-
Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Antriebssystem, mit einem Primärzylinder, der ein Primärzylindergehäuse und eine diesbezüglich bewegliche Primärhubeinheit mit einem in dem Primärzylindergehäuse angeordneten, zwei Primärkammern voneinander abteilenden Primärkolben aufweist, mit einem Sekundärzylinder, der ein Sekundärzylindergehäuse und eine diesbezüglich bewegliche Sekundärhubeinheit mit einem in dem Sekundärzylindergehäuse angeordneten, zwei Sekundärkammern voneinander abteilenden Sekundärkolben aufweist, wobei die Querschnittsfläche des Sekundärkolbens kleiner ist als diejenige des Primärkolbens, und mit einem an die beiden Zylinder angeschlossenen, mit einem Fluidkanalsystem und mit steuerbaren Ventilmitteln ausgestatteten Druckluft-Steuersystem.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines pneumatischen Antriebssystems, das über einen Primärzylinder verfügt, der ein Primärzylindergehäuse und eine diesbezüglich bewegliche Primärhubeinheit mit einem in dem Primärzylindergehäuse angeordneten, zwei Primärkammern voneinander abteilenden Primärkolben aufweist, und das über einen Sekundärzylinder verfügt, der ein Sekundärzylindergehäuse und eine diesbezüglich bewegliche Sekundärhubeinheit mit einem in dem Sekundärzylindergehäuse angeordneten, zwei Sekundärkammern voneinander abteilenden Sekundärkolben aufweist, wobei die Querschnittsfläche des Sekundärkolbens kleiner ist als diejenige des Primärkolbens, wobei das pneumatische Antriebssystem ferner ein an die beiden Zylinder angeschlossenes, mit einem Fluidkanalsystem und mit steuerbaren Ventilmitteln ausgestattetes Druckluft-Steuersystem enthält.
-
Ein aus der
EP 0814271 A1 bekanntes Antriebssystem der vorgenannten Art enthält einen Primärzylinder und einen mit dem Primärzylinder zu einer Baueinheit zusammengefassten Sekundärzylinder, wobei der Sekundärzylinder eine durch gesteuerte Druckluftbeaufschlagung bewegbare Sekundärhubeinheit enthält, die über eine Kolbenstange verfügt, die einen zu dem Primärzylinder gehörenden Primärkolben durchsetzt. An der Kolbenstange der Sekundärhubeinheit befinden sich Schnittstellenmittel, die einen Kraftabgriff ermöglichen, beispielsweise zum Punktschweißen. Beide Zylinder sind an ein Druckluft-Steuersystem angeschlossen, das es ermöglicht, die Sekundärhubeinheit abwechselnd zu einer Vorhubbewegung und zu einer Rückhubbewegung anzutreiben, wobei die Sekundärhubeinheit jeweils eine Abtriebshubstrecke durchläuft. Während einer relativ großen Teilstrecke der Abtriebshubstrecke bewegt sich die Sekundärhubeinheit unabhängig von der Primärhubeinheit, um eine Zustellbewegung auszuführen, für die keine große Kraft benötigt wird und durch die die an den Schnittstellenmitteln befestigte Komponente in eine Arbeitsposition bewegt wird. Hieran anschließend wird der Primärkolben des Primärzylinders mechanisch an die Kolbenstange der Sekundärhubeinheit angekoppelt und seinerseits mit Druckluft beaufschlagt, um während einer kurzen Abtriebshubstrecke eine hohe Antriebskraft zu erzeugen. Ein derartiges Antriebssystem verbraucht relativ wenig Druckluft, weil der Sekundärkolben der Sekundärhubeinheit einen kleineren Querschnitt hat als der Primärkolben, sodass das zu befüllende und zu entlüftende Volumen für die eigentliche Zustellbewegung der Schnittstellenmittel und der daran befestigten Komponente relativ gering ist. Der mechanische Aufbau dieses bekannten Antriebssystems ist allerdings relativ aufwendig, sodass die Herstellungskosten entsprechend hoch sind. Außerdem unterliegen die zum selektiven Koppeln des Primärkolbens mit der Kolbenstange der Sekundärhubeinheit vorhandenen Kopplungsmittel einem relativ hohen Verschleiß.
-
Aus der
DE 10 2009 007 462 A1 ist eine pneumatische Antriebsvorrichtung bekannt, die mit einem integrierten Speichervolumen ausgestattet ist, das nutzbar ist, um eine einzige Hubeinheit eines Pneumatikzylinders mehrstufig zu betreiben. Dabei wird zunächst der Kolben von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung bewegt und ein gespeichertes Druckluftpotential zu einem späteren Zeitpunkt genutzt, um den Kolben wieder in die Ausgangsstellung zurückzubewegen.
-
Aus der
DE 10 2010 033 840 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die über einen Ventilblock verfügt, an den ein Primärzylinder und ein Sekundärzylinder angeschlossen sind. Die Kolben dieser beiden Zylinder sind mechanisch gekoppelt und definieren eine nur einheitlich bewegbare Abtriebseinheit. Das Ausfahren dieser Abtriebseinheit wird dadurch hervorgerufen, dass an einem Versorgungsanschluss ein Druckmittelzufluss erfolgt, der die Rückseiten der Kolben beider Zylinder beaufschlagt. Das dabei verdrängte Druckmedium wird in den gleichen Leitungsverbund zurückgespeist, der an den Versorgungsanschluss angeschlossen ist. Trifft die ausfahrende Abtriebseinheit auf einen Widerstand, ändert die Schaltungsanordnung ihren Betriebsmodus, wobei der dann am Versorgungsanschluss ansteigende Fluiddruck die Betätigung von Vorsteuerventilen bewirkt, so dass die kolbenstangenseitige Zylinderkammer des Primärzylinders mit einem Tank verbunden wird. Dies bewirkt ein Umschalten des Primärzylinders auf einen Kraftgang, als Folge dessen auch der Sekundärzylinder auf einen Kraftgang umgeschaltet. Insgesamt arbeitet die Schaltungsanordnung der
DE 10 2010 033 840 A1 somit nach einem Prinzip, bei dem bei einem Druckmittelzufluss am Versorgungsanschluss zunächst ein Eilgang aktiviert wird, der während einer Arbeitsbewegung der Abtriebseinheit durch auftretende Widerstände automatisch auf Kraftgang umgeschaltet wird.
-
Die
DE 20 2007 017 130 U1 offenbart eine Ansteuervorrichtung für einen Pneumatikantrieb, die die Möglichkeit bietet, die beiden Antriebskammern eines doppelt wirkenden Pneumatikantriebes vorübergehend kurzzuschließen, um einen Druckausgleich zu schaffen, der eine Energieeinsparung bewirkt.
-
Die
EP 1 225 343 A1 beschreibt eine Antriebsvorrichtung mit einem Arbeitszylinder, der über eine Kolbenstange verfügt, deren Durchmesser im Vergleich zum Durchmesser des an ihr befestigten Kolbens relativ groß ist. Das Ausfahren der aus Kolben und Kolbenstange bestehenden Einheit wird durch gleichzeitige Druckbeaufschlagung der beiden Zylinderkammern hervorgerufen, so dass wegen der großen Flächendifferenz eine sehr große Betätigungskraft generiert wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um ein pneumatisches Antriebssystem auch bei großer zurückzulegender Hubstrecke mit geringem mechanischem Aufwand energiesparend betreiben zu können.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem pneumatischen Antriebssystem der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Primärhubeinheit mit der Sekundärhubeinheit unter Bildung einer einheitlich bewegbaren Abtriebseinheit bewegungsgekoppelt ist, die mittels des Druckluft-Steuersystems durch gesteuerte Druckluftbeaufschlagung ausgehend von einer Grundstellung zu einer Vorhubbewegung und zu einer anschließenden Rückhubbewegung unter Zurücklegung jeweils einer Abtriebshubstrecke antreibbar ist, wobei der Sekundärzylinder zum Hervorrufen der Vorhubbewegung und/oder der Rückhubbewegung der Abtriebseinheit durch das Druckluft-Steuersystem mit Druckluft beaufschlagbar ist, dass die beiden Primärkammern des Primärzylinders zumindest während einer Teilstrecke der Abtriebshubstrecke der Vorhubbewegung und/oder der Rückhubbewegung mittels des Druckluft-Steuersystems fluidisch kurzschließbar oder kurzgeschlossen sind, und dass das Druckluft-Steuersystem derart mit Ventilmitteln ausgestattet ist, dass sowohl die Druckluftbeaufschlagung des Sekundärzylinders als auch die Druckluftbeaufschlagung des Primärzylinders durch die Ventilmittel steuerbar ist, wobei
- (a) die Ventilmittel in Bezug auf den Sekundärzylinder zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung nur einer Sekundärkammer ausgebildet sind, wobei die andere Sekundärkammer ständig entlüftet ist, oder
- (b) die Ventilmittel zur von der Steuerung der Druckbeaufschlagung des Primärzylinders unabhängigen Steuerung der Druckluftbeaufschlagung beider Sekundärkammern des Sekundärzylinders ausgebildet sind.
