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Die Erfindung betrifft ein Fluidtechniksystem mit einer Wartungsmoduleinheit, die bei der Wartung für das Wartungspersonal leicht zugänglich und übersichtlich ist. Desweiteren übernimmt die Wartungseinheit in einem Störfall die Aufgabe, Lastkräfte zu neutralisieren, die auf den Aktor wirken.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits viele Ausführungen von Modulen bekannt, mit denen die Wartung von durch einen Fluiddruck antreibbare Aktoren vereinfacht bzw. unterstützt wird. Meist sind diese jedoch in die Stellglieder dieser Aktoren integriert und zentral mit anderen Stellgliedern anderer Aktoren platziert. Dies stellt aber für die Wartung oft ein Problem dar, da diese zentrale Anordnung zum Einen meist sehr unübersichtlich ist, sodass ein erhöhter Zeitaufwand für die Bedienung der Module anfällt. Zum Anderen ist diese zentrale Anordnung oft vom zu wartenden Aktor so weit beabstandet, dass eine Reaktion des Aktors auf die Bedienung der Module nicht einsehbar ist oder, dass durch fehlenden Sichtkontakt und/oder weite Wege zwischen Modul und Aktor ein erheblicher personeller und/oder zeitlicher Mehraufwand benötigt wird. Desweiteren besteht bei vielen, einen durch Fluiddruck angetriebenen Aktor umfassenden, Fluidtechniksystemen, die Möglichkeit, dass Kräfte, die in einem Störfall auf den Aktor wirken, nicht kompensiert werden, und von diesen eine Gefahr für Wartungspersonal darstellen. So kann beispielsweise bei einer Verklemmung eines Bauteils eine Abschaltung des Aktors erfolgen, bei der immer noch hohe Kräfte im Aktor gespeichert sind. Die Kräfte werden beim Lösen der Verklemmung ruckartig frei, was zu einer ruckartigen Bewegung des Aktors führt. Von dieser Bewegung geht eine hohe Gefahr für das Wartungspersonal aus.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine einfache und kostengünstige Lösung bereitzustellen, welche zum einen in unmittelbarer Nähe des Aktors bedient werden kann und dabei Lastkräfte neutralisiert, die auf den Aktor wirken, ohne dabei unnötige Kräfte im System zu halten oder aufzubauen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß den Patentansprüchen 1, 9 und 14 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird daher ein Fluidtechniksystem umfassend einen durch einen Fluiddruck antreibbaren Aktor, ein Fluidstellglied, ein Druckleitungssystem und eine Wartungsmoduleinheit vorgeschlagen. Der durch den Fluiddruck antreibbare Aktor kann zum Einen durch das Fluidstellglied und/oder zum Anderen durch die Wartungsmoduleinheit über das Druckleitungssystem gesteuert werden. Das Fluidstellglied wird dabei in einem ersten räumlichen Abstand zu der Wartungsmoduleinheit und die Wartungsmoduleinheit in einem zweiten räumlichen Abstand zu dem durch den Fluiddruck antreibbaren Aktor angeordnet, wobei der zweite räumliche Abstand geringer ist als der erste räumliche Abstand. Dadurch wird sichergestellt, dass eine solche Wartungsmoduleinheit einfach nachrüstbar ist und die eigentliche Steuerung des Aktors nicht beeinflusst wird. Die eigentliche Steuerung, die vom Fluidstellglied und meist weiteren Komponenten wie Relais, oder speicherprogrammierbaren Steuerungen übernommen wird, stellt dabei die Steuerung im Produktions- oder Automatikbetrieb dar. Dabei ist das Fluidstellglied meist mit anderen Fluidstellgliedern anderer Aktoren auf einer Ventilinsel in größerem Abstand und oft schlecht zugänglich zu dem Aktor angeordnet. Durch eine geringe Entfernung und eine besser zugängliche Positionierung der Wartungsmoduleinheit kann dies umgangen werden. Im Wartungsfall oder bei Störungen können Wartungsaufgaben oder Maßnahmen zur Störungsbehebung schneller durchgeführt werden als mit der herkömmlichen Anordnung. Die Fluidtechniksysteme betreffen insbesondere Pneumatiksysteme.
