des Betätigens des Eingangsventils in eine erste Betätigungsposition auf, um druckbeaufschlagtes Fluid einer zweiten Fluidkammer des Dosiersystems und einem ersten Anschluss des Steuerventils zuzuführen. Zudem weist das Verfahren einen Schritt des Betätigens des Steuerventils in eine erste Betätigungsposition auf, um das Druckfluid vorn ersten Fluidanschluss des Steuerventils einer ersten Fluidkammer des Dosiersystems zuzuführen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner Schritte des Befüllens der ersten Fluidkammer des Dosiersystems mit einer vorbestimmten Menge druckbeaufschlagten Fluids und des Gegenbetätigens (Deaktivierens) des Steuerventils auf. Ferner weist das Verfahren einen Schritt des Betätigens des Wegeventils in eine erste Betätigungsposition auf, um die vorbestimmte Menge druckbeaufschlagten Fluids aus der ersten Fluidkammer des Dosiersystems einer ersten Fluidkammer des fluidbetriebenen Stellantriebs zuzuführen, wodurch der fluidbetriebene Stellantrieb in einer ersten Richtung in eine erste Betätigungsposition betätigt wird.
ASPEKTE
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Steuersystem für einen fluidbetriebenen Stellantrieb auf:
einen fluidbetriebenen Stellantrieb;
ein Eingangsventil mit einem ersten Fluidanschluss, der ausgebildet bzw. vorgesehen ist, um ein druckbeaufschlagtes Fluid aufzunehmen, und einem zweiten Fluidanschluss, wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss;
ein Steuerventil mit einem ersten Fluidanschluss in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss des Eingangsventils und einem zweiten Fluidanschluss, wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss;
ein Dosiersystem mit einer ersten Fluidkammer in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss des Steuerventils und einer zweiten Fluidkammer in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss des Eingangsventils; und
ein Wegeventil mit einem ersten Fluidanschluss in Fluidverbindung mit der ersten Fluidkammer des Dosiersystems und einem zweiten Fluidanschluss in Fluidverbindung mit dem fluidbetriebenen Stellantrieb und wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss.
Vorzugsweise weist der fluidbetriebene Stellantrieb auf: ein Gehäuse;
einen Kolben, der im Gehäuse beweglich ist und das Gehäuse in eine erste Fluidkammer und eine zweite Fluidkammer trennt; und
eine Kolbenstange, die mit dem Kolben gekoppelt ist und sich aus dem Gehäuse erstreckt.
Vorzugsweise steht der zweite Fluidanschluss in Fluidverbindung mit dem fluidbetriebenen Stellantrieb mit der ersten Kammer des fluidbetriebenen Stellantriebs in Fluidverbindung.
Vorzugsweise weist das Wegeventil ferner einen dritten Fluidanschluss in Fluidverbindung mit der zweiten Fluidkammer des fluidbetriebenen Stellantriebs und wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss auf.
Vorzugsweise weist das Wegeventil ferner einen vierten Fluidanschluss in Fluidverbindung mit einer Ablassfluidleitung und wahlweise in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss und dem dritten Fluidanschluss auf.
Vorzugsweise weist das Dosiersystem ferner einen fluiddichten Kolben, der die erste Fluidkammer und die zweite Fluidkammer trennt, und ein Vorspannteil auf, das in der ersten Fluidkammer positioniert ist und eine Vorspannkraft auf den Kolben bereitstellt.
Vorzugsweise weist das Dosiersystem ferner ein einstellbares Teil auf, das vorgesehen bzw. ausgebildet ist, ein Fluidvolumen der ersten Fluidkammer des Dosiersystems einzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Betätigen eines fluidbetriebenen Stellantriebs mit Hilfe eines Steuersystems für einen fluidbetriebenen Stellantrieb mit einem Eingangsventil, das vorgesehen bzw. ausgebildet ist, um eine druckbeaufschlagte Fluidzufuhr aufzunehmen, einem Steuerventil in Fluidverbindung mit dem Eingangsventil, einem Dosiersystem in Fluidverbindung mit dem Eingangsventil und dem Steuerventil sowie einem Wegeventil in Fluidverbindung mit dem Dosiersystem und dem fluidbetriebenen Stellantrieb Schritte wie folgt auf:
Betätigen des Eingangsventils in eine erste Betätigungsposition, um druckbeaufschlagtes Fluid einer zweiten Fluidkammer des Dosiersystems und einem ersten Anschluss des Steuerventils zuzuführen;
Betätigen des Steuerventils in eine erste Betätigungsposition, um das druckbeaufschlagte Fluid vom ersten Fluidanschluss des Steuerventils einer ersten Fluidkammer des Dosiersystems zuzuführen;
Befüllen der ersten Fluidkammer des Dosiersystems mit einer vorbestimmten Menge druckbeaufschlagten Fluids;

Gegenbetätigen des Steuerventils; und
Betätigen des Wegeventils in eine erste Betätigungsposition, um die vorbestimmte Menge druckbeaufschlagten Fluids aus der ersten Fluidkammer des Dosiersystems einer ersten Fluidkammer des fluidbetriebenen Stellantriebs zuzuführen, wodurch der fluidbetriebene Stellantrieb in einer ersten Richtung in eine erste Betätigungsposition betätigt wird.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner Schritte wie folgt auf:
Gegenbetätigen des Wegeventils;
Betätigen des Steuerventils in die erste Betätigungsposition, um die erste Fluidkammer des Dosiersystems mit der vorbestimmten Menge druckbeaufschlagten Fluids zu befüllen;
Gegenbetätigen des Steuerventils; und
Betätigen des Wegeventils in eine zweite Betätigungsposition, um die vorbestimmte Menge druckbeaufschlagten Fluids aus der ersten Fluidkammer des Dosiersystems einer zweiten Fluidkammer des fluidbetriebenen Stellantriebs zuzuführen, wodurch der fluidbetriebene Stellantrieb in einer zweiten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung betätigt wird.
Vorzugsweise weist der Schritt des Betätigens des Wegeventils in die erste Betätigungsposition ferner auf: Ablassen einer zweiten Fluidkammer des fluidbetriebenen Stellantriebs.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner einen Schritt des Einstellens eines Einstellteils des Dosiersystems auf, um eine durch ein Vorspannteil bereitgestellte Vorspannkraft einzustellen, wodurch die vorbestimmte Druckfluidmenge eingestellt wird.
Vorzugsweise weist der Schritt des Befüllens des Dosiersystems Schritte wie folgt auf:
Vorspannen eines Kolbens im Dosiersystem mit einem Vorspannteil in einer ersten Richtung;
Druckbeaufschlagen einer zweiten Fluidkammer des Dosiersystems mit druckbeaufschlagtem Fluid vom Eingangsventil, um den Kolben in einer zweiten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung vorzuspannen; und
Druckbeaufschlagen einer ersten Fluidkammer des Dosiersystems mit druckbeaufschlagtem Fluid vom Steuerventil, um eine zweite Vorspannkraft auf den Kolben in der ersten Richtung bereitzustellen, bis die Vorspannkraft vom Vorspannteil plus die Vorspannkraft vom Druck in der ersten Fluidkammer im Wesentlichen gleich der Vorspannkraft vom Druck in der zweiten Fluidkammer ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung des Steuersystems für einen fluidbetriebenen Stellantrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Steuersystems für einen fluidbetriebenen Stellantrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 und 2 und die folgende Beschreibung stellen spezifische Beispiele dar, um den Fachmann darin zu unterweisen, wie die Erfindung am besten umzusetzen und zu nutzen ist. Zum Lehren von Erfindungsgrundsätzen wurden einige herkömmliche Aspekte vereinfacht oder weggelassen. Der Fachmann wird Varianten dieser Beispiele erkennen, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Dem Fachmann wird deutlich sein, dass die nachstehend beschriebenen Merkmale verschiedenartig kombiniert werden können, um mehrere Varianten der Erfindung zu bilden. Somit ist die Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Beispiele, sondern nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente beschränkt.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuersystems 100 für einen fluidbetriebenen Stellantrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das nachstehend einfach als Steuersystem 100 bezeichnet wird. Das Steuersystem 100 weist einen fluidbetriebenen Stellantrieb 101 auf, der über ein Gehäuse 102, einen im Gehäuse 102 beweglichen Kolben 103 und eine Kolbenstange 104 verfügt, die mit dem Kolben 103 gekoppelt ist und sich aus dem Gehäuse 102 erstreckt. Der fluidbetriebene Stellantrieb 101 kann mit Hilfe jedes geeigneten Fluids betätigt werden, darunter z. B., aber nicht ausschließlich, Luft, Inertgase, Hydrauliköl usw. Das spezielle verwendete Fluid kann von einer Anwendung zur anderen variieren und sollte daher den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Der Kolben 103 trennt das Gehäuse 102 in eine erste Fluidkammer 105 und eine zweite Fluidkammer 106. Das Gehäuse 102 kann einen in der ersten Kammer 105 gebildeten ersten Anschluss 105a und einen in der zweiten Kammer 106 gebildeten zweiten Anschluss 106a aufweisen. Der erste und zweite Anschluss 105a, 106a können so vorgesehen bzw. ausgebildet sein, dass sie ein druckbeaufschlagtes Fluid zwischen der ersten und zweiten Kammer 105, 106 und Fluidleitungen 113 bzw. 114 kommunizieren lassen. Die Kolbenstange 104 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101 kann mit einem Werkstück (nicht gezeigt) oder einer anderen Vorrichtung wie in der Technik allgemein bekannt gekoppelt sein. Daher kann der fluidbetriebene Stellantrieb 101 vorteilhaft einen Druck in mechanische Bewegung umwandeln, die auf das Werkstück wie in der Technik allgemein bekannt ausgeübt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Steuersystem 100 auch ein Wegeventil 107 auf. In der dargestellten Ausführungsform weist das Wegeventil 107 ein 4/3-Ventil (4 Anschlüsse, 3 Positionen) auf; gleichwohl sind andere Ventilkonfigurationen möglich. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steht ein erster Anschluss 108a des Wegeventils 107 in Fluidverbindung mit einer Druckfluidleitung 109, die später näher diskutiert wird. Ein zweiter Anschluss 108b steht in Fluidverbindung mit der ersten Fluidkammer 105 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steht ein dritter Anschluss 108c in Fluidverbindung mit der zweiten Kammer 105 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101, und ein vierter Anschluss 108d kann mit einer Ablassfluidleitung 110 in Fluidverbindung stehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Wageventil 107 in eine Standardposition vorgespannt werden, d. h. eine Gegenbetätigungs-(deaktivierte)Position. In der dargestellten Ausführungsform sperrt die Standardposition im Wesentlichen die Fluidanschlüsse 108a–108d voneinander ab. Während die Standardposition in Übereinstimmung mit vielfältigen Verfahren erreicht werden kann, wird in der dargestellten Ausführungsform das Wegeventil 107 mit Hilfe von Vorspannteilen 111a, 111b in die Standardposition vorgespannt. Das Wegeventil 107 kann auch in eine oder mehrere Betätigungspositionen betätigt werden. In der dargestellten Ausführungsform kann des Wegeventil 107 in eine erste Betätigungsposition betätigt werden, indem eine erste Magnetspule 112a erregt wird. Gleichermaßen kann das Wegeventil 107 in eine zweite Betätigungsposition betätigt werden, indem eine zweite Magnetspule 112b erregt wird. Deutlich sollte sein, dass des Wegeventil 107 zwar beschreibungsgemäß mit Hilfe von Magnetspulen betätigt wird, das Ventil 107 aber auch mit Hilfe anderer Verfahren betätigt werden kann, beispielsweise etwa druckbeaufschlagtes Fluid von einem Vorsteuerventil (nicht gezeigt).
Wird gemäß 1 das Wegeventil 107 in eine erste Betätigungsposition betätigt, so wird der erste Fluidanschluss 108a mit dem zweiten Fluidanschluss 108b fluidgekoppelt, während der dritte Fluidanschluss 108c mit dem vierten Fluidanschluss 108d fluidgekoppelt wird. Folglich kann druckbeaufschlagtes Fluid aus der druckbeaufschlagten Fluidleitung 109 zur Fluidleitung 113 in Fluidverbindung mit der ersten Kammer 105 abgegeben werden. Zusätzlich kann die zweite Kammer 106 über die Fluidleitung 114, den dritten Anschluss 108c, den vierten Anschluss 108d und die Fluidleitung 110 abgelassen werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird daher, wenn das Wegeventil 107 in die erste Betätigungsposition betätigt wird, der Kolben 103 und damit die Kolbenstange 104 in einer ersten Richtung vorgespannt, und die Kolbenstange 104 fährt aus dem Gehäuse 102 weiter aus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Wegeventil 107 auch in die zweite Betätigungsposition betätigt werden. Wird das Wegeventil 107 in die zweite Betätigungsposition betätigt, so wird der erste Fluidanschluss 108a mit dem dritten Fluidanschluss 108c fluidgekoppelt, während der zweite Fluidanschluss 108b mit dem vierten Fluidanschluss 108d fluidgekoppelt wird. Dadurch kann Fluid in der Druckfluidleitung 109 der zweiten Kammer 106 zugeführt werden, während die erste Kammer 105 abgelassen wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verfügt das Steuersystem 100 auch über ein Eingangsventil 120. In der dargestellten Ausführungsform weist das Eingangsventil 120 ein 3/2-Ventil auf; allerdings sind andere Konfigurationen mit Sicherheit möglich. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Eingangsventil 120 eine druckbeaufschlagte Fluidzufuhr von einer Quelle druckbeaufschlagten Fluids 121 zum Rest des Steuersystems 100 steuern. Die Quelle druckbeaufschlagten Fluids 121 kann mit dem Eingangsventil 120 über eine Fluidleitung 122 kommunizieren. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Fluidleitung 122 mit einem ersten Fluidanschluss 123a gekoppelt. Darstellungsgemäß weist das Eingangsventil 120 auch einen zweiten Fluidanschluss 123b und einen dritten Fluidanschluss 123c auf. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Eingangsventil 120 durch ein Vorspannteil 124 in eine Gegenbetätigungsposition vorgespannt. In der Gegenbetätigungsposition ist der erste Fluidanschluss 123a abgesperrt, während der zweite Fluidanschluss 123b mit dem dritten Fluidanschluss 123c fluidgekoppelt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Eingangsventil 120 durch Erregen einer Magnetspule 125 in eine erste Betätigungsposition vorgespannt werden. Deutlich sollte sein, dass die Magnetspule 125 durch einen Vorsteuerdruckeingang oder jede andere Art von Ventilbetätigung ersetzt werden kann, die gewünscht ist. In der ersten Betätigungsposition ist der erste Fluidanschluss 123a mit dem zweiten Fluidanschluss 123b fluidgekoppelt, während der dritte Fluidanschluss 123c vorn ersten und zweiten Fluidanschluss 123a, 123b abgesperrt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verfügt das Steuersystem 100 ferner über ein Steuerventil 130. Das Steuerventil 130 gemäß 1 weist ein 2/2-Ventil auf; allerdings sind andere Ventilkonfigurationen möglich. Das Steuerventil 130 verfügt über einen ersten Fluidanschluss 131a und einen zweiten Fluidanschluss 131b. Darstellungsgemäß steht der erste Fluidanschluss 131a in Fluidverbindung mit dem Eingangsventil 120 über eine Fluidleitung 127. Darstellungsgemäß steht der zweite Fluidanschluss 131b in Fluidverbindung mit dem Wegeventil 107 über die Fluidleitung 109. In der dargestellten Ausführungsform wird das Steuerventil 130 durch ein Vorspannteil 132 in eine Gegenbetätigungsposition vorgespannt. In der Gegenbetätigungsposition sind der erste und zweite Fluidanschluss 131a, 131b voneinander abgesperrt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Steuerventil 130 in eine erste Betätigungsposition betätigt werden. In der dargestellten Ausführungsform kann das Steuerventil 130 durch Erregen einer Magnetspule 133 in die erste Betätigungsposition betätigt werden; gleichwohl können andere Verfahren zum Einsatz kommen, um das Steuerventil 130 in die erste Position zu betätigen, was allgemein bekannt ist. In der ersten Betätigungsposition ist der erste Fluidanschluss 131a mit dem zweiten Fluidanschluss 131b so fluidgekoppelt, dass druckbeaufschlagtes Fluid in der Fluidleitung 127 mit der Fluidleitung 109 kommunizieren kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann Druckfluid in der Fluidleitung 109 zum Wegeventil 107 und zu einem Dosiersystem 140 geleitet werden. Das Druckfluid kann zum Dosiersystem 140 über eine Fluidleitung 135 geleitet werden, die mit der Fluidleitung 109, dem Steuerventil 130 und dem Wegeventil 107 gekoppelt ist und in Fluidverbindung steht. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Dosiersystem 140 ein Gehäuse 141, einen fluiddichten Kolben 142 und ein Vorspannteil 143 auf. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trennt der Kolben 142 das Dosiersystem 140 in eine erste Fluidkammer 140a und eine zweite Fluidkammer 140b und bildet eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung mit dem Gehäuse 141. Das Dosiersystem 140 kann auch ein Einstellteil 144 aufweisen. Das Einstellteil 144 kann vorgesehen sein, um ein verfügbares Fluidvolumen der ersten Fluidkammer 140a einzustellen. Daher kann das Einstellteil 144 die Menge druckbeaufschlagten Fluids steuern, die dem fluidbetriebenen Stellantrieb 101 zugeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung tritt das Druckfluid in das Dosiersystem 140 und insbesondere die erste Fluidkammer 140a aus der Fluidleitung 135 durch einen Fluidanschluss 145 ein, der im Gehäuse 141 gebildet ist. Das in die erste Fluidkammer 140a durch den Fluidanschluss 145 eintretende Fluid wirkt auf den Kolben 142, um den Kolben 142 in einer ersten Richtung vorzuspannen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt das Vorspannteil 143 in der ersten Fluidkammer 140a und spannt daher den Kolben 142 in der ersten Richtung vor. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Vorspannteil 143 eine Neutralposition in einer gewünschten Kolbenposition auf. Während in einigen Kolbenpositionen das Vorspannteil 143 eine Vorspannkraft auf den Kolben 142 zusätzlich zu der Kraft bereitstellt, die durch das druckbeaufschlagte Fluid in der ersten Fluidkammer 140a erzeugt wird, erreicht daher das Vorspannteil 143 eine Neutralposition, so dass der Druck in der ersten Fluidkammer 140a im Wesentlichen gleich dem druckbeaufschlagten Fluid in der Leitung 127 ist, das in die zweite Fluidkammer 140b durch einen zweiten Anschluss 146 über eine Fluidleitung 147 eintritt. Die Fluidleitung 147 ist mit der Fluidleitung 127 gekoppelt und steht damit in Fluidverbindung. Daher kann in einigen Ausführungsformen das Vorspannteil 143 nur vorgesehen sein, um den Kolben 142 bei Fehlen von druckbeaufschlagtem Fluid im Dosiersystem 140 in eine vorbestimmte Position zurückzuführen.
Im Gebrauch kann das Steuersystem 100 genutzt werden, den fluidbetriebenen Stellantrieb 101 in eine oder mehrere vorbestimmte Positionen zu betätigen. Die vorbestimmten Positionen können Positionen aufweisen, die beispielsweise zwischen voll eingefahren und voll ausgefahren liegen. Ferner kann das Steuersystem 100 genutzt werden, den fluidbetriebenen Stellantrieb 101 einmal oder mehrmals schrittweise zu betätigen, wobei jede schrittweise Betätigung den Kolben 103 im Wesentlichen den gleichen vorbestimmten Betrag bewegt. Beispielsweise kann beim Ausfahren des Kolbens 103 und der Kolbenstange 104 jede Betätigung den Kolben 103 und die Kolbenstange 104 etwa 10 mm (0,04 Inch) ausfahren. Deutlich sollte sein, dass diese Länge lediglich als Beispiel dient und keineswegs den Schutzumfang der Erfindung einschränken sollte.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Betrieb des Steuersystems 100 für einen fluidbetriebenen Stellantrieb damit beginnen, dass sich der Kolben 103 und die Kolbenstange 104 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101 in einer ersten eingefahrenen Position befinden. Mit dem Kolben 103 in der ersten Position kann sich das Wegeventil 107 in der Gegenbetätigungsposition befinden, in der druckbeaufschlagtes Fluid im Wesentlichen daran gehindert wird, in die erste und zweite Kammer 105, 106 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101 einzutreten oder daraus auszutreten. Ferner kann sich das Steuerventil 130 in der Gegenbetätigungsposition befinden, wobei der erste und zweite Anschluss 131a, 131b im Wesentlichen voneinander abgesperrt sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Eingangsventil 120 in die erste Betätigungsposition betätigt werden. Dadurch kann der erste Fluidanschluss 123a in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss 123b gebracht werden. Folglich kann druckbeaufschlagtes Fluid von der Quelle druckbeaufschlagten Fluids 121 der Fluidleitung 127 zugeführt werden. Druckbeaufschlagtes Fluid in der Fluidleitung 127 kann der zweiten Fluidkammer 140b wie zuvor diskutiert zugeführt werden. Das druckbeaufschlagte Fluid in der zweiten Fluidkammer 140b wirkt auf den Kolben 142 und spannt den Kolben 142 in der zweiten Richtung vor. Die zweite Richtung weist gemäß 1 nach oben. Sobald der Druck in der zweiten Fluidkammer 140b einen Schwellendruck erreicht, kann die auf den Kolben 142 wirkende Kraft des Druckfluids die Vorspannkraft vom Vorspannteil 143 überwinden, und der Kolben 142 wird beginnen, sich in der zweiten Richtung zu bewegen. Beaufschlagt druckbeaufschlagtes Fluid von der druckbeaufschlagten Fluidzufuhr 121 die zweite Fluidkammer 140b mit Druck, wird der Kolben 142 in eine vorbestimmte Position nach oben bewegt. Die vorbestimmte Position kann in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck, der dem Dosiersystem 140 von der Fluidzufuhr 121 zugeführt wird, sowie von der Vorspannkraft variieren, für die das Vorspannteil 143 sorgt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann bei Verbleib des Eingangsventils 120 in der ersten Betätigungsposition das Steuerventil 130 in die erste Betätigungsposition betätigt werden. Wie zuvor diskutiert, ist in der ersten Betätigungsposition der erste Fluidanschluss 131a in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss 131b gebracht. Daher kann druckbeaufschlagtes Fluid in der Fluidleitung 127 der Fluidleitung 109 zugeführt werden. Befindet sich das Wegeventil 107 in der Gegenbetätigungsposition, wird im Wesentlichen das gesamte druckbeaufschlagte Fluid, das der Fluidleitung 109 zugeführt wird, zur ersten Fluidkammer 140a des Dosiersystems 140 abgegeben, um das Dosiersystem 140 zu ”befüllen” bzw. zu ”laden”. Druckbeaufschlagtes Fluid tritt in die erste Fluidkammer 140a aus der Fluidleitung 135 über den Fluidanschluss 145 ein. Wenn Fluid in die erste Fluidkammer 140a aus der Fluidleitung 135 eintritt, steigt der Druck in der ersten Fluidkammer 140a, der auf den Kolben 142 wirkt. Bei einem Schwellendruck steigt der Druck in der ersten Fluidkammer 140a in Kombination mit der Vorspannkraft des Vorspannteils 143 auf einen Wert, der den Druck in der zweiten Fluidkammer 140b überwinden kann. Anders gesagt erzeugt die Konfiguration des Dosiersystems einen solchen Kraftausgleich, dass bei stationärem Kolben 142 P_140b = P_140a + F₁₄₃ gilt, wobei P_140b der Druck in der zweiten Fluidkammer 140b, P_140a der Druck in der ersten Fluidkammer 140a und F₁₄₃ die auf den Kolben 142 wirkende Kraft des Vorspannteils 143 ist. Ein weiterer Druckanstieg in der ersten Fluidkammer 140a bewegt den Kolben 142 in der ersten Richtung, bis das Vorspannteil 143 die Neutralposition erreicht. An diesem Punkt ist der Druck in der ersten Fluidkammer 140a im Wesentlichen gleich dem Druck in der zweiten Fluidkammer 140b.
Nach einer vorbestimmten Zeitspanne enthält die erste Fluidkammer 140a eine vorbestimmte Menge druckbeaufschlagten Fluids. Wie zuvor erwähnt, hängt die vorbestimmte Fluidmenge von der Position des Einstellteils 144 und der Lage des Kolbens 142 ab, wenn der Druck in der ersten und zweiten Fluidkammer 140a, 140b im Wesentlichen gleich ist. Wie deutlich ist, kann die vorbestimmte Druckfluidmenge verringert werden, indem mehr vom Einstellteil 144 in der ersten Fluidkammer 140a positioniert wird. Sobald sich die vorbestimmte Fluidmenge in der ersten Fluidkammer 140a befindet, hat sich das Vorspannteil 143 genügend ausgedehnt, so dass der Kolben 142 infolge des zuvor dargestellten Kraftausgleichs wieder stationär ist. Zu diesem Zeitpunkt kann das Steuerventil 130 gegenbetätigt werden, während das Eingangsventil 120 in der ersten Betätigungsposition bleiben kann. Dadurch bleibt die Druckfluidmenge in der ersten Fluidkammer 140a und den Fluidleitungen 135, 109 unverändert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Wegeventil 107 z. B. durch Erregen der ersten Magnetspule 112a in eine erste Betätigungsposition betätigt werden, sobald das Steuerventil 130 gegenbetätigt ist. Befindet sich das Wegeventil 107 in der ersten Betätigungsposition, ist der erste Fluidanschluss 108a in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss 108b gebracht. Stehen der erste und zweite Fluidanschluss 108a, 108b miteinander in Fluidverbindung, kann die in der ersten Fluidkammer 140a des befüllten Dosiersystems 140 gespeicherte vorbestimmte Menge druckbeaufschlagten Fluids zur ersten Fluidkammer 105 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101 abgegeben werden. Daher betätigt die vorbestimmte Fluidmenge den Kolben 103 und die Kolbenstange 104 mit einer vorbestimmten Hublänge. Wie deutlich ist, wird bei Verbleib des Eingangsventils 120 in der ersten Betätigungsposition druckbeaufschlagtes Fluid der zweiten Fluidkammer 140b des Dosiersystems 140 kontinuierlich zugeführt. Obwohl das Volumen der zweiten Fluidkammer 140b steigt, wenn sich die erste Fluidkammer 140a leert, bleibt daher der Druck in der zweiten Fluidkammer 140b im Wesentlichen konstant, um die vorbestimmte Menge druckbeaufschlagten Fluids in der zweiten Fluidkammer 140a abzulassen.
Befindet sich gemäß 1 das Wegeventil 107 in der ersten Betätigungsposition, stehen auch der dritte Anschluss 108c und der vierte Anschluss 108d miteinander in Fluidverbindung. Dadurch kann druckbeaufschlagtes Fluid in der zweiten Fluidkammer 106 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101 abgelassen werden, da das Volumen der zweiten Fluidkammer 106 infolge von Bewegung des Kolbens 103 abnimmt. Obwohl die zweite Fluidkammer 106 zum Ablassen offen ist, kann der Kolben 103 z. B. infolge der auf die Kolbenstange 104 wirkenden Last nicht voll ausfahren.
Will ein Benutzer oder Bediener den Kolben 103 und die Kolbenstange 104 mit der vorbestimmten Hublänge einmal oder mehrmals zusätzlich betätigen, kann das Wegeventil 107 gegenbetätigt werden, um dadurch die erste und zweite Kammer 105, 106 vom Rest des Steuersystems 100 abzusperren. Bei gegenbetätigtem Wegeventil 107 kann das Steuerventil 130 in die erste Betätigungsposition betätigt werden. Wird das Steuerventil 130 in die erste Betätigungsposition betätigt, kann die erste Fluidkammer 140a mit Druckfluid wie zuvor beschrieben befüllt werden. Sobald die erste Fluidkammer 140a druckbeaufschlagt ist, kann das Steuerventil 130 gegenbetätigt werden, und das Wegeventil 107 kann erneut in die erste Betätigungsposition betätigt werden. Das Druckfluid in der ersten Fluidkammer 140a kann erneut der ersten Kammer 105 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101 zugeführt werden. Obwohl der gleiche Eingangsdruck im Verlauf anschließender Betätigungen zugeführt wird, ist der Druck in der ersten Kammer 105 kleiner als der Druck in der ersten Fluidkammer 140a, da sich der Kolben 103 bewegt hat, um das Volumen der ersten Kammer 105 zu vergrößern, wodurch der Druck in der Kammer 105 auf einen Wert unter dem Druck in der ersten Fluidkammer 140a gesenkt wird.
Nachdem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der fluidbetriebene Stellantrieb 101 einmal oder mehrmals betätigt wird, um die Kolbenstange 104 aus dem Gehäuse 102 auszufahren, kann erwünscht sein, den Kolben 103 und die Kolbenstange 104 für anschließende Betriebsabläufe wieder in das Gehäuse 102 einzufahren. Um den Kolben 103 einzufahren, kann das Wegeventil 107 wie zuvor beschrieben gegenbetätigt werden. Das Steuerventil 130 kann wie zuvor beschrieben in die erste Betätigungsposition betätigt werden, um die erste Fluidkammer 140a mit druckbeaufschlagtem Fluid zu befüllen. Sobald die erste Fluidkammer 140a wie zuvor beschrieben druckbeaufschlagt ist, kann das Steuerventil 130 gegenbetätigt werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Wegeventil 107 dann in die zweite Betätigungsposition betätigt werden, indem z. B. die zweite Magnetspule 112b erregt wird.
Ist wie zuvor beschrieben das Wegeventil 107 in die zweite Betätigungsposition betätigt, steht der erste Fluidanschluss 108a in Fluidverbindung mit dem dritten Fluidanschluss 108c, und der zweite Fluidanschluss 108b steht in Fluidverbindung mit dem vierten Fluidanschluss 108d. Befindet sich das Wegeventil 107 in der zweiten Betätigungsposition, wird das druckbeaufschlagte Fluid in der ersten Fluidkammer 140a jetzt der zweiten Kammer 106 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101 zugeführt, während die erste Kammer 105 zum Ablassen offen ist. Dadurch werden der Kolben 103 und die Kolbenstange 104 wieder in das Gehäuse 102 eingefahren. Ähnlich wie beim Ausfahren des Kolbens 103 und der Kolbenstange 104 kann das Einfahren des Kolbens 103 und der Kolbenstange 104 mit der schrittweisen Steuerung durch mehrmaliges Druckbeaufschlagen der ersten Fluidkammer 140a und Betätigen des Wegeventils 107 in die zweite Betätigungsposition durchgeführt werden.
Deutlich sollte sein, dass das Steuersystem 100 für einen fluidbetriebenen Stellantrieb einen Speicher 180 aufweisen kann, der mit der Ablassleitung 110 in Fluidverbindung steht. Statt das Fluid in die Umgebung abzulassen, kann das abgelassene Fluid vorteilhaft zum Speicher 180 fließen, wo es recycelt oder anderweitig entsorgt werden kann.
Obwohl die verschiedenen Ventile und Fluidleitungen in der schematischen Darstellung getrennt gezeigt sind, sollte deutlich sein, dass in einigen Ausführungsformen die Ventile sowie das Dosiersystem 140 in einer kompakten Gestaltung mit dem fluidbetriebenen Stellantrieb 101 gekoppelt sein können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Betätigung des fluidbetriebenen Stellantriebs 101 mit Hilfe des Steuersystems 100 auf die zuvor beschriebene Weise für extrem genaue Positionssteuerung des fluidbetriebenen Stellantriebs 101 sorgen. In einigen Ausführungsformen kann der fluidbetriebene Stellantrieb 101 in vorbestimmte Positionen mit Genauigkeiten betätigt werden, die 1% der Hublänge nahe kommen. Normalerweise ist dieser Genauigkeitsgrad in Systemen des Stands der Technik nicht verfügbar, die anstreben, fluidbetriebene Stellantriebe durch Öffnen einer druckbeaufschlagten Fluidzufuhr zu einem fluidbetriebenen Stellantrieb für eine vorbestimmte Zeitspanne zu betätigen. Dagegen kann das Steuersystem 100 das Dosiersystem 140 mit einer vorbestimmten und wiederholbaren Menge druckbeaufschlagten Fluids druckbeaufschlagen, die dann dem fluidbetriebenen Stellantrieb 101 zugeführt werden kann. Bei jeder Zufuhr der vorbestimmten Menge druckbeaufschlagten Fluids zum fluidbetriebenen Stellantrieb 101 werden der Kolben 103 und die Kolbenstange 104 mit einer vorbestimmten Hublänge betätigt. Da die Hublängen von einem fluidbetriebenen Stellantrieb 101 zum anderen genau gesteuert werden können, lassen sich mehrere fluidbetriebene Stellantriebe mit Hilfe der zuvor diskutierten Technik betätigen, um eine im Wesentlichen gleichmäßige Betätigung zu erreichen.
Als Alternative zum zuvor diskutierten Betätigungsverfahren kann erwünscht sein, kontinuierlich den Kolben 103 auszufahren oder den Kolben 103 einzufahren, statt mehrere vorbestimmte Hublängen zu verwenden. Für eine im Wesentlichen kontinuierliche Betätigung kann die Erfindung ebenfalls sorgen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können der Kolben 103 und die Kolbenstange 104 aus dem Gehäuse 102 kontinuierlich ausgefahren werden, indem das Wegeventil 107 in die erste Betätigungsposition betätigt wird, während das Steuerventil 130 und das Eingangsventil 120 in ihrer ersten Betätigungsposition bleiben. Daher kann druckbeaufschlagtes Fluid von der Druckfluidquelle 121 zur ersten Kammer 105 fließen, ohne das Dosiersystem 140 mit druckbeaufschlagtem Fluid voll zu befüllen. Gleichermaßen kann ein im Wesentlichen kontinuierliches Einfahren des Kolbens 103 und der Kolbenstange 104 realisiert werden, indem das Wegeventil 107 in die zweite Betätigungsposition betätigt wird, während das Steuerventil 130 und das Eingangsventil 120 in ihrer ersten Betätigungsposition bleiben.
2 zeigt das Steuersystem 100 für einen fluidbetriebenen Stellantrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform gemäß 2 ähnelt der Ausführungsform gemäß 1 mit Ausnahme der zusätzlichen Rückschlagventile und Durchflusssteuerventile 250a, 250b, 260a, 260b und 270. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Rückschlagventile 250a, 250b vorgesteuerte Rückschlagventile auf. In der dargestellten Ausführungsform ermöglichen die Rückschlagventile 250a, 250b, dass druckbeaufschlagtes Fluid vom Wegeventil 107 zum fluidbetriebenen Stellantrieb 101 fließt. Ohne ein Vorsteuersignal von Leitungen 251a, 251b in Fluidverbindung mit den Fluidleitungen 113, 114 hindern aber die Rückschlagventile 250a, 250b Fluid im Wesentlichen daran, aus dem fluidbetriebenen Stellantrieb 101 auszutreten. Vorteilhaft bleibt zwischen Betätigungsperioden, das Druckfluid in der ersten und zweiten Kammer 105, 106 des fluidbetriebenen Stellantriebs 101. Um die erste oder zweite Kammer 105, 106 abzulassen, kann ein Signal zu den Rückschlagventilen 250a, 250b gesendet werden, um die Rückschlagventile zu öffnen. Während die Vorsteuerleitungen 251a, 251b darstellungsgemäß mit den Fluidleitungen 113 bzw. 114 in Fluidverbindung stehen, können die Vorsteuerleitungen auch mit einem gesonderten Vorsteuerventil (nicht gezeigt) in Fluidverbindung stehen.
In der Ausführungsform von 2 sind auch Durchflusssteuerventile 260a, 260b dargestellt. Die Durchflusssteuerventile 260a, 260b arbeiten so, dass sie Druckfluid ermöglichen, in einer ersten Richtung im Wesentlichen ununterbrochen zu fließen, während sie Durchfluss in einer zweiten Richtung behindern. In der dargestellten Ausführungsform ermöglichen die Durchflusssteuerventile 260a, 260b einen im Wesentlichen ununterbrochenen Durchfluss in den fluidbetriebenen Stellantrieb 101, behindern aber den Ausfluss aus dem fluidbetriebenen Stellantrieb 101. Daher können die Durchflusssteuerventile 260a, 260b die Geschwindigkeit steuern, mit der Fluid aus dem fluidbetriebenen Stellantrieb 101 abgelassen wird. Die gesteuerte Durchflussgeschwindigkeit kann Schäden an Ausrüstung verhindern, die durch Ablassen mit hoher Geschwindigkeit verursacht werden könnten. Das Durchflusssteuerventil 270 gemäß 2, das im Fluiddurchflussweg zum Dosiersystem 140 positioniert ist, kann im Wesentlichen wie die Durchflusssteuerventile 260a, 260b arbeiten. Während also die Durchflusssteuerventile 260a, 260b einen im Wesentlichen ununterbrochenen Durchfluss in den fluidbetriebenen Stellantrieb 101 ermöglichen, wird der Durchfluss bereits durch das Durchflusssteuerventil 270 begrenzt, das zwischen dem Dosiersystem 140 und dem Wegeventil 107 positioniert ist.
Wie zuvor beschrieben, stellt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum genauen Betätigen eines fluidbetriebenen Stellantriebs auf wiederholbare Weise bereit. Da das Dosiersystem 140 mit einer vorbestimmten Druckfluidmenge genau befällt werden kann, die dann dem fluidbetriebenen Stellantrieb 101 zugeführt werden kann, kann die Erfindung den fluidbetriebenen Stellantrieb 101 mit vorbestimmten Hublängen betätigen. Vorteilhaft kann die Erfindung die Position des fluidbetriebenen Stellantriebs erfolgreich steuern, ohne dass dazu teure und umständliche Positionssensoren und Elektronikteile nötig sind.
Die näheren Beschreibungen der o. g. Ausführungsformen sind keine erschöpfenden Beschreibungen aller Ausführungsformen, von denen im Rahmen der Erfindung erwogen ist, dass sie in deren Schutzumfang liegen. Der Fachmann wird durchaus erkennen, dass bestimmte Elemente der zuvor beschriebenen Ausführungsformen verschiedenartig kombiniert werden oder entfallen können, um weitere Ausführungsformen zu bilden, und solche weiteren Ausführungsformen fallen in den Schutzumfang und die Lehren der Erfindung. Dem Fachmann wird auch deutlich sein, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen insgesamt oder teilweise kombiniert werden können, um zusätzliche Ausführungsformen im Schutzumfang und in den Lehren der Erfindung zu bilden.
Wenngleich also spezifische Ausführungsformen der Erfindung und Beispiele dafür hierin zur Veranschaulichung beschrieben werden, sind verschiedene äquivalente Abwandlungen im Schutzumfang der Erfindung möglich, was der Fachmann erkennen wird. Die hierin vorgestellten Lehren können auf andere Steuersysteme und nicht nur die Ausführungsformen angewendet werden, die zuvor beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Somit sollte der Schutzumfang der Erfindung anhand der nachfolgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb, das aufweist: einen fluidbetriebenen Stellantrieb (101); ein Eingangsventil (120) mit einem ersten Fluidanschluss (123a), der geeignet ist, ein druckbeaufschlagtes Fluid aufzunehmen, und einem zweiten Fluidanschluss (123b), wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss (123a); ein Steuerventil (130) mit einem ersten Fluidanschluss (131a) in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss (123b) des Eingangsventils (120) und einem zweiten Fluidanschluss (131b), wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss (131a); ein Dosiersystem (140) mit einer ersten Fluidkammer (140a) in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss (131b) des Steuerventils (130) und einer zweiten Fluidkammer (140b) in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss (123b) des Eingangsventils (120); und ein Wegeventil (107) mit einem ersten Fluidanschluss (108a) in Fluidverbindung mit der ersten Fluidkammer (140a) des Dosiersystems (140) und einem zweiten Fluidanschluss (108b) in Fluidverbindung mit dem fluidbetriebenen Stellantrieb (101) und wahlweise in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss (108a).
Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb nach Anspruch 1, wobei der fluidbetriebene Stellantrieb (101) aufweist: ein Gehäuse (102); einen Kolben (103), der im Gehäuse (102) beweglich ist und des Gehäuse (102) in eine erste Fluidkammer (105) und eine zweite Fluidkammer (106) trennt; und eine Kolbenstange (104), die mit dem Kolben (103) gekoppelt ist und sich aus dem Gehäuse (102) erstreckt.
Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei der zweite Fluidanschluss (108b) in Fluidverbindung mit dem fluidbetriebenen Stellantrieb (101) mit der ersten Kammer (105) des fluidbetriebenen Stellantriebs (101) in Fluidverbindung steht.
Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb Ansprüchen 1, 2 oder 3, wobei das Wegeventil (107) ferner einen dritten Fluidanschluss (108c) in Fluidverbindung mit der zweiten Fluidkammer (106) des fluidbetriebenen Stellantriebs (101) und in selektiver Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss (108a) aufweist.
Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb nach Anspruch 4, wobei das Wegeventil (107) ferner einen vierten Fluidanschluss (108d) in Fluidverbindung mit einer Ablassfluidleitung (110) und wahlweise in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss (108b) und dem dritten Fluidanschluss (108c) aufweist.
Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb nach Ansprüchen 1 bis 5, wobei das Dosiersystem (140) ferner einen fluiddichten Kolben (142), der die erste Fluidkammer (140a) und die zweite Fluidkammer (140b) trennt, und ein Vorspannteil (143) aufweist, das in der ersten Fluidkammer (140a) positioniert ist und eine Vorspannkraft auf den Kolben (142) bereitstellt.
Steuersystem (100) für einen fluidbetriebenen Stellantrieb nach Ansprüchen 1 bis 6, wobei das Dosiersystem (140) ferner ein Einstellteil (144) aufweist, das vorgesehen bzw. ausgebildet ist, ein Fluidvolumen der ersten Fluidkammer des Dosiersystems einzustellen.
Verfahren zum Betätigen eines fluidbetriebenen Stellantriebs mit Hilfe eines Steuersystems für einen fluidbetriebenen Stellantrieb mit einem Eingangsventil, das vorgesehen bzw. ausgebildet ist, eine druckbeaufschlagte Fluidzufuhr aufzunehmen, einem Steuerventil in Fluidverbindung mit dem Eingangsventil, einem Dosiersystem in Fluidverbindung mit dem Eingangsventil und dem Steuerventil sowie einem Wegeventil in Fluidverbindung mit dem Dosiersystem und dem fluidbetriebenen Stellantrieb, mit Schritten wie folgt: Betätigen des Eingangsventils in eine erste Betätigungsposition, um druckbeaufschlagtes Fluid einer zweiten Fluidkammer des Dosiersystems und einem ersten Anschluss des Steuerventils zuzuführen; Betätigen des Steuerventils in eine erste Betätigungsposition, um das druckbeaufschlagte Fluid vom ersten Fluidanschluss des Steuerventils einer ersten Fluidkammer des Dosiersystems zuzuführen; Befüllen der ersten Fluidkammer des Dosiersystems mit einer vorbestimmten Menge druckbeaufschlagten Fluids; Gegenbetätigen des Steuerventils; und Betätigen des Wegeventils in eine erste Betätigungsposition, um die vorbestimmte Menge druckbeaufschlagten Fluids aus der ersten Fluidkammer des Dosiersystems einer ersten Fluidkammer des fluidbetriebenen Stellantriebs zuzuführen, wodurch der fluidbetriebene Stellantrieb in einer ersten Richtung in eine erste Betätigungsposition betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit Schritten wie folgt: Gegenbetätigen des Wegeventils; Betätigen des Steuerventils in die erste Betätigungsposition, um die erste Fluidkammer des Dosiersystems mit der vorbestimmten druckbeaufschlagten Fluids zu befüllen; Gegenbetätigen des Steuerventils; und Betätigen des Wegeventils in eine zweite Betätigungsposition, um die vorbestimmte Druckfluidmenge aus der ersten Fluidkammer des Dosiersystems einer zweiten Fluidkammer des fluidbetriebenen Stellantriebs zuzuführen, wodurch der fluidbetriebene Stellantrieb in einer zweiten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Betätigens des Wegeventils in die erste Betätigungsposition ferner aufweist: Ablassen einer zweiten Fluidkammer des fluidbetriebenen Stellantriebs.
Verfahren nach Ansprüchen 8, 9 oder 10, ferner mit einem Schritt des Einstellens eines Einstellteils des Dosiersystems, um eine durch ein Vorspannteil bereitgestellte Vorspannkraft einzustellen, wodurch die vorbestimmte Druckfluidmenge eingestellt wird.
Verfahren nach Ansprüchen 8 bis 11, wobei der Schritt des Befüllens des Dosiersystems Schritte wie folgt aufweist: Vorspannen eines Kolbens im Dosiersystem mit einem Vorspannteil in einer ersten Richtung; Druckbeaufschlagen einer zweiten Fluidkammer des Dosiersystems mit druckbeaufschlagtem Fluid vom Eingangsventil, um den Kolben in einer zweiten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung vorzuspannen; und Druckbeaufschlagen einer ersten Fluidkammer des Dosiersystems mit druckbeaufschlagtem Fluid vom Steuerventil, um eine zweite Vorspannkraft auf den Kolben in der ersten Richtung bereitzustellen, bis die Vorspannkraft vom Vorspannteil plus die Vorspannkraft vom Druck in der ersten Fluidkammer im Wesentlichen gleich der Vorspannkraft vom Druck in der zweiten Fluidkammer ist.