-
Die Aufgabe wird ferner bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine die Primärhubeinheit und die Sekundärhubeinheit enthaltende Abtriebseinheit mittels des Druckluft-Steuersystems ausgehend von einer Grundstellung zu einer Vorhubbewegung und zu einer anschließenden Rückhubbewegung angetrieben wird, sodass die Abtriebseinheit jeweils eine Abtriebshubstrecke zurücklegt, wobei der Sekundärzylinder zum Hervorrufen der Vorhubbewegung und/oder der Rückhubbewegung der Abtriebseinheit mittels des Druckluft-Steuersystems mit Druckluft beaufschlagt wird, dass die beiden Primärkammern des Primärzylinders zumindest während einer Teilstrecke der Abtriebshubstrecke der Vorhubbewegung und/oder der Rückhubbewegung mittels des Druckluft-Steuersystems fluidisch kurzgeschlossen sind, und dass eine der Sekundärkammern ständig entlüftet ist oder die Steuerung der Druckbeaufschlagung der beiden Sekundärkammern unabhängig von der Druckbeaufschlagung des Primärzylinders erfolgt.
-
Sowohl bei dem Antriebssystem als auch bei dem Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die beiden Primärkammern des Primärzylinders während ihrer Kurzschlussverbindung mit einer Druckluftquelle verbindbar oder verbunden sind. Dabei können die beiden Primärkammern unabhängig voneinander an eine Druckluftquelle angeschlossen sein oder sie sind durch das Fluidkanalsystem fluidisch kurzgeschlossen und gemeinsam an eine Druckluftquelle angeschlossen. Die Druckluftquelle stellt ein Druckluftreservoir dar, das erforderlichenfalls auch Volumenunterschiede zwischen den beiden Primärkammern, die möglicherweise durch unterschiedlich große axiale Primärkolbenflächen des Primärkolbens hervorgerufen werden können, kompensieren kann.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem und dem zugeordneten Betriebsverfahren kommt eine als Tandemzylinder-Kombination bezeichenbare Kombination eines Primärzylinders und eines Sekundärzylinders zum Einsatz, deren bezüglich des jeweiligen Zylindergehäuses bewegliche Hubeinheiten – einerseits die Primärhubeinheit und andererseits die Sekundärhubeinheit – zu einer Abtriebseinheit zusammengefasst sind, die nur einheitlich, also synchron, eine Abtriebshubstrecke zurücklegen kann. Die Kurzschlussverbindung zwischen den beiden Primärkammern sorgt dafür, dass die bei einer Hubbewegung aus der jeweils einen Primärkammer verdrängte Luftmenge in die andere Primärkammer und eventuell das angeschlossene Fluidkanalsystem zurückgespeist wird, sodass kein Luftverbrauch auftritt. Die im Primärzylindergehäuse enthaltene Druckluft kann zumindest bei einem Endabschnitt der Vorhubbewegung und/oder der Rückhubbewegung der Abtriebseinheit genutzt werden, um die Abtriebseinheit mit einer hohen Antriebskraft zu beaufschlagen, die beispielsweise benötigt wird, um eine an der Abtriebseinheit angebrachte Komponente gegen eine andere Komponente zu drücken, wie dies beispielsweise beim Punktschweißen der Fall ist. Der Sekundärzylinder mit seinem bezüglich des Primärkolbens kleineren Sekundärkolben wird genutzt, um die Abtriebseinheit in wenigstens einer der beiden möglichen Hubrichtungen anzutreiben und um sie beispielsweise im Anschluss an eine abgeschlossene Vorhubbewegung zu einer Rückhubbewegung anzutreiben und in die Grundstellung zurückzubewegen. Aufgrund des kleineren Kolbenquerschnittes ist der damit verbundene Luftverbrauch relativ gering, sodass sich das Antriebssystem sehr energiesparend betreiben lässt, wobei es ohne mechanische Kopplungsmittel auskommt, weil die beiden Hubeinheiten in jeder Hubphase eine einheitlich bewegbare Abtriebseinheit bilden und sich aufwendige mechanische Kopplungsmittel zur zeitweiligen lösbaren Kopplung der beiden Hubeinheiten erübrigen. Da bei der Anwendung pneumatischer Antriebssysteme häufig längere Vorhub- und Rückhubbewegungen auszuführen sind, bei denen nur geringe Reibungskräfte und gegebenenfalls Gewichtskräfte zu überwinden sind, lässt sich mit Hilfe des kleinflächigen Sekundärzylinders eine besonders energieeffiziente Hubbewegung der Abtriebseinheit während zumindest eines Großteils der Abtriebshubstrecke hervorrufen.
-
Das Druckluft-Steuersystem ist bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem derart mit Ventilmitteln ausgestattet, dass sowohl die Druckluftbeaufschlagung des Sekundärzylinders als auch die Druckluftbeaufschlagung des Primärzylinders durch die Ventilmittel des Druckluft-Steuersystems steuerbar ist. Daraus resultiert eine besonders große Variabilität in Bezug auf die Betriebsmöglichkeiten des Antriebssystems.
-
Was die Ansteuerung des Sekundärzylinders anbelangt, sind alternativ zwei Schaltungen vorgesehen. Im einen Falls sind die Ventilmittel so ausgebildet, dass sie die Druckluftbeaufschlagung lediglich einer der beiden Sekundärkammern steuern können, während die andere Sekundärkammer ständig entlüftet ist. Im anderen Fall sind die Ventilmittel in der Lage, beide Sekundärkammern des Sekundärzylinders hinsichtlich ihrer Druckluftbeaufschlagung unabhängig von der Steuerung der Druckbeaufschlagung des Primärzylinders zu steuern.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Eine bevorzugte Ausgestaltung und/oder Betriebsweise des Antriebssystems sieht vor, dass die beiden Primärkammern des Primärzylinders während der gesamten Abtriebshubstrecke der Vorhubbewegung und/oder der Rückhubbewegung der Abtriebseinheit mit Hilfe des Druckluft-Steuersystems fluidisch kurzschließbar oder kurzgeschlossen sind. Hier findet also in keiner Betriebsphase eine vollständige Druckentlastung beziehungsweise Entlüftung der beiden Primärkammern statt. Enthält die Primärhubeinheit eine einseitig von dem Primärkolben wegragende Primärkolbenstange, die eine Reduzierung des Querschnittes der zugeordneten Primärkammer zur Folge hat, resultiert in einer der beiden Hubrichtungen die die entsprechende Hubbewegung hervorrufende fluidische Antriebskraft allein aus der Flächendifferenz der beiden einander entgegengesetzten Primärkolbenflächen. Der Sekundärzylinder wird dabei nur benötigt, um die Abtriebseinheit in der entgegengesetzten Hubrichtung anzutreiben, um die Abtriebseinheit beispielsweise nach einer abgeschlossenen Vorhubbewegung in die Grundstellung zurückzubewegen.
-
Besonders vorteilhaft ist ein Antriebssystem, das derart aufgebaut und/oder betrieben wird, dass in einer Arbeitsphase eine Negativsteuerung stattfindet, die sich dadurch auszeichnet, dass diejenige der beiden Primärkammern, die bei der momentanen Hubrichtung dem Primärkolben vorgeordnet ist, entlüftet wird, während die andere Primärkammer weiterhin mit dem aus der Druckluftquelle zur Verfügung gestellten Systemdruck beaufschlagt ist. Somit kann während einer hubmäßig beliebig kurzen Arbeitsphase mit geringem Luftverbrauch eine hohe Antriebskraft generiert werden.
-
Mit anderen Worten sind die beiden Primärkammern mittels des Druckluft-Steuersystems während einer anfänglichen Teilstrecke der Abtriebshubstrecke der Vorhubbewegung und/oder der Rückhubbewegung in der schon erläuterten Weise unter gleichzeitiger Verbindung mit einer Druckluftquelle fluidisch kurzschließbar oder kurzgeschlossen, sodass bei der entsprechenden Hubphase das aus der voreilenden Primärkammer verdrängte Luftvolumen in die quasi nacheilende Primärkammer und eventuell das Fluidkanalsystem zurückgespeist wird, ohne verloren zu gehen. Die Länge dieser Teilstrecke orientiert sich am Anwendungsfall und ermöglicht beispielsweise das Positionieren einer an der Abtriebseinheit angeordneten Arbeitskomponente, bei der es sich beispielsweise um ein Werkzeug und insbesondere um eine Schweißelektrode handeln kann. Nach erfolgter Positionierung, also nach Zurücklegen der Teilstrecke, wird die dem Primärkolben in der momentanen Hubrichtung vorgelagerte Primärkammer unter Beibehaltung der Druckluftbeaufschlagung der rückseitigen Primärkammer entlüftet, sodass auf den Primärkolben eine erhöhte fluidische Antriebskraft einwirkt, durch die der Primärkolben und mithin die gesamte Abtriebseinheit einschließlich der eventuell daran angebrachten Arbeitskomponente entlang einer Arbeitsstrecke der Abtriebshubstrecke weiterbewegt wird. Diese Arbeitsstrecke kann sehr kurz sein und beispielsweise dazu dienen, um die für eine Punktschweißverbindung erforderliche Verpressung zwischen zwei Werkstücken hervorzurufen.
-
Es wird also erst in der der Arbeitsstrecke zugeordneten Arbeitshubphase die abluftseitige Primärkammer des Primärzylinders entlüftet und so die erforderliche Druckkraft aufgebaut. Je näher an der vom Ende der Abtriebshubstrecke definierten Hubendlage der Abtriebseinheit die Umschaltung zwischen der auch als Leerhubphase bezeichenbaren kurzgeschlossenen Teilhubphase und der Arbeitshubphase erfolgt, desto geringer ist der Druckluftbedarf für den eigentlichen Arbeitsvorgang und folglich der Luftbedarf, um nach Beendigung der Arbeitshubphase die durch Entlüftung verloren gegangene Luftmenge wieder aus der Druckluftquelle zu ersetzen. Der Luftverbrauch des großflächigen Primärzylinders wird also ausschließlich durch diesen einmaligen Luftwechsel in der Arbeitshubphase bestimmt. Hinzu kommt im gesamten Bewegungszyklus nur noch der Druckluftbedarf des vergleichsweise kleinflächigen Steuerzylinders bei der kraftreduzierten Vorhubbewegung und/oder Rückhubbewegung.
-
Wie sich gezeigt hat, lassen sich bei einem reibungsarmen pneumatischen Antriebssystem und im Vergleich zur Abtriebshubstrecke kurzen Arbeitsstrecken Drucklufteinsparungen im Bereich von 80% bis 90% erzielen.
-
Das erfindungsgemäße Energiesparkonzept kann entweder nur bei einer der beiden Hubrichtungen der Abtriebseinheit oder bei beiden Hubrichtungen eingesetzt werden. Soll während einer Arbeitshubphase eine größere fluidische Antriebskraft als während einer vorgeordneten Teilhubphase generiert werden, lässt sich die dafür erforderliche Negativsteuerung, das heißt der Kraftaufbau durch Entlüftung der dem Primärkolben voreilenden Primärkammer, bei beiden Hubrichtungen realisieren.
-
Wie schon angedeutet, ist es vorteilhaft, wenn die Primärhubeinheit eine einseitig vom Primärkolben wegragende und aus dem Primärzylindergehäuse herausragende Primärkolbenstange aufweist, die zur Bildung der Abtriebseinheit mit einer Sekundärkolbenstange der Sekundärhubeinheit verbunden ist, die einseitig von dem Sekundärkolben wegragt und aus dem Sekundärzylindergehäuse herausragt.
-
Um bei der vorgenannten, über Kolbenstangen verfügenden Konstellation eine sichere Rückhubbewegung der Abtriebseinheit mittels des Sekundärzylinders bewirken zu können, obwohl die beiden Primärkammern des Primärzylinders fluidisch kurzgeschlossen sind, sollte die kolbenstangenseitige Kolbenfläche des Sekundärkolbens größer sein als die Flächendifferenz zwischen den beiden Kolbenflächen des Primärkolbens.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Primärzylinder und der Sekundärzylinder mit zueinander paralleler Ausrichtung nebeneinander angeordnet. Die Primärhubeinheit und die Sekundärhubeinheit sind dabei insbesondere unter Verwendung eines starren Jochelementes fest miteinander verbunden. Es besteht die vorteilhafte Möglichkeit, das Primärzylindergehäuse und das Sekundärzylindergehäuse zu einer Gehäuseeinheit zusammenzufassen oder gar gemeinsam unter Verwendung einer einstückigen Gehäusekomponente zu realisieren.
-
Prinzipiell sind die als Tandem arbeitenden Zylinder in beliebiger Ausrichtung zueinander platzierbar. Zweckmäßigerweise sind sie mit zueinander paralleler Ausrichtung nebeneinander angeordnet. Als besonders vorteilhaft wird auch eine Ausgestaltung angesehen, bei der der Primärzylinder und der Sekundärzylinder koaxial hintereinandergeschaltet sind. Hier kann dann die Abtriebseinheit beispielsweise eine einzige Kolbenstange aufweisen, an der sowohl der Primärkolben als auch der Sekundärkolben ständig befestigt ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Primärkammern des Primärzylinders durch das Fluidkanalsystem ständig miteinander und auch mit einer Druckluftquelle verbunden, während die Ventilmittel des Druckluft-Steuersystems ausschließlich zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung des Sekundärzylinders ausgebildet sind. In diesem Zusammenhang ist es möglich, die Ventilmittel so auszubilden, dass sie lediglich eine der beiden Sekundärkammern hinsichtlich der Druckluftbeaufschlagung steuern können, während die andere Sekundärkammer ständig entlüftet ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit zu einer Ausgestaltung, bei der die Ventilmittel eine Steuerung der Druckluftbeaufschlagung beider Sekundärkammern des Sekundärzylinders vornehmen können.
-
Die Ventilmittel können beispielsweise zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung von nur einer der beiden Primärkammern des Primärzylinders ausgebildet sein, wobei die andere Primärkammer durch das Fluidkanalsystem ständig mit einer Druckluftquelle verbunden ist. Die Ventilmittel können dabei in der Lage sein, die hinsichtlich der Druckluftbeaufschlagung steuerbare Primärkammer wahlweise zur Erzielung der Kurzschlussschaltung mit der anderen Primärkammer zu verbinden oder aber zwecks Entlüftung mit der Atmosphäre zu verbinden.
-
Es besteht auch die Möglichkeit, die Ventilmittel dahingehend auszubilden, dass sie zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung beider Primärkammern des Primärzylinders geeignet sind. Dies eröffnet vor allem auch die Möglichkeit, bei beiden Hubrichtungen der Abtriebseinheit eine Negativsteuerung durch Entlüftung der dem Primärkolben in der momentanen Hubrichtung vorgelagerten bzw. voreilenden Primärkammer hervorzurufen.
-
Die Ventilmittel sind vorzugsweise von elektrisch betätigbarer Bauart, wobei sie vom elektrisch direkt betätigbaren Typ oder auch vom elektro-fluidisch und dabei insbesondere vom elektropneumatisch vorgesteuerten Typ sein können. Die Ventilmittel können als Schaltventilmittel und/oder als Proportionalventilmittel ausgeführt sein.
-
Bevorzugt verfügt das Antriebssystem über eine steuerungstechnisch mit den Ventilmitteln verbundene elektronische Steuereinrichtung, die es ermöglicht, durch entsprechende Ansteuerung und mithin Betätigung der Ventilmittel die geschilderten Betriebsabläufe zu realisieren. Die Betriebsabläufe werden insbesondere in Abhängigkeit von der Hubposition der Abtriebseinheit und/oder in Abhängigkeit von einem in dem Fluidkanalsystem herrschenden Fluiddruck gesteuert. Es versteht sich, dass in diesem Zusammenhang das Druckluft-Steuersystem mit geeigneten Sensormitteln ausgestattet ist, die an die elektronische Steuereinrichtung angeschlossen sind und dieser die für den Betrieb erforderlichen Messwerte beziehungsweise Daten liefern.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die 1 bis 7 eine Auswahl besonders vorteilhafter Schaltungen zur Umsetzung des pneumatischen Antriebssystems.
-
Das in mehreren Ausprägungen abgebildete pneumatische Antriebssystem 6 enthält eine Pneumatikzylinderanordnung 7, die zwei funktionsmäßig miteinander gekoppelte Pneumatikzylinder 7a, 7b aufweist, die zur besseren Unterscheidung auch als Primärzylinder 8 und als Sekundärzylinder 9 bezeichnet werden.
-
Die Pneumatikzylinder 7a, 7b werden mit Druckluft betrieben, die durch eine Druckluftquelle P zur Verfügung gestellt wird. Diese Druckluft unterliegt einem gewissen Systemdruck, der beispielsweise bei 6 bis 10 bar liegt.
-
Die Pneumatikzylinderanordnung 7 enthält eine unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Hubbewegung 12 verfahrbare Abtriebseinheit 13. Bei der Hubbewegung 12 handelt es sich exemplarisch um eine Linearbewegung, da die Pneumatikzylinder 7a, 7b vorzugsweise als Linearantriebe konzipiert sind.
-
Die Erfindung lässt sich auch in Verbindung mit einer Pneumatikzylinderanordnung 7 realisieren, bei der die Pneumatikzylinder 7a, 7b als Drehantriebe oder als Schwenkantriebe konzipiert sind.
-
Zur Erzeugung der Hubbewegung 12 ist das pneumatische Antriebssystem 6 mit einem insgesamt mit Bezugsziffer 14 bezeichneten Druckluft-Steuersystem ausgestattet. Selbiges enthält ein Fluidkanalsystem 15 und in dieses Fluidkanalsystem 15 eingeschaltete, bevorzugt elektrisch betätigbare Ventilmittel 16. Mit Hilfe der Ventilmittel 16 kann die Druckluftströmung in dem Fluidkanalsystem 15 beeinflusst werden. Das Fluidkanalsystem 15 besteht aus einem Netz von Fluidkanälen 17, die in der Zeichnung nur sporadisch mit dem entsprechenden Bezugszeichen versehen sind und die beispielsweise mit Hilfe von Kanalbohrungen oder Fluidleitungen realisiert sind.
-
Die Ventilmittel 16 sind zweckmäßigerweise an eine elektronische Steuereinrichtung 19 angeschlossen, die vorzugsweise auch zu dem pneumatischen Antriebssystem 6 gehört. Der Anschluss erfolgt mittels strichpunktiert angedeuteter elektrischer Ansteuerleitungen 18. Letztere sind, ebenso wie die elektronische Steuereinrichtung 19, aus Gründen der Vereinfachung nur in den 1 und 6 illustriert, sie sind in der Praxis aber auch bei den anderen Ausführungsbeispielen vorhanden.
-
Jede Abtriebseinheit 13 ist für einen Kraftabgriff ausgebildet. Hierzu enthält sie zweckmäßigerweise geeignete Schnittstellenmittel 22, an denen eine beliebige zu bewegende Arbeitskomponente 23 in bevorzugt lösbarer Weise anbringbar ist, beispielsweise ein zu bewegendes Werkzeug, insbesondere eine Schweißelektrode. Alternativ kann die Arbeitskomponente 23 auch ein unmittelbarer Bestandteil der Abtriebseinheit 13 sein.
-
Das Druckluft-Steuersystem 14 enthält zweckmäßigerweise auch noch Sensormittel 24, die signaltechnisch an die elektronische Steuereinrichtung 19 angeschlossen sind und die in der Lage sind, gewisse Betriebszustände des Antriebssystems 6 zu erfassen und an die elektronische Steuereinrichtung 19 zu übermitteln. Diese der Übersichtlichkeit halber nur in 6 illustrierten Sensormittel 24 enthalten beispielsweise zur Erfassung mindestens einer Hubposition der Abtriebseinheit 13 dienende Positionserfassungsmittel 24a und/oder Drucksensormittel 24b, die in der Lage sind, mindestens einen in dem Fluidkanalsystem 15 herrschenden Fluiddruck zu erfassen.
-
Somit ist die elektronische Steuereinrichtung 19 in der Lage, die Pneumatikzylinderanordnung 7 in Abhängigkeit von Daten oder Messwerten, die die Sensormittel 24 zur Verfügung stellen, fluidisch anzusteuern und zu betätigen.
-
Der Primärzylinder 8 verfügt über ein Primärzylindergehäuse 25, in dem ein Primärkolben 26a bevorzugt unter Abdichtung zwei Zylinderkammern voneinander abteilt, die im Folgenden als vordere Primärkammer 25a und als hintere Primärkammer 25b bezeichnet seien. Der Primärkolben 26a ist Bestandteil einer relativ zu dem Primärzylindergehäuse 25 bewegbaren Primärhubeinheit 26, zu der bevorzugt auch noch eine Primärkolbenstange 26b gehört, die an dem Primärkolben 26a befestigt ist. Die Primärkolbenstange 26b durchsetzt die vordere Primärkammer 25a und ragt an einer Vorderseite des Primärzylindergehäuses 25 aus dem Primärzylindergehäuse 25 heraus.
-
In vergleichbarer Weise enthält der Sekundärzylinder 9 ein Sekundärzylindergehäuse 27, in dem ein Sekundärkolben 28a eine vordere Sekundärkammer 29a von einer hinteren Sekundärkammer 29b abteilt und an dem zweckmäßigerweise eine Sekundärkolbenstange 28b angeordnet ist, die die vordere Sekundärkammer 29a durchsetzt und an der Vorderseite des Sekundärzylindergehäuses 27 herausragt.
-
Die Primärhubeinheit 26 und die Sekundärhubeinheit 28 sind unter Bildung der Abtriebseinheit 13 miteinander bewegungsgekoppelt. Bevorzugt sind sie starr miteinander verbunden. Folglich sind sie im Rahmen der Abtriebseinheit 13 stets nur einheitlich in der einen oder anderen Hubrichtung bewegbar. Um die Abtriebseinheit 13 zu bilden, sind die beiden Hubeinheiten 26, 28 beispielsweise an den außerhalb der Zylindergehäuse 25, 27 liegenden Abschnitten der Kolbenstangen 26b, 28b mittels eines Jochelementes 32 oder auf sonstige Weise fest und/oder starr miteinander verbunden.
-
Im Rahmen der Hubbewegung 12 kann die Abtriebseinheit 13 ausgehend von einer Grundstellung zu einer Vorhubbewegung 12a und einer sich daran anschließenden entgegengesetzten Rückhubbewegung 12b angetrieben werden. Bei den Ausführungsbeispielen ist die Grundstellung diejenige Stellung, in der die beiden Hubeinheiten 26, 28 weitestmöglich in die Zylindergehäuse 25, 27 eingefahren sind. Exemplarisch liegen dabei die beiden Kolben 26a, 28a in der Nähe der in der Zeichnung links liegenden stirnseitigen Abschlusswand des jeweiligen Zylindergehäuses 25, 27.
-
Die am Ende der Vorhubbewegung 12a eingenommene vordere Endstellung der Abtriebseinheit 13 sei im Folgenden auch als Umkehrstellung bezeichnet. Die von dem Abtriebselement 13 zwischen der Grundstellung und der vorderen Endstellung bzw. Umkehrstellung in der einen oder anderen Richtung zurückgelegte Wegstrecke sei als Abtriebshubstrecke bezeichnet, bei ihr handelt es sich um den Maximalhub der Abtriebseinheit 13.
-
In der Umkehrstellung nehmen die Kolben 26a, 28a zweckmäßigerweise eine Position in unmittelbarer Nähe zu der vorderen stirnseitigen Abschlusswand des zugeordneten Zylindergehäuses 25, 27 ein.
-
In jeder Phase der Hubbewegung 12 sind die Primärhubeinheit 26 und die Sekundärhubeinheit 28 in der Bewegungsrichtung relativ zueinander unbeweglich miteinander verbunden. Jede Hubeinheit 26, 28 ist also prinzipiell in der Lage, auf die jeweils andere Hubeinheit 28, 26 axiale Antriebskräfte zu übertragen. Bevorzugt ist die Abtriebseinheit 13 ein in sich starres Gebilde und enthält keine relativ zueinander beweglichen Komponenten.
-
Das Fluidkanalsystem 15 ist zumindest an all diejenigen Zylinderkammern 25a, 25b, 29a, 29b angeschlossen, die abhängig vom Ausführungsbeispiel nicht direkt mit der Atmosphäre in Verbindung stehen, um ständig entlüftet zu sein.
-
Mittels des Druckluft-Steuersystems 14 können der Primärkolben 26a und der Sekundärkolben 28a derart gesteuert mit Druckluft beaufschlagt werden, dass die Abtriebseinheit 13 einen Bewegungszyklus ausführt, der sich aus einer in der Grundstellung startenden Vorhubbewegung 12a und einer sich daran anschließenden Rückhubbewegung 12b zusammensetzt, wobei die Bewegungsumkehr an der Umkehrstellung eintritt und die Abtriebseinheit 13 zum Ende der Rückhubbewegung 12b wieder in der Grundstellung angelangt ist. Sowohl bei der Vorhubbewegung 12a als auch bei der Rückhubbewegung 12b bewegt sich die Abtriebseinheit 13 entlang der gesamten oben definierten Abtriebshubstrecke.
-
Ein wesentlicher konstruktiver Unterschied zwischen den beiden Pneumatikzylindern 7a, 7b besteht darin, dass die Querschnittsfläche des Sekundärkolbens 28a kleiner ist als die Querschnittfläche des Primärkolbens 26a. Wenn die beiden Kolben 26a, 28a rund sind, was zweckmäßigerweise der Fall ist, hat folglich der Sekundärkolben 28a einen kleineren Durchmesser als der Primärkolben 26a.
-
Dementsprechend hat der vom Sekundärkolben 28a in die beiden Sekundärkammern 29a, 29b unterteilte Zylinderinnenraum des Sekundärzylinders 9 eine kleinere Querschnittsfläche als der vom Primärkolben 26a in die beiden Primärkammern 25a, 25b unterteilte Zylinderinnenraum des Primärzylinders 8.
-
Beim Ausführungsbeispiel hat sowohl der Primärkolben 26a als auch der Sekundärkolben 28a eine ringförmige vordere Kolbenfläche 26a' beziehungsweise 28a', die der jeweiligen Kolbenstange 26b, 28b zugewandt ist. Jeder Kolben 26a, 28a hat außerdem eine diesbezüglich entgegengesetzte hintere Kolbenfläche 26a'' beziehungsweise 28a'', bei der es sich exemplarisch um eine Kreisfläche handelt. Bevorzugt ist die Flächendifferenz zwischen der vorderen Kolbenfläche 26a' und der hinteren Kolbenfläche 26a'' des Primärkolbens 26a kleiner als die vordere Kolbenfläche 28a' des Sekundärkolbens 28a. Wenn in den beiden Primärkammern 25a, 25b und in der vorderen Sekundärkammer 29a der gleiche Fluiddruck herrscht und die hintere Sekundärkammer 29b entlüftet ist, erfährt die Abtriebseinheit 13 folglich eine resultierende fluidische Antriebskraft, die mit der Richtung der Rückhubbewegung gleichgerichtet ist.
-
Eine Besonderheit des Antriebssystems 6 besteht darin, dass die beiden Primärkammern 25a, 25b des Primärzylinders 8 zumindest während einer Teilstrecke der Abtriebshubstrecke der Vorhubbewegung und/oder der Rückhubbewegung mittels des Druckluft-Steuersystems 14 fluidisch kurzgeschlossen werden können oder ständig fluidisch kurzgeschlossen sind. Diese fluidische Kurzschlussverbindung geht zweckmäßigerweise damit einher, dass die beiden Primärkammern 25a, 25b zugleich auch an die Druckquelle P angeschlossen sind. Wenn eine solche fluidische Kurzschlussverbindung zwischen den beiden Primärkammern 25a, 25 vorliegt, befindet sich die Druckluft in einem geschlossenen System und wird bei der Hubbewegung 12 zwischen den beiden Primärkammern 25a, 25b und dem angeschlossenen Fluidkanalsystem 15 verschoben. In Ermangelung einer Verbindung zur Atmosphäre geht dabei keine Druckluft verloren.
-
Die 3 und 4 zeigen eine Schaltungsvariante des pneumatischen Antriebssystems 6, bei dem die beiden Primärkammern des Primärzylinders 8 mittels des Fluidkanalsystems 15 ständig fluidisch kurzgeschlossen sind. Sie stehen über Fluidkanäle 17 in direkter Verbindung miteinander und sind gleichzeitig an die Druckluftquelle P angeschlossen. Die Ventilmittel 16 können bei dieser Ausführungsform des Antriebssystems 6 keinen Einfluss auf die Kurzschlussverbindung zwischen den beiden Primärkammern 25a, 25b nehmen. Die Ventilmittel 16 dienen hier ausschließlich zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung des Sekundärzylinders 9, der für die Erzeugung der Rückhubbewegung 12b der Abtriebseinheit 13 verantwortlich ist.
-
Grundsätzlich dient der Sekundärzylinder 9 innerhalb des Antriebssystems 6 dazu, entweder die Vorhubbewegung 12a oder die Rückhubbewegung 12b oder sowohl die Vorhubbewegung 12a als auch die Rückhubbewegung 12b hervorzurufen oder zumindest bei der Erzeugung der entsprechenden Bewegung mitzuwirken. Welche dieser Bewegungen dabei hervorgerufen oder unterstützt wird, hängt vom Schaltungsaufbau des Druckluft-Steuersystems 14 ab.
-
Bei den Ausführungsbeispielen der 1, 2, 5, 6 und 7 ist das Druckluft-Steuersystem 14 abweichend zu den Ausführungsbeispielen der 3 und 4 derart mit Ventilmitteln 16 ausgestattet, dass nicht nur die Druckluftbeaufschlagung des Sekundärzylinders 9, sondern auch die Druckluftbeaufschlagung des Primärzylinders 8 durch die Ventilmittel 16 steuerbar ist.
-
Soweit dabei die Druckbeaufschlagung des Primärzylinders 8 betroffen ist, kann zumindest die Druckluftbeaufschlagung einer der beiden Primärkammern 25a oder 25b gesteuert werden, was beim Ausführungsbeispiel der 5 und 6 der Fall ist, oder es können wie bei den Ausführungsbeispielen der 1, 2 und 7 beide Primärkammern 25a, 25b hinsichtlich ihrer Druckluftbeaufschlagung gesteuert werden. Bei den Ausführungsbeispielen der 5 und 6 ist die vordere Primärkammer 25a die steuerbare Primärkammer. Die jeweils andere, hier hintere Primärkammer 25b steht hingegen über das Fluidkanalsystem 15 ohne Zwischenschaltung von Ventilmitteln 16 in ständiger Fluidverbindung mit der Druckluftquelle P.
-
Soweit eine Primärkammer 25a und/oder 25b hinsichtlich der Druckbeaufschlagung steuerbar ist, schließt dies die vorteilhafte Möglichkeit ein, die betreffende Primärkammer 25a, 25b zwecks Entlüftung mit der Atmosphäre zu verbinden. Auf diese Weise kann ein Druckabbau in der betreffenden Primärkammer 25a, 25b hervorgerufen werden. Dies eröffnet die vorteilhafte Möglichkeit, die Vorhubbewegung 12a und/oder die Rückhubbewegung 12b in zwei Hubphasen zu unterteilen, die sich in der Höhe der auf den Primärkolben 26a ausgeübten fluidischen Antriebskraft voneinander unterscheiden.
-
Somit besteht die vorteilhafte Möglichkeit, das Antriebssystem 6 so zu betreiben, dass während einer von der Grundstellung ausgehenden anfänglichen Teilhubphase der Vorhubbewegung der Abtriebseinheit 13 die beiden Primärkammern 25a, 25b zur Einsparung von Druckluft kurzgeschlossen sind und erst mit Beginn einer sich daran anschließenden Arbeitshubphase die vordere Primärkammer 25a entlüftet wird, sodass sich die zwischen den beiden Primärkammern 25a, 25b vorhandene Druckdifferenz zu Gunsten der hinteren Primärkammer 25b stark erhöht und folglich die Abtriebseinheit 13 mit einer wesentlich erhöhten fluidischen Antriebskraft eine Arbeitshubphase bis zum Erreichen der Umkehrstellung ausführt. Die Abtriebshubstrecke ist in diesem Fall in eine anfängliche Teilstrecke mit kurzgeschlossenen Primärkammern 25a, 25b und eine sich daran anschließende, bei der Arbeitshubphase zurückgelegte Arbeitsstrecke unterteilt.
-
Eine vergleichbare Ansteuerung ist auch bei der von der Umkehrstellung ausgehenden Rückhubbewegung 12b möglich, wenn die Ventilmittel 16 auch eine bedarfsgemäße Entlüftung der hinteren Primärkammer 25b gestatten, was bei den Ausführungsbeispielen der 1, 2 und 7 der Fall ist.
-
Die Position des Übergangs zwischen der auch als Leerhubphase bezeichenbaren kurzgeschlossenen Teilhubphase und der sich anschließenden Arbeitshubphase ist variabel. Diese Übergangsposition befindet sich jeweils an derjenigen Stelle der Abtriebshubstrecke, an der sich der Primärkolben 26a befindet, wenn diejenige Primärkammer 25a oder 25b entlüftet wird, die in der momentanen Hubrichtung vor dem Primärkolben 26a liegt.
-
Der entsprechende Umschaltzeitpunkt der Ventilmittel 16 ist durch die elektronische Steuereinrichtung 19 und dabei insbesondere in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der Sensormittel 24 vorgebbar. Selbstverständlich kann das Umschalten bei entsprechender Ausgestaltung des Antriebssystems 6 auch rein manuell oder auf der Grundlage eines beliebigen externen Ereignisses hervorgerufen werden.
-
Bei entsprechender Ausführung der Schaltung des Antriebssystems 6 können die Ventilmittel 16 so ausgebildet und in das Fluidkanalsystem 15 eingeschaltet sein, dass sie die Druckluftbeaufschlagung von nur einer der beiden Sekundärkammern 29a, 29b ermöglichen. Dies trifft auf die Ausführungsbeispiele der 4, 5, 6 und 7 zu. Hier ist es die vordere Sekundärkammer 29a, die steuerbar ist, wobei die Steuerungsmöglichkeit wiederum einschließt, die betreffende Sekundärkammer 29a bei Bedarf zu entlüften. Die andere, hier hintere Sekundärkammer 29b ist hingegen ständig entlüftet und steht fortwährend direkt mit der Atmosphäre in Verbindung.
-
Die Ausführungsbeispiele der 1, 2 und 3 zeigen einen Aufbau des Druckluft-Steuersystems 14, bei dem die Ventilmittel 16 eine Steuerung der Druckluftbeaufschlagung beider Sekundärkammern 29a, 29b ermöglichen. Hier, wie auch im übrigen Teil der Beschreibung, ist mit der Möglichkeit zur Steuerung der Druckbeaufschlagung der Zylinderkammern gemeint, dass wahlweise von der Druckluftquelle P stammende Druckluft einspeisbar oder eine Entlüftung zur Atmosphäre möglich ist.
-
Im Folgenden sollen die in der Zeichnung illustrierten Schaltungsbeispiele des pneumatischen Antriebssystems 6 unter genauerer Betrachtung der Ventilmittel 16 und unter Darlegung bevorzugter Betriebsverfahren näher erläutert werden.
-
Beginnend mit der Ausführungsform der 1 handelt es sich um eine Ausgestaltung des pneumatischen Antriebssystems 6, dessen Druckluft-Steuersystem 14 bei beiden Bewegungsrichtungen der Abtriebseinheit 13 eine sich an eine Leerhubphase anschließende Arbeitshubphase ermöglicht. Bei der Leerhubphase handelt es sich, wie oben schon erläutert, um eine sich auf eine Teilstrecke der Abtriebshubstrecke beschränkende Teilhubphase, in der die beiden Primärkammern 25a, 25b fluidisch kurzgeschlossen und über das Fluidkanalsystem 15 außerdem an die Druckluftquelle P angeschlossen sind. Die Arbeitshubphase bezieht sich auf eine sich an die genannte Teilstrecke anschließende Arbeitsstrecke der gesamten Abtriebshubstrecke und zeichnet sich dadurch aus, dass die in der momentanen Bewegungsrichtung vor dem Primärkolben 26a liegende vordere oder hintere Primärkammer 25a, 25b entlüftet wird, während die andere Primärkammer 25b, 25a weiterhin fluidisch mit der Druckluftquelle P verbunden bleibt, woraus eine erhöhte fluidische Antriebskraft resultiert.
-
Bei der Schaltung der 1 ist die Druckluftquelle P in Parallelschaltung an sämtliche Primärkammern 25a, 25b und Sekundärkammern 29a, 29b angeschlossen, wobei in jeden der parallelgeschalteten vier Kanaläste 17a, 17b, 17c, 17d eines von vier Ventilen 33 der Ventilmittel 16 eingeschaltet ist, die zur besseren Unterscheidung auch mit V1, V2, V3, V4 bezeichnet sind.
-
Es handelt sich bei diesen Ventilen 33 zweckmäßigerweise jeweils um 3/2-Wegeventile, die symbolisch abgebildet sind und die jeweils zwei mögliche Schaltstellungen haben, die mit den Ziffern ”1” und ”2” gekennzeichnet sind. Die mit Ziffer ”1” gekennzeichnete Schaltstellung ist eine erste Schaltstellung und die mit der Ziffer ”2” gekennzeichnete Schaltstellung ist eine zweite Schaltstellung. Die jeweils eingenommene Schaltstellung lässt sich mittels der elektronischen Steuereinrichtung 19 vorgeben. Bevorzugt ist die erste Schaltstellung 1 eine durch Federmittel vorgegebene Grundstellung, sodass es sich bei den Ventilen 33 vorzugsweise um monostabile Wegeventile handelt. Dieses in 1 abgebildete Antriebssystem 6 erlaubt eine aus der nachstehenden Tabelle 1 ersichtliche Betriebsweise, wobei in den Tabellenzeilen die Betriebsphasen und in den Tabellenspalten die einzelnen Ventile aufgeführt sind und wobei mit den Ziffern ”1” und ”2” die von den einzelnen Ventilen in den einzelnen Betriebsphasen eingenommenen Schaltstellungen angegeben sind.
-
Bei den Betriebsphasen bedeutet ”Entlüftungsphase”, dass die gesamte Pneumatikzylinderanordnung 7 zur Atmosphäre entlüftet ist. Mit ”Vor-Leerhubphase” und ”Rück-Leerhubphase” sind Leerhubphasen während der Vorhubbewegung und während der Rückhubbewegung bezeichnet. Die Angaben ”Vor-Arbeitshubphase” und ”Rück-Arbeitshubphase” bezeichnen eine Arbeitshubphase während der Vorhubbewegung beziehungsweise während der Rückhubbewegung.
-
Die vorstehenden Tabellenerläuterungen gelten auch für die weiteren in der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die anderen Ausführungsformen des Antriebssystems verwendeten Tabellen, in denen zum Teil auch noch eine mit ”3” identifizierte dritte Schaltstellung angegeben ist.
-
Die Tabelle 1 für den Betrieb des pneumatischen Antriebssystems
6 der
1 lautet wie folgt:
| | V1 | V2 | V3 | V4 |
| Entlüftungsphase | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Vor-Leerhubphase | 2 | 2 | 2 | 1 |
| Vor-Arbeitshubphase | 2 | 1 | 2 | 1 |
| Rück-Leerhubphase | 2 | 2 | 1 | 2 |
| Rück-Arbeitshubphase | 1 | 2 | 1 | 2 |
-
Kurz zusammengefasst, wird das in 1 illustrierte Antriebssystem 6 bevorzugt derart betrieben, dass ausgehend von einer entlüfteten Grundstellung der Abtriebseinheit 13 eine Vor-Leerhubphase stattfindet, in der die Abtriebseinheit 13 ihre Antriebskraft aus der Druckkraftdifferenz zwischen den kurzgeschlossenen Primärkammern 25a, 25b und aus der zusätzlichen Druckkraftdifferenz zwischen den beiden Sekundärkammern 29a, 29b bezieht. Die Druckkraftdifferenz zwischen den kurzgeschlossenen Primärkammern 25a, 25b resultiert aus den unterschiedlich großen Kolbenflächen 26a', 26a''. Die Druckkraftdifferenz zwischen den beiden Sekundärkammern 29a, 29b resultiert abgesehen von den unterschiedlich großen Kolbenflächen 28a', 28a'' daraus, dass die hintere Sekundärkammer 29b mit der Druckluftquelle P verbunden und die vordere Sekundärkammer 29a entlüftet ist. Bei der sich anschließenden Vor-Arbeitshubphase bleibt die Beschaltung des Sekundärzylinders 9 unverändert, während die vordere Primärkammer 25a mittels des Ventils V2 entlüftet wird. Ist bei dieser Vorhubbewegung, die bevorzugt kontinuierlich abläuft, die die Umkehrstellung definierende Hubendlage erreicht, werden die beiden Primärkammern 25a, 25b zur Ausführung der Rück-Leerhubphase wieder kurzgeschlossen, wobei gleichzeitig die hintere Sekundärkammer 29b entlüftet und die vordere Sekundärkammer 29a belüftet wird. Hier findet die Rückhubbewegung 12b trotz der am Primärkolben 26a in der Vorhubrichtung anstehenden Druckkraft statt, weil – wie weiter oben erläutert – die in der Rückhubrichtung auf den Sekundärkolben 28a einwirkende Antriebskraft größer ist. Zu jedem gewünschten Zeitpunkt beziehungsweise an jeder gewünschten Stelle der Rückhubbewegung 12b kann in die Rück-Arbeitshubphase umgeschaltet werden, in der die Beschaltung des Sekundärzylinders 9 unverändert bleibt, während beim Primärzylinder 8 die hintere Primärkammer 25b bei unveränderter Druckbeaufschlagung der vorderen Primärkammer 25a entlüftet wird.
-
Mit der in
2 illustrierten Schaltung lässt sich mit einer reduzierten Anzahl von Ventilen
33 die gleiche Betriebsweise realisieren wie mit der Schaltung der
1. Hier sind die in
1 an die beiden Primärkammern
25a,
25b angeschlossenen Ventile V1, V2 durch ein einziges 4/3-Wegeventil V1a ersetzt, während die beiden an den Sekundärzylinder
9 angeschlossenen Ventile V3, V4 durch ein einziges 4/3-Wegeventil V3a ersetzt sind. Diesen beiden Ventilen Via, V3a, die jeweils drei Schaltstellungen ”1”, ”2” und ”3” einnehmen können, ist eingangsseitig zweckmäßigerweise noch ein Druck-Einschaltventil V5 vorgeschaltet, mit dem insgesamt die Belüftung oder Entlüftung des Systems gesteuert werden kann. Die nachstehende Tabelle 2 gibt wiederum die Betätigungszustände der diversen Ventile
33 in den einzelnen Betriebsphasen an:
| | V1a | V3a | V5 |
| Entlüftungsphase | 1 | 1 | 1 |
| Vor-Leerhubphase | 1 | 1 | 2 |
| Vor-Arbeitshubphase | 2 | 2 | 2 |
| Rück-Leerhubphase | 1 | 3 | 2 |
| Rück-Arbeitshubphase | 3 | 3 | 2 |
-
Die in
3 illustrierte Schaltung kann als Erläuterung des Grundprinzips der Leerhubphase verstanden werden, wobei im Vergleich zur
1 die beiden Ventile V1, V2 nicht eingezeichnet und stattdessen das Resultat der in der zweiten Schaltstellung
2 befindlichen Ventile V1, V2 ersichtlich ist. Andererseits illustriert die
3 auch eine mögliche Ausgestaltung des Druckluft-Steuersystems
14, das im Vergleich zur
1 ohne die beiden an den Primärzylinder
8 angeschlossenen Ventile V1, V2 auskommt, wobei stattdessen das Fluidkanalsystem
15 über ständig offene Kanaläste
17a,
17b verfügt, die die Kurzschlussverbindung der beiden Primärkammern
25a,
25b während des gesamten Betriebes des Antriebssystems
6 aufrechterhalten. Zwar ergibt sich hier keine Erhöhung der fluidischen Antriebskraft während einer Arbeitsstrecke, weil die individuelle Entlüftungsmöglichkeit für wenigstens eine der beiden Primärkammern
25a,
25b fehlt. Gleichwohl erhält man auch hier eine Energieeinsparung, weil bei der Hubbewegung
12 zu keiner Zeit Druckluft aus dem Primärzylinder
8 in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Die zugehörige Betriebstabelle ist die nachstehende Tabelle 3:
| | V3 | V4 |
| Entlüftungsphase | 1 | 1 |
| Vor-Leerhubphase | 2 | 1 |
| Vor-Arbeitshubphase | 2 | 1 |
| Rück-Leerhubphase | 1 | 2 |
| Rück-Arbeitshubphase | 1 | 2 |
-
Für die 4 gilt das zur 3 Gesagte entsprechend, wobei hier allerdings die Ventilmittel 16 zur Ausführung einer vereinfachten Leerhubphase ausgebildet sind. Das Ventil V3 ist entfallen und ebenso ein die Verbindung der hinteren Sekundärkammer 29b mit der Druckluftquelle P ermöglichender Kanalast. Stattdessen ist hier die hintere Sekundärkammer 29b ständig mit der Atmosphäre verbunden. Die Vor-Leerhubphase resultiert hier ausschließlich aus der Druckkraftdifferenz zwischen den beiden kurzgeschlossenen Primärkammern 25a, 25b, indem das die Druckluftbeaufschlagung der vorderen Sekundärkammer 29a steuernde Ventil V4 die erste Schaltstellung 1 einnimmt. Die Druckkraftdifferenz zwischen den kurzgeschlossenen Primärkammern 25a, 25b ergibt sich bei gleich hohen Drücken aus den unterschiedlich großen Kolbenflächen 26a', 26a''. Für die Rück-Leerhubphase wird bei kurzgeschlossenen Primärkammern 25a, 25b das Ventil V4 in die zweite Schaltstellung 2 umgeschaltet.
-
An dieser Stelle sei erwähnt, dass bei sämtlichen als 3/2-Wegeventilen konzipierten Ventilen 33 die erste Schaltstellung 1 eine Entlüftungsstellung ist, in der die angeschlossene Zylinderkammer mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt ist, während die zweite Schaltstellung 2 eine Belüftungsstellung ist, die eine Fluidverbindung zur Druckluftquelle P bereitstellt.
-
Die Betriebsweise des Antriebssystems
6 der
4 ist aus der nachstehenden Tabelle 4 ersichtlich:
| | V4 |
| Entlüftungsphase | 1 |
| Vor-Leerhubphase | 1 |
| Vor-Arbeitshubphase | 1 |
| Rück-Leerhubphase | 2 |
| Rück-Arbeitshubphase | 2 |
-
Auch hier gilt das zu 3 Gesagte, wonach die Kurzschlussschaltung zwischen den beiden Primärkammern 25a, 25b allein durch das Fluidkanalsystem 15 bereitgestellt werden kann oder alternativ entsprechend der Ausgestaltung aus 1 durch in die zweite Schaltstellung 2 umgeschaltete Ventile V1, V2.
-
Die
5 zeigt das Grundprinzip der Vor-Arbeitshubphase in Verbindung mit einer Ausgestaltung des Druckluft-Steuersystems
14, bei dem wie bei dem Aufbau der
4 nur die Druckluftbeaufschlagung der vorderen Sekundärkammer
29a steuerbar ist, während die hintere Sekundärkammer
29b ständig entlüftet ist. Seitens des Primärzylinders
8 ist nur bei der Vorhubbewegung
12a eine Arbeitshubphase möglich, weil nur an die vordere Primärkammer
25a ein mit V2 bezeichnetes Ventil
33 angeschlossen ist, während die hintere Primärkammer
25b über das Fluidkanalsystem
15 ständig mit der Druckluftquelle P verbunden ist. Die daraus resultierende Betriebsmöglichkeit wird durch die nachstehend abgebildete Tabelle 5 illustriert:
| | V2 | V4 |
| Entlüftungsphase | 1 | 1 |
| Vor-Leerhubphase | 2 | 1 |
| Vor-Arbeitshubphase | 1 | 1 |
| Rück-Leerhubphase | 2 | 2 |
-
Soll bei der Ausführungsform der 5 auch eine Rück-Arbeitshubphase möglich sein, wird in die Fluidverbindung zwischen der Druckluftquelle P und der hinteren Primärkammer 25b ein weiteres Ventil V1 nach dem Vorbild der 1 eingeschaltet. Ist nur bei der Rückhubbewegung 12b eine Arbeitshubphase gewünscht, kann in diesem Fall das der vorderen Primärkammer 25a zugeordnete Ventil V2 entfallen.
-
Die 6 zeigt einen Aufbau des Antriebssystems 6, bei dem die Ventilmittel 16 ein als Proportionalventil 33a ausgebildetes Ventil 33 enthalten, das mit V3b bezeichnet ist. Es handelt sich hier um ein 3/3-Wegeventil, das über insgesamt drei proportional einstellbare Schaltstellungen verfügt. Das Proportionalventil 33a beziehungsweise V3b ist in die Verbindung zwischen die Druckluftquelle P und die vordere Sekundärkammer 29a des Sekundärzylinders 9 eingeschaltet, während die hintere Sekundärkammer 29b bevorzugt wiederum dauernd entlüftet ist. Seitens des Primärzylinders 8 steht die hintere Primärkammer 25b in ständiger Fluidverbindung mit der Druckluftquelle P, an die auch die vordere Primärkammer 25a angeschlossen ist, allerdings unter Zwischenschaltung eines weiteren Ventils 33, das mit V2b bezeichnet ist und bei dem es sich um ein als Schaltventil ausgebildetes 3/2-Wegeventil handelt. Bei diesem Ventil V2b, das in Bezug auf seine Funktion verglichen mit 1 prinzipiell dem dortigen Ventil V2 entspricht, ist allerdings die erste Schaltstellung 1 abweichend vom bisher beschriebenen Konzept keine Entlüftungsstellung, sondern eine Verbindungsstellung, in der die vordere Primärkammer 25a mit der vorderen Sekundärkammer 29a fluidisch verbunden ist, und zwar in dem zwischen dem Ventil V3b und dem Sekundärzylinder 9 liegenden Bereich. Bevorzugt ist der entsprechende Ausgang des Ventils V2b an einen Kanalast 17e des Fluidkanalsystems 15 angeschlossen, das das Proportionalventil V3b mit der vorderen Sekundärkammer 29a verbindet.
-
Das Ventil Vb hat hier quasi eine Weichenfunktion, indem es die vordere Primärkammer 25a wahlweise mit der Druckluftquelle P oder mit der vorderen Sekundärkammer 29a verbinden kann, unter Abtrennung der jeweils anderen Komponente.
-
In der nachstehenden Tabelle 6 ist eine bevorzugte Betriebsweise des in
6 illustrierten Antriebssystems
6 dargelegt:
| | V2b | V3b |
| Stop | 1 | 1 |
| Vor-Leerhubphase | 2 | 2 |
| Vor-Arbeitshubphase | 1 | 2 |
| Rück-Leerhubphase | 2 | 3 |
-
Das Proportionalventil 33a fungiert hier als ein Druckregelventil, mit dessen Hilfe die fluidische Antriebskraft regelbar ist, wobei mit Hilfe der bevorzugt vorhandenen Drucksensormittel 24b der in der vorderen Primärkammer 25a herrschende Fluiddruck als Ist-Druck erfassbar ist, um in einer Regelungseinheit der elektronischen Steuereinrichtung 19 mit einem Sollwert verglichen und entsprechend einreguliert werden zu können.
-
Die
7 zeigt nochmals ein Antriebssystem
6, das für eine Arbeitshubphase sowohl während der Vorhubbewegung
12a, als auch während der Rückhubbewegung
12b ausgebildet ist. Es enthält nach dem Vorbild der in
1 abgebildeten Schaltung zwei Ventile
33 (V1, V2), die in zwei parallelgeschaltete Kanaläste
17a,
17b des Fluidkanalsystems
15 eingeschaltet sind, die jeweils zwischen der Druckluftquelle P und einer der beiden Primärkammern
25a,
25b verlaufen. Darüber hinaus ist die Druckluftquelle P nach dem Vorbild der
5 über einen Kanalast
17d auch an die vordere Sekundärkammer
29a angeschlossen, wobei in diesem Kanalast
17d wiederum ein Ventil
33 (V4) eingeschaltet ist. Bei diesen Ventilen V1, V2, V4 handelt es sich entsprechend der obigen Beschreibung um 3/2-Wegeventile mit je einer zur Entlüftung dienenden ersten Schaltstellung
1 und einer zur Belüftung dienenden zweiten Schaltstellung
2. Die hintere Sekundärkammer
29b ist ständig entlüftet. Die nachstehende Tabelle 7 illustriert ein bevorzugtes Verfahren zum Betreiben des in
7 illustrierten Antriebssystems:
| | V1 | V2 | V4 | |
| Entlüftungsphase | 1 | 1 | 1 | |
| Vor-Leerhubphase | 2 | 2 | 1 | |
| Vor-Arbeitshubphase | 2 | 1 | 1 | |
| Rück-Leerhubphase | 2 | 2 | 2 | |
| Rück-Arbeitshubphase | 1 | 2 | 2 | |
-
Das Antriebssystem 6 der 7 ist bei der Vorhubbewegung 12a in gleicher Weise betreibbar wie das Ausführungsbeispiel der 5, jedoch besteht die zusätzliche Möglichkeit, auch bei der Rückhubbewegung 12b eine Rück-Arbeitshubphase mit erhöhter Antriebskraft vorzusehen.