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In einer Ausführungsvariante ist es vorteilhaft, dass der zweite räumliche Abstand geringer als 2m, weiter bevorzugt kleiner als 1m, ist. Dabei ist natürlich auch vorgesehen, dass das Modul gut erreichbar und einsehbar angeordnet ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform liegt auch vor, wenn die Wartungsmoduleinheit an dem durch den Fluiddruck antreibbaren Aktor angeordnet ist. Dadurch wird der zweite Abstand minimiert. Hierbei wird auch vorgesehen, dass das Modul gut erreichbar und einsehbar angeordnet ist.
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Von Vorteil ist ferner eine Ausführung, bei der das Druckleitungssystem zumindest eine Druckleitung umfasst. Meist werden mehrere Druckleitungen vorgesehen. Diese sind meist über Verbinder verschiedener Ausführungsformen, wie T-Stücke, miteinander gekoppelt. Zu den Druckleitungen sind neben Schläuchen auch dafür geeignete Rohre oder Bohrungen, wie in Ventilinseln vorhanden, zu zählen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform liegt auch vor, wenn das Fluidstellglied und die Wartungsmoduleinheit unabhängig voneinander mit einer Druckversorgung verbunden sind. Wird beispielsweise die Druckversorgung eines Fluidstellglieds durch ein zwischengeschaltetes Sperrventil getrennt, kann die Wartungsmoduleinheit weiter ihre Aufgaben erfüllen und den Aktor bewegen oder zumindest dessen Zustand erhalten.
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Vorteilhaft ist, wenn das Fluidstellglied ein Mehrwegeventil und auf einer Ventilinsel angeordnet ist. Für die Steuerung eines Aktors sind verschiedene Mehrwegeventile geeignet, hierzu zählen nicht abschließend 3/2-, 4/2- und 5/2-Wegeventile, die in der Praxis auf einer, mehrere Ventile umfassende, Ventilinsel montiert sind. Die Ventilinsel fasst dabei auch Anschlüsse, wie die Druckversorgung mehrerer Ventile, zusammen.
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Weiter von Vorteil ist, wenn der durch den Fluiddruck antreibbare Aktor ein Linearantrieb oder ein Schwenkantrieb ist. Hierzu zählen Rotationsantriebe und auch Zylinder, welche verschiedene Ausführungsformen, wie einfach- oder doppeltwirkender Zylinder mit oder ohne Federrückstellung, aufweisen können.
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Für das Halten der Aktorposition in einem Störfall ist besonders von Vorteil, wenn das Fluidtechniksystem eine Wartungsmoduleinheit mit einem Modul umfasst, das an der Wartungsmoduleinheit angeordnet ist, wobei das Modul ein Druckregelventil und ein Wechselventil umfasst. Durch das genannte Modul kann ein Druck eingestellt werden, welcher im Aktor die Kraft einer Last auf den Aktor neutralisiert. Bewegt der Aktor im Normalbetrieb eine Last, wirkt deren Gewichtskraft in einem Störfall weiter auf den Aktor. Über das Modul kann die Kraft ausgeglichen werden, wodurch der Aktor seine Position hält, ohne zusätzliche und unnötige Kräfte in das System einzubringen oder darin zu halten.
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Erfindungsgemäß wird weiter eine Wartungsmoduleinheit umfassend zumindest ein Modul vorgeschlagen, das an der Wartungsmoduleinheit angeordnet ist, wobei das Modul ein Druckregelventil und ein Wechselventil umfasst. Durch das Modul kann, ein Druckeingestellt werden, welcher im Aktor die Kraft einer Last auf den Aktor neutralisiert. Bewegt der Aktor im Betriebsfall eine Last, wirkt deren Gewichtskraft in einem Störfall weiter auf den Aktor. Über das Modul kann diese Kraft ausgeglichen werden, wodurch der Aktor seine Position hält, ohne zusätzliche und unnötige Kräfte in das System einzubringen oder darin zu halten.
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Hierfür ist von Vorteil, wenn das Druckregelventil ausgangsseitig mit einem ersten Eingang des Wechselventils und eingangsseitig über eine erste Druckleitung mit einer Druckversorgung verbunden ist. Ferner ist das Wechselventil ausgangsseitig mit dem durch den Fluiddruck antreibbaren Aktor und über einen zweiten Eingang mit dem Fluidstellglied verbunden. Hierbei ist zu beachten, dass der Ausgang des Wechselventils mit der Seite des Aktors verbunden sein muss, die der Lastkraft entgegenwirken kann.
