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Die Erfindung betrifft eine pneumatische oder hydraulische Schaltanordnung.
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Stand der Technik
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Elektronisch gesteuerte Systeme zur Druckluftaufbereitung setzen die Steuerbefehle aus der Steuerelektronik in der Regel über Magnetventile in die Tat um. Derartige Systeme sind beispielsweise aus der
DE 10 2006 034 762 B3 bekannt.
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Die Steuerung der Druckluftaufbereitung über Magnetventile ist zwar maximal flexibel, erfordert aber am Ort eines jeden Magnetventils eine genaue Abstimmung zwischen dem Innenwiderstand des Magnetventils und der vorhandenen Versorgungsspannung. Ist der Innenwiderstand zu klein, kann das Ventil überhitzen. Ist der Innenwiderstand zu groß, ist der Strom zu gering, so dass keine ausreichende Schaltkraft ausgeübt werden kann. Gerade in Fahrzeugen kann die Versorgungspannung abhängig vom Ladezustand der Batterie, und auf Grund der Zuleitungsverluste auch abhängig von der Entfernung des Magnetventils vom Ort der Batterie, beträchtlich variieren.
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Sofern ein Magnetventil nah am ansteuernden Steuergerät montiert ist, kann es zeitlich prozentual getaktet angesteuert werden, so dass die effektive Spannungsversorgung unabhängig von der Versorgungsspannung eingestellt werden kann. Allerdings wird dann die Zuleitung vom Steuergerät zu dem Gerätventil als Antenne, die eine hohe elektromagnetische Störstrahlung aussendet. Daher ist eine getaktete Ansteuerung von Magnetventilen vielfach nicht möglich. Magnetventile, die sowohl ein großes Anzugsmoment haben als auch für Dauerbetrieb ausgelegt sind, sind teuer.
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Aufgabe und Lösung
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltanordnung zur Verfügung zu stellen, in der der Spielraum für die Abstimmung zwischen dem Innenwiderstand des verwendeten Magnetventils und der Versorgungsspannung größer ist als nach dem bisherigen Stand der Technik.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltanordnung gemäß Hauptanspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Unteransprüchen.
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Gegenstand der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wurde eine pneumatische oder hydraulische Schaltanordnung entwickelt. Diese Anordnung umfasst mindestens ein Gerät, das durch Druckbeaufschlagung eines pneumatischen oder hydraulischen Steuereingangs von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand schaltbar ist.
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Erfindungsgemäß ist dem Steuereingang ein Steuervolumen für ein Druckmittel vorgeschaltet. Dieses Steuervolumen ist durch ein erstes Magnetventil und/oder durch eine Hintereinanderschaltung dieses ersten Magnetventils mit einem zweiten Magnetventil mit einer Quelle für ein Druckmittel verbindbar. Weiterhin weist es mindestens einen durch ein zweites Magnetventil und/oder durch die Hintereinanderschaltung des ersten Magnetventils mit dem zweiten Magnetventil gesteuerten Auslass und/oder mindestens einen gedrosselten Auslass für das Druckmittel auf, wobei optional auch ein und derselbe Auslass sowohl durch ein zweites Magnetventil gesteuert, als auch gedrosselt sein kann. Besonders bevorzugt ist das Steuervolumen ansonsten abgeschlossen. Dabei ist das erste Magnetventil und/oder seine Hintereinanderschaltung mit dem zweiten Magnetventil in eine für den Druck im Steuervolumen undurchlässige Schaltstellung überführbar.
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In der einfachsten Ausführungsform ist das erste Magnetventil ein 2/2-Wegeventil und ausschließlich für die Verbindung des Steuervolumens mit der Quelle für das Druckmittel zuständig. Das zweite Magnetventil ist dann ebenfalls ein 2/2-Wegeventil und ausschließlich für die Steuerung des Auslasses aus dem Steuervolumen zuständig. Die Verwendung komplexerer Ventile, und hier insbesondere einer Hintereinanderschaltung, die sowohl für die Verbindung des Steuervolumens mit der Quelle für das Druckmittel als auch für die Steuerung des Auslasses aus dem Steuervolumen zuständig ist, ermöglicht eine bauraumsparende Anordnung der Magnetventile, aber auch eine Integration zusätzlicher Funktionen. Beispielsweise können verschiedene Steuereingänge an verschiedenen Geräten unabhängig voneinander angesteuert werden, oder es können noch weitere Druckluftpfade geschaltet werden, die losgelöst vom Steuervolumen weitere Funktionen bereitstellen. Es sind dann gleichwohl nur Ansteuerungsmittel für zwei Ventile nötig.
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Vorteilhaft sind die Magnetventile als monostabile Ventile ausgebildet. Dann werden sie bei Ausfall der elektrischen Versorgung automatisch in eine definierte Position zurückgestellt. Ausgehend von dieser definierten Position können beispielsweise pneumatische Back-up-Schaltungen geplant werden.
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Es wurde erkannt, dass in einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung die Magnetventile nur für sehr viel kürzere Zeiten mit Strom beaufschlagt werden müssen als nach dem bisherigen Stand der Technik: Ist das Steuervolumen durch das erste Magnetventil und/oder durch die Hintereinanderschaltung mit dem Druckmittel gefüllt worden und weist es nur Auslässe auf, die durch Magnetventile gesteuert sind, so kann der durch das erste Magnetventil und/oder durch die Hintereinanderschaltung eingegebene Schaltzustand stromlos beliebig lange konserviert werden. Die Ventile müssen also nur dann mit Strom beaufschlagt werden, wenn der Schaltzustand geändert werden muss. Bei solch kurzzeitigen Beanspruchungen ist bei gegebenem Innenwiderstand des Magnetventils eine deutlich größere Bandbreite an Versorgungsspannungen zulässig. Diese höhere Bandbreite kann genutzt werden, um die Schaltanordnung insgesamt für niedrigere Versorgungsspannungen auszulegen. Weiterhin wird auch Energie eingespart, wenn die Magnetventile nur noch kurz betätigt werden müssen.
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Nach dem bisherigen Stand der Technik war insbesondere in Druckluftaufbereitungsanlagen die Einschaltdauer der Magnetventile im Vorhinein nicht bestimmbar. Sie hing beispielsweise von den einzuhaltenden Druckverhältnissen in den Vorratsbehältern und dem aktuellen Druckluftverbrauch ab. Einige der Zustände, von denen die Einschaltdauer der Magnetventile abhängt, können potentiell dauerhaft anhalten. Nach dem bisherigen Stand der Technik führten solche Situationen dazu, dass Magnetventile ständig mit Strom beaufschlagt wurden. Da viele Druckluftverbraucher, wie beispielsweise Bremssysteme, jederzeit verfügbar sein müssen, verbietet sich in vielen Fällen die technische Durchsetzung einer maximalen Einschaltdauer der Magnetventile. Erfindungsgemäß ist nun automatisch sichergestellt, dass die Magnetventile nur für einen kleinen Bruchteil der Betriebszeit der Schaltanordnung bestromt werden müssen. Für derart kurze Einschaltdauern verträgt ein Magnetventil ein Mehrfaches des bei Dauerbeanspruchung zulässigen Stroms.
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Dies hat auch zur Folge, dass für die gleiche Steueraufgabe deutlich günstigere Magnetventile verwendet und somit Kosten bei der Realisierung von Druckluftsystemen eingespart werden können. Beispielsweise sind zur Verwendung in Antiblockiersystemen (ABS) ausgereifte, günstige Magnetventile in großer Stückzahl verfügbar. Sie sind jedoch nur für kurzzeitige Betätigung ausgelegt und konnten daher in Druckluftversorgungsanlagen bislang nicht verwendet werden. Indem durch die erfindungsgemäße Verschaltung die Einschaltdauer begrenzt wird, können diese Ventile nun beispielsweise in der Lufttrockner-Baugruppe einer Druckluftaufbereitungsanlage verwendet werden.
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Druckluft ist als Druckmittel auch dann besonders vorteilhaft, wenn die Schaltanordnung nicht in einer Druckluftaufbereitungsanlage verbaut ist. Druckluft ist zum Einen überall verfügbar und muss zum Anderen nach Gebrauch nicht in ein Reservoir zurückgeführt werden.
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Sofern das Steuervolumen einen gedrosselten Auslass für das Druckmittel aufweist, der nicht durch ein weiteres Magnetventil gesperrt ist, kann das Gerät durch einmaliges Aktivieren des ersten Magnetventils und/oder durch der Hintereinanderschaltung für eine definierte Zeitdauer in den zweiten Betriebszustand geschaltet werden: Der durch das erste Magnetventil und/oder durch die Hintereinanderschaltung eingesteuerte Druck des Druckmittels entweicht langsam durch den gedrosselten Auslass. Fällt der Druck unter eine kritische Schwelle, schaltet das Gerät automatisch vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand zurück. Vorteilhaft ist zwischen dem ersten Magnetventil und dem Steuervolumen, und/oder zwischen der Hintereinanderschaltung des ersten Magnetventils mit dem zweiten Magnetventil und dem Steuervolumen, ein in Richtung auf das Steuervolumen öffnendes Drucksicherungsventil angeordnet. Dann kann das erste Magnetventil und/oder die Hintereinanderschaltung druckentlastet werden, ohne dass der eingesteuerte Schaltzustand verloren geht.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Magnetventil, und/oder seine Hintereinanderschaltung mit dem zweiten Magnetventil, in den Regenerationspfad eines Druckluftversorgungssystems geschaltet. Das Magnetventil bzw. die Hintereinanderschaltung lässt dann im geöffneten Zustand eine Rückströmung von Druckluft zu, die aus dem durch das System versorgten Bereich durch mindestens eine Einrichtung zur Druckluftaufbereitung führt. Diese Einrichtung kann insbesondere ein Lufttrockner sein. Der Regenerationspfad kann beispielsweise ein Rückschlagventil überbrücken, das ansonsten eine Luftströmung immer nur vom Lufttrockner in den versorgten Bereich zulässt und nicht umgekehrt. Das Magnetventil bzw. die Hintereinanderschaltung schaltet in dieser Anordnung also nicht nur das zu steuernde Ventil um, sondern sorgt gleichzeitig während seiner Einschaltdauer auch für eine Regeneration des Lufttrockners mit getrockneter Druckluft.
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Zu diesem Zweck umfasst in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das schaltbare Gerät einen in das Druckluftversorgungssystem fördernden Kompressor und/oder ein Entlüftungsventil für das Volumen, in das der Kompressor fördert. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Rückströmung durch den Regenerationspfad und durch die Einrichtung zur Druckluftaufbereitung von einem durch den Kompressor aufgebauten Gegendruck behindert wird. Nachdem das erste Magnetventil, bzw. seine Hintereinanderschaltung mit dem zweiten Magnetventil, ausgeschaltet ist, bleibt die Steuerluft im Steuervolumen vor den Steuereingängen des Kompressors und/oder des Entlüftungsventils eingeschlossen. Der Kompressor kann also beliebig lange daran gehindert werden, Druckluft in das Druckluftversorgungssystem zu fördern, ohne dass hierfür ständig ein Magnetventil aktiv sein muss. Es ist auch umgekehrt keine ständige Aktivierung eines Magnetventils notwendig, wenn bei hohem Druckluftverbrauch ständig Druckluft in das System gefördert werden muss. Ein Magnetventil muss nur kurz aktiv sein, wenn die Förderung von Druckluft ein- oder ausgeschaltet werden soll oder wenn eine Regeneration der Einrichtung zur Druckluftaufbereitung nötig ist. Auch diese Regenerationszeiträume sind im Vergleich zur gesamten Betriebszeit der Schaltanordnung sehr kurz.
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Das Druckluftversorgungssystem ist vorteilhaft so ausgelegt, dass der Kompressor während maximal 50 % der Gesamtbetriebszeit Druckluft in das System fördert und die Einrichtung zur Druckluftaufbereitung während maximal 10 % der Gesamtbetriebszeit regeneriert wird.
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Hat das Steuervolumen ein Leck, so schaltet sich die Förderung der Druckluft wieder ein, sobald der Druck im Steuervolumen unter ein bestimmtes Niveau abgesunken ist. Vorteilhaft sind jedoch Mittel zum Nachfüllen von Druckmittel in das Steuervolumen zur Sicherung eines im Steuervolumen eingeschlossenen Drucks vorgesehen. Diese Mittel können beispielsweise in einer Ansteuerung des ersten Magnetventils oder seiner Hintereinanderschaltung mit dem zweiten Magnetventil liegen, die im druckbeaufschlagten Zustand des Steuervolumens dieses erste Magnetventil bzw. die Hintereinanderschaltung periodisch getaktet kurz öffnen, so dass eventuell durch Leckagen aus dem Steuervolumen entwichenes Druckmittel ersetzt wird. Es kann aber auch eine Überwachung des Drucks im Steuervolumen vorgesehen sein, die ein Nachfüllen nur dann einleitet, wenn dieser Druck ungewollt abgesunken ist.
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Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn die Schaltanordnung zur Steuerung einer elektropneumatischen Parkbremse verwendet wird. Eine derartige Parkbremse ist in der Regel als Federspeicherbremse ausgeführt, d.h. sie wird durch eine Federkraft angelegt und durch Beaufschlagung des Federspeicherbremszylinders mit einem Lösedruck gelöst. Der Kolben in diesem Bremszylinder, der bei Beaufschlagung mit dem Lösedruck die Bremse löst, ist dann der pneumatische Steuereingang der Federspeicherbremse, und der Bremszylinder ist das Steuervolumen.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein druckmittelbetätigbares Ventil vorgesehen, welches einen Auslass für das Druckmittel aus dem Steuervolumen öffnet, wenn der Druck an mindestens einem anderen Ort in der Schaltanordnung einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet. Dadurch kann gewährleistet werden, dass bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung das schaltbare Gerät wieder vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand zurückgeschaltet wird. Ist die Schaltanordnung beispielsweise in einem Druckluftversorgungssystem verbaut und steuert das Steuervolumen den Kompressor und/oder ein Entlüftungsventil für das Volumen, in das der Kompressor fördert, ist die Verschaltung bevorzugt so gewählt, dass der Kompressor bei drucklosem Steuervolumen normal Luft in das Druckluftversorgungssystem fördert. Wird das Steuervolumen durch das erste Magnetventil, bzw. durch seine Hintereinanderschaltung mit dem zweiten Magnetventil,mit Druckluft gefüllt, wird die Förderung der Druckluft unterbunden. Damit wichtige Druckluftverbraucher, wie z.B. das Bremssystem, auch bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung weiterhin Druckluft erhalten, überwacht der Steuereingang des druckmittelbetätigbaren Ventils vorteilhaft einen Ort im versorgten Bereich des Druckluftversorgungssystems. Hierzu kann beispielsweise der an diesem Ort herrschende Druck über den Steuereingang gegen die Wirkung der Ventilfeder angelegt werden. Herrscht im versorgten Bereich ein ausreichender Druck, wird das druckmittelbetätigbare Ventil hierdurch in Schließstellung gehalten, und die Steuerluft bleibt im Steuervolumen eingeschlossen. Sinkt der Druck im versorgten Bereich ab, überwiegt die Federkraft und schaltet das druckmittelbetätigbare Ventil in die Öffnungsstellung. Das Steuervolumen wird entlüftet, und die Förderung von Druckluft in den versorgten Bereich wird wieder aufgenommen.
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Vorteilhaft ist der Schließdruck des druckmittelbetätigbaren Ventils geringer als der Druck, ab dem bei funktionierender elektrischer Versorgung die Förderung des Kompressors wieder aktiviert wird. Die pneumatische Entlüftung des Steuervolumens ist dann ein reines Back-up für Ausfälle der elektrischen Versorgung, greift aber bei funktionierender elektrischer Versorgung der Entlüftung des Steuervolumens über das zweite Magnetventil nicht vor.
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Vorteilhaft weist das Entlüftungsventil einen zweiten Steuereingang auf, der bei Druckbeaufschlagung über einem vorbestimmten Wert das Entlüftungsventil öffnet und der mit dem Volumen, in das der Kompressor fördert, oder mit dem durch das Druckluftversorgungssystem versorgten Bereich verbunden ist. Dann erfüllt es eine doppelte Funktion und ermöglicht nicht nur die Unterbrechung der Druckluftförderung durch Ansteuern des ersten Magnetventils bzw. der Hintereinanderschaltung des ersten Magnetventils mit dem zweiten Magnetventil, sondern auch eine automatische Sicherung gegen den Aufbau eines gefährlichen Überdrucks, die auch im stromlosen Zustand funktioniert.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hintereinanderschaltung aus dem ersten Magnetventil und dem zweiten Magnetventil derart ausgestaltet, dass
- • das erste Magnetventil und das zweite Magnetventil jeweils mindestens die Funktionalität eines 3/2-Wegeventils bereitstellen;
- • das zweite Magnetventil seinen mit dem Eingang des ersten Magnetventils verbundenen Ausgang in einer ersten Schaltstellung mit einer Entlüftung und in einer zweiten Schaltstellung mit der Quelle für das Druckmittel verbindet; und
- • das erste Magnetventil mindestens zwei Ausgänge aufweist, die mit zwei voneinander unabhängigen Steuervolumina für die Ansteuerung unterschiedlicher Steuereingänge verbunden sind, wobei das erste Magnetventil in jeder Schaltstellung mindestens ein Steuervolumen mit dem Eingang verbindet und mindestens ein zweites Steuervolumen absperrt.
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Ist in dieser Ausgestaltung das zweite Magnetventil in seiner ersten Schaltstellung, wird eines der Steuervolumina entlüftet. Welches Steuervolumen entlüftet wird, wird durch Umschalten des ersten Magnetventils ausgewählt.
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Ist das zweite Magnetventil dagegen in seiner zweiten Schaltstellung, wird eines der Steuervolumina durch die Druckmittelquelle unter Druck gesetzt. Welches Steuervolumen unter Druck gesetzt wird, wird durch Umschalten des ersten Magnetventils ausgewählt.
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Dabei kann optional ein Regenerationspfad für die Regeneration einer Druckluftaufbereitungseinrichtung eines Druckluftversorgungssystems durch mindestens ein Steuervolumen führen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass dieses Steuervolumen immer dann Druckluft erhält, wenn der Regenerationspfad geöffnet ist. Das Steuervolumen kann beispielsweise ein Entlüftungsventil ansteuern, so dass immer dann, wenn der Regenerationspfad geöffnet ist, die durch den Lufttrockner rückströmende und mit Feuchtigkeit beladene Luft durch dieses Entlüftungsventil ins Freie abströmen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausgang des zweiten Magnetventils mit demjenigen Steuervolumen, das im stromlosen Zustand des ersten Magnetventils von diesem ersten Magnetventil abgesperrt wird, über eine das erste Magnetventil umgehende Leitung verbunden, in der ein in Richtung auf dieses Steuervolumen öffnendes Drucksicherungsventil angeordnet ist. Dann kann dieses Steuervolumen unabhängig davon, ob das erste Magnetventil bestromt ist, durch Bestromung des zweiten Magnetventils mit Druckmittel befüllt werden. Sind beide Magnetventile bestromt, können beide Steuervolumina gleichzeitig mit Druckmittel befüllt werden.
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Ist ein druckmittelbetätigbares Ventil vorgesehen, das abhängig vom Druck an mindestens einem anderen Ort in der Schaltanordnung einen Auslass für das Druckmittel aus dem doppelt (über das erste Magnetventil und über das dieses erste Magnetventil überbrückende Drucksicherungsventil) angebundenen Steuervolumen öffnet, so wird dieser Auslass bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung auch gleichzeitig auf das zweite Steuervolumen wirken, da das erste Magnetventil in seine erste Schaltstellung zurückfällt und somit einen Weg vom zweiten Steuervolumen zur Verbindung zwischen den beiden Magnetventilen freigibt.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hintereinanderschaltung aus dem ersten Magnetventil und dem zweiten Magnetventil derart ausgestaltet, dass
- • das erste Magnetventil und das zweite Magnetventil jeweils mindestens die Funktionalität eines 3/2-Wegeventils bereitstellen;
- • das zweite Magnetventil seinen mit dem Eingang des ersten Magnetventils verbundenen Ausgang in einer ersten Schaltstellung mit einer Entlüftung und in einer zweiten Schaltstellung mit der Quelle für das Druckmittel verbindet; und
- • das erste Magnetventil im bestromten Zustand seinen Eingang mit mindestens einem Steuervolumen verbindet und im unbestromten Zustand einen Teil eines Regenerationspfades für die Regeneration einer Druckluftaufbereitungseinrichtung eines Druckluftversorgungssystems bildet, wobei das Magnetventil diesen Teil des Regenerationspfades im bestromten Zustand unterbricht.
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Durch Bestromung beider Magnetventile kann dann das Steuervolumen mit Druck beaufschlagt werden, beispielsweise, um einen Kompressor abzuschalten und/oder ein Entlüftungsventil zu öffnen. Danach kann eine Regeneration der Druckluftaufbereitungseinrichtung (Lufttrockner) angestoßen werden, indem das erste Magnetventil stromlos geschaltet wird. Für die Dauer der Regeneration muss nur das zweite Magnetventil bestromt bleiben. Wird dieses am Ende der Regeneration stromlos geschaltet, kann durch anschließendes kurzes Bestromen des ersten Magnetventils das Steuervolumen entlüftet und der Grundzustand der Schaltanordnung wieder hergestellt werden.
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Spezieller Beschreibungsteil
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Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch beschränkt wird.
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Es ist gezeigt:
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1 Druckluftversorgungssystem mit einen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltanordnung; und
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2 Realisierung eines pneumatischen Back-ups für die in 1 gezeigte Schaltanordnung.
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3 Erweiterung der in 2 gezeigten Schaltanordnung um zusätzliche Drucksensoren.
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4 Funktionsintegration durch Hintereinanderschaltung zweier 3/2-Wegeventile.
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5 Erweiterung des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels um gleichzeitige Befüllbarkeit der Steuervolumina 3a und 3b.
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6 Realisierung der gleichen Funktionalität wie gemäß 1 mit einer Hintereinanderschaltung zweier Magnetventile 4 und 6.
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1 zeigt ein Druckluftversorgungssystem S, in das eine erfindungsgemäße pneumatische Schaltanordnung integriert ist. Ein Kompressor 1 fördert in ein Volumen V, an das eine Lufttrocknerpatrone 9 anschließt. Die Lufttrocknerpatrone 9 trocknet die vom Kompressor gelieferte Druckluft. Über ein Rückschlagventil 5a gelangt die getrocknete Druckluft in den vom Druckluftversorgungssystem S versorgten Bereich 5.
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Die Förderung der Druckluft wird durch eine elektronische Steuereinheit 14 geregelt. Um die Förderung zu unterbrechen, wird ein Magnetventil 4 aktiviert. Dieses leitet Druckluft aus dem versorgten Bereich 5 über ein Rückschlagventil 8 in ein Steuervolumen 3. Diese Steuervolumen 3 ist sowohl mit einem pneumatischen Steuereingang 1a des Kompressors 1 als auch mit einem pneumatischen Steuereingang 2a eines Entlüftungsventils 2 verbunden, welches das Volumen V, in das der Kompressor 1 fördert, über einen Auslass E entlüftet. Befindet sich Steuerdruck in Volumen 3, wird der Kompressor 1 angehalten, und das Volumen V wird zum Auslass E hin entlüftet. Während das Magnetventil 4 aktiviert ist, wird außerdem trockene Druckluft aus dem versorgten Bereich 5 auf einen Regenerationspfad (A-B-C-D-E) in rückwärtiger Richtung durch den Lufttrockner 9 geleitet. Diese trockene Druckluft wird über eine Drossel 10 entspannt. Sie führt Feuchtigkeit aus dem Lufttrockner 9 ab und befördert sie durch das Ventil 2 und den Auslass E aus dem System. Wird das Magnetventil 4 wieder geschlossen, indem seine Bestromung unterbrochen wird, wird der Regenerationspfad wieder unterbrochen. Gleichwohl bleibt die Steuerluft im Steuervolumen 3 gespeichert. Der Kompressor 1 bleibt daher ausgeschaltet und das Volumen V wird weiterhin durch das Entlüftungsventil 2 und den Auslass E entlüftet. Erst wenn mit dem zweiten Magnetventil 6 das Steuervolumen 3 entlüftet wird, werden die Steuereingänge 1a des Kompressors 1 und 2a des Entlüftungsventils 2 drucklos. Das Ventil 2 kehrt in die Schließstellung zurück und der Kompressor startet wieder. Die Förderung der Druckluft in den versorgten Bereich 5 wird wieder aufgenommen.
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Das Rückschlagventil 11 stellt sicher, dass das Steuervolumen 3 nur über das Magnetventil 4 mit Druck beaufschlagt wird und nicht über den Teil (C-B) des Regenerationspfades.
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Das Entlüftungsventil 2 hat einen zweiten pneumatischen Steuereingang 2b. Dieser ist mit dem Volumen V verbunden, in das der Kompressor 1 fördert. Baut sich dort ein zu hoher Druck auf, wird dieser durch den Auslass E abgebaut.
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In den 1 bis 3 sind neben den elektrischen Steuerleitungen für die Magnetventile 4 und 6 auch die zum Steuervolumen 3 gehörenden Leitungen als gestrichelte Linien gezeichnet. Das als Strichpunktlinie gezeichnete Rechteck umschließt jeweils alle Elemente, die beim Einbau des erfindungsgemäßen Druckluftversorgungssystems S in der zwischen den Kompressor 1 und die Druckluftverbraucher geschalteten Baugruppe „Lufttrockner“ zusammengefasst sind.
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2 ist gegenüber 1 um ein Back-up-System ergänzt, das bei Ausfall der elektrischen Versorgung einen Notbetrieb aufrechterhält. Ein druckmittelbetätigbares Ventil 12 ist zwischen das Steuervolumen 3 und einen Auslass 13 geschaltet. Durch den vom Punkt A im durch das System S versorgten Bereich 5 abgegriffenen Druck wird das Ventil 12 gegen die Kraft der Ventilfeder in der Schließstellung gehalten. Fällt dieser Druck unter einen vorbestimmten Wert ab, ist das ein Zeichen, dass im Bereich 5 mehr Druckluft benötigt wird. In diesem Fall soll sichergestellt werden, dass auch bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung die Förderung von Druckluft aktiviert ist. Hierzu wird das Ventil 12 bei nachlassendem Steuerdruck am Punkt A durch die Kraft der Ventilfeder in die Öffnungsstellung geschaltet und entlüftet das Steuervolumen 3. Dadurch wird das Entlüftungsventil 2 geschlossen, und der Kompressor 1 wird gestartet. Eine Sicherung gegen den Aufbau eines gefährlichen Überdrucks ist weiterhin gegeben, da in einem solchen Fall der Steuereingang 2b das Entlüftungsventil 2 in die Durchgangsstellung schaltet.
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Die Steuerleitung zum Steuereingang des Ventils 12 arbeitet funktionell mit den elektrischen Steuerleitungen der Magnetventile 4 und 6 dahingehend zusammen, dass das Ventil 12 ein Back-up für den Ausfall dieser Leitungen darstellt. Sie arbeitet außerdem funktionell mit dem Steuervolumen 3 zusammen, indem dieses ggfs. entlüftet wird. Um diesen Zusammenhang zu verdeutlichen, ist sie in den 2 und 3 gestrichelt eingezeichnet.
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3 ist gegenüber 2 dahingehend ergänzt, dass zusätzlich elektronische Drucksensoren 15a und 15b vorgesehen sind. Der Sensor 15a überwacht den Druck im vom Druckluftversorgungssystem S versorgten Bereich 5. Der Drucksensor 15b überwacht den Druck im Steuervolumen 3. Die Signale der Drucksensoren 15a und 15b werden über Steuerleitungen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet sind, der zentralen Steuereinheit 14 zugeleitet. Weiterhin ist in dieser Ausgestaltung der Erfindung das erste Magnetventil 4 anders ausgebildet. In seiner Schließstellung wird sein Arbeitsausgang drucklos gemacht. Dies bewirkt, dass das Druckgefälle am Rückschlagventil 11 maximal wirkt und dieses Ventil besonders dicht schließt. Ist das Steuervolumen 3 druckbeaufschlagt, wirkt auch das Druckgefälle am Rückschlagventil 8 maximal, so dass für einen besonders sicheren Einschluss der Steuerluft gesorgt ist.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass eine Hintereinanderschaltung zweier 3/2-Wegeventile 4 und 6 sowohl für die Be- als auch für die Entlüftung zweier voneinander unabhängiger Steuervolumina 3a und 3b zuständig ist. Dabei steuert der Druck im Steuervolumen 3a den Steuereingang 1a des Kompressors 1 an. Der Druck im Steuervolumen 3b steuert den pneumatischen Steuereingang 2a des Entlüftungsventils 2 an.
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Die Aufteilung in zwei voneinander unabhängige Steuervolumina 3a und 3b bereichert das Druckluftversorgungssystem um zwei zusätzliche Funktionen. Zum Einen kann der Kompressor 1 durch Druckbeaufschlagung des Steuervolumens 3a abgeschaltet werden, ohne dass zugleich das Entlüftungsventil 2 geöffnet wird und der vom Kompressor 1 im Volumen V bereits aufgebaute Druck verloren geht („supply line closing“). Zum Anderen ist es aber auch möglich, durch Druckbeaufschlagung des Steuervolumens 3b das Entlüftungsventil 2 zu öffnen, während der Kompressor 1 eingeschaltet bleibt. Der Kompressor 1 fördert dann durch die Entlüftung E ins Freie, wobei die geförderte Luft Abwärme des Kompressors 1 abführt und so den Luftweg heizt („pneumatic heating“). Da sich diese Luftwege vor dem Lufttrockner 9 befinden und die Luft hier noch feucht sein kann, kann durch dieses Heizen ein Einfrieren der Luftwege verhindert werden.
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Der Schaltzustand des zweiten Magnetventils 6 entscheidet darüber, ob ein Steuervolumen mit Druck beaufschlagt oder entlüftet wird. Auf welches Steuervolumen (3a oder 3b) diese Maßnahme jeweils wirkt, wird durch den Schaltzustand des ersten Magnetventils 4 entschieden.
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Durch das Steuervolumen 3b führt zugleich der Regenerationspfad A-B-C-D-E. Durch Bestromung des Magnetventils 6 können somit dieser Regenerationspfad und das Entlüftungsventil 2 gleichzeitig geöffnet werden. Dabei hat der Benutzer die freie Wahl, ob er den Kompressor 1 zuvor durch Einschließen eines Drucks im Steuervolumen 3a ausschaltet oder ihn zwecks pneumatischem Heizen der Luftwege ins Freie fördern lässt. Dies kann beispielsweise von der Außentemperatur abhängig gemacht werden.
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Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 um eine Umgehungsleitung 15 mit einem Rückschlagventil 15a erweitert, die ausgehend von der Verbindung zwischen den beiden Magnetventilen 4 und 6 das erste Magnetventil 4 überbrückt und ins Steuervolumen 3a führt. Das Rückschlagventil 15a öffnet in Richtung auf dieses Steuervolumen 3a.
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Eine Bestromung des zweiten Magnetventils 6 führt nun grundsätzlich dazu, dass das Steuervolumen 3a druckbeaufschlagt wird. Ist gleichzeitig das erste Magnetventil 4 bestromt, werden beide Steuervolumina 3a und 3b gleichzeitig druckbeaufschlagt. Der Druck im Steuervolumen 3a lässt sich einschließen, indem das erste Magnetventil 4 stromlos geschaltet wird. Der Druck im Steuervolumen 3b hingegen bleibt nur so lange aufrechterhalten, wie das zweite Magnetventil 6 bestromt ist, da er über das Rückschlagventil 11 und die Drossel 10 entweichen kann.
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Das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel realisiert durch die Hintereinanderschaltung des ersten Magnetventils 4 mit dem zweiten Magnetventil 6 im Wesentlichen die gleiche Funktionalität, die auch das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel liefert. Der Steuereingang 1a des Kompressors 1 und der Steuereingang 2a des Entlüftungsventils 2 sind mit dem gleichen Steuervolumen 3 verbunden, das durch kurze gleichzeitige Bestromung der beiden Magnetventile 4 und 6 mit Druck beaufschlagt werden kann. Wird anschließend das erste Magnetventil 4 stromlos geschaltet, das zweite Magnetventil 6 jedoch weiterhin bestromt, wird der Regenerationspfad geöffnet und der Lufttrockner 9 gespült. Der Vorteil gegenüber dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Hintereinanderschaltung kompakter zu bauen ist und dass zugleich das Rückschlagventil 8 aus 1 eingespart werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kompressor
- 1a
- Pneumatischer Steuereingang des Kompressors
- 2
- Entlüftungsventil
- 2a, 2b
- Pneumatische Steuereingänge des Entlüftungsventils 2
- 3, 3a, 3b
- Steuervolumina
- 4
- Erstes Magnetventil
- 5
- Vom Druckluftversorgungssystem S versorgter Bereich
- 5a
- In den Bereich 5 führendes Rückschlagventil
- 6
- Zweites Magnetventil
- 7
- Auslass des zweiten Magnetventils 6
- 8
- In das Steuervolumen 3 führendes Rückschlagventil
- 9
- Lufttrocknerpatrone
- 10
- Drossel im Regenerationspfad (A, B, C, D, E)
- 11
- Rückschlagventil im Regenerationspfad (A, B, C, D, E)
- 12
- Druckmittelbetätigbares Ventil als pneumatisches Back-up
- 13
- Auslass des Ventils 12
- 14
- Elektronische Steuereinheit
- 15
- Umgehungsleitung
- 15a
- Rückschlagventil in der Umgehungsleitung 15
- A, B, C, D, E
- Punkte entlang des Regenerationspfades
- E
- Auslass des Entlüftungsventils 2
- S
- Druckluftversorgungssystem
- V
- Volumen, in das der Kompressor 1 fördert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006034762 B3 [0002]