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Weiter vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der das Druckregelventil ausgangsseitig mit einer Druckanzeige verbunden ist. Durch die zu bewegende Lastkraft und den Kolbenflächen des Kolbens im Aktor kann der nötige Druck berechnet werden, um die Lastkraft zu neutralisieren. Dieser Druck kann am Druckregelventil mit Hilfe der Druckanzeige eingestellt werden.
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Vorteilhaft ist weiter, wenn ein Entlüftungsmodul vorgesehen wird, das ein 2/2-Wegeventil und einen Schalldämpfer umfasst, wobei an einem Ausgang des 2/2-Wegeventils ein Schalldämpfer fixiert ist und ein Eingang des 2/2-Wegewentils durch eine Druckleitung mit dem durch den Fluiddruck antreibbaren Aktor verbunden ist. Durch ein solches Modul kann im Störfall eine Druckseite des Aktors entlüftet werden, wodurch der Aktor entsprechend verfährt. Die Schalldämpfer reduzieren hierbei den Lärm, den die austretende Luft sonst erzeugen würde.
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Für die Handhabung vorteilhaft ist es, wenn das Entlüftungsmodul ein Betätigungselement umfasst, welches das 2/2-Wegeventil steuert und händisch betätigbar ist. Dabei kann das eigentliche Ventil auch andere Betätigungsarten besitzen, solange diese von Hand am Modul ausgelöst werden können. Eine gute Kennzeichnung der Funktion am Betätigungselement und eine gute Erreich- und Betätigbarkeit sind hierbei weiter von Vorteil.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Neutralisation einer in einem Störfall auf einen mit einem Fluiddruck antreibbaren Aktor wirkenden statischen Lastkraft vorgeschlagen, die von einer auf den mit dem Fluiddruck antreibbaren Aktor wirkenden Last verursacht und im Störfall von einer Wartungsmoduleinheit neutralisiert wird. Die Neutralisation erfolgt, indem ein Druckregelventil und ein Wechselventil umfassende Wartungsmoduleinheit, durch das Druckregelventil und das Wechselventil einen Haltefluiddruck für den durch den Fluiddruck antreibbaren Aktor bereitstellt, der der statischen Lastkraft entgegenwirkt. Dabei muss der Haltefluiddruck in Kombination mit der wirksamen Kolbenfläche im Aktor eine Kraft erzeugen, die so groß ist wie die Lastkraft, die in einer entgegengesetzten Richtung wirkt. Hierdurch werden bei einer Abschaltung des Aktors im Falle eine Verklemmung keine Kräfte gespeichert sondern nur die Kräfte in das System eingebracht, die für das Halten der aktuellen Position nötig sind. Wird die Verklemmung gelöst, werden keine zusätzlichen Kräfte freigesetzt. Dies führt dementsprechend nicht zu einer ruckartigen Bewegung führt.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 1 zeigt die schematische Darstellung eines Pneumatiksystems
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Die Figur ist beispielhaft und schematisch.
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1 zeigt ein Pneumatiksystem mit einem doppeltwirkendem Pneumatikzylinder 1, dessen Verfahrgeschwindigkeit durch je ein Drosselrückschlagventil 6 eingestellt werden kann. Das Arbeitsmedium bei einem Pneumatiksystem stellt komprimierte Luft dar, die weitere Bestandteile wie Öl enthalten kann. Im Weiteren soll hierfür allgemein von Luft gesprochen werden. Der doppeltwirkende Pneumatikzylinder 1 besitzt zwei Zuleitungen, durch die Luft, abhängig von der Schaltstellung des vorgeschalteten Ventils ein- oder ausströmen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Drosselrückschlagventile 6 in Reihe mit den Zuleitungen verschaltet. Diese ermöglichen, dass die durch eine Zuleitung in den Pneumatikzylinder 1 einströmende Luft ungehindert passieren kann und, dass die auf der jeweiligen Gegenseite durch die Zuleitung ausströmende Luft gedrosselt wird. Dadurch kann die Geschwindigkeit des Kolbens 1a und damit des Antriebs für beide Bewegungsrichtungen getrennt geregelt werden. Dadurch, dass die Luft jeweils Ausgangsseitig gedrosselt wird, kommt es nicht zu Stick-Slip-Effekten. Die Drosselrückschlagventile sind weiter mit einem 5/2-Wegeventil 2 verbunden, welches abhängig von seiner Schaltstellung die Luft in eine Pneumatikzylinderseite einleitet und aus der jeweils anderen Seite ausleitet. Dadurch fährt der Pneumatikzylinder entweder aus oder ein. Die ausgeleitete Luft wird über einen Schalldämpfer 8 in die Umgebung abgeleitet. Das 5/2-Wegeventil 2 besitzt in der gezeigten Ausführung beidseitig eine Serienbetätigung, durch die jeweils mit einer Muskelkraftbetätigung oder einer elektrische Betätigung ein Druckventil betätigt wird, welches das Hauptventil betätigt. Dadurch kann das 5/2-Wegeventil 2 von Hand oder durch eine elektrische Steuerung, wie beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, betätigt werden. Die Luft, die dem 5/2-Wegeventil 2 zugeführt wird und die von diesem an den Pneumatikzylinder 1 weitergeleitet wird, muss zuvor ein 3/3-Wegeventil 7 passieren. Dieses ist federrückgestellt und schaltet im unbetätigten Zustand, was durch die Feder der Grundstellung entspricht, das 5/2-Wegeventil 2 und die Zuleitungen des Pneumatikzylinder 1 drucklos. Die Luft, die sich in den Zuleitungen, im 5/2-Wegeventil oder im Kolbenraum auf der Kolbenstangenseite befindet, kann bis zum Druckausgleich des Systems mit der Umgebung durch einen Schalldämpfer 8 entweichen. Das 3/3-Wegeventil 7 kann durch eine Serienbetätigung aus Druckventil und Muskelkraftbetätigung oder durch eine Serienbetätigung aus Druckventil und elektrischer Betätigung geschalten werden. Im betätigten Zustand leitet das 3/3-Wegeventil 7 die Luft von einer Druckluftquelle 5 in das System. Das gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst dabei eine Wartungsmoduleinheit 4, welche über ein Kraftausgleichsmodul 4a verfügt. Das Kraftausgleichsmodul 4a besitzt ein Druckregelventil 4aa, das eingangsseitig direkt mit der Druckluftquelle 5 verbunden ist. Weiter umfasst das Kraftausgleichmodul 4a eine Druckanzeige 4ac und ein Wechselventil 4ab. Über das Druckregelventil 4aa und die Druckanzeige 4ac kann ein Druck eingestellt werden, der zu jeder Zeit an der Kolbenseite des Pneumatikzylinders 1 anliegt, mit der die Kraft zum Heben der Last G aufgebracht werden kann. Das Wechselventil 4ab stellt ein ODER-Glied dar, wodurch die untere Kolbenseite entweder vom 5/2-Wegeventil 2 oder vom Kraftausgleichsmodul 4a mit Luft versorgt wird. Dies ist davon abhängig welcher Luftdruck höher ist. Normalerweise befindet sich das Pneumatiksystem im Normalbetrieb, was den normalen Ablauf des Systems darstellt. Das 3/3-Wegeventil 7 befindet sich im betätigten Zustand. Es lässt also Luft in das System passieren. Am 5/2-Wegeventil 2 wechselt abhängig von zwei elektrisch eingeleiteten Signalen seine Schaltstellung und lässt damit den Pneumatikzylinder 1 ein- oder ausfahren. Der Betriebsdruck, der durch die Druckluftquelle 5 und das 3/3-Wegeventil 7 eingeleitet ist, muss dabei hoch genug sein, um die Last G bewegen zu können. Damit ist der Betriebsdruck auch höher als der Haltedruck, welcher durch die Druckluftquelle 5 und das Druckregelventil 4aa eingeleitet wird, da beim Druckregelventil 4aa ein Druck eingestellt wird, der genau ausreicht, die Last G zu halten, nicht aber zu bewegen. Ein solcher Druck kann am Druckregelventil 4aa über die Kenntnis der Gewichtskraft der Last G und der wirksamen Kolbenfläche im Pneumatikzylinder berechnet und mit Hilfe der Druckanzeige 4ac eingestellt werden. Kommt es zu einem Störfall, wie beispielsweise einer Verklemmung des Pneumatikzylinders, kann dieser nicht mehr in seine Endpositionen gefahren werden. Die Anlage schaltet dann in Störbetrieb. Das 3/3-Wegeventil wird dabei auf seine Grundstellung geschalten, wodurch die Luft aus dem System entweicht. Eine herkömmliche, nicht gezeigte Schaltung sieht vor, dass über entsperrbare Rückschlagventile oder Stoppventile die Position des Pneumatikzylinders 1 gehalten wird. Dadurch wird jedoch auch der Druck im Zylinder gehalten. Kräfte, die durch den Druck aufgebaut wurden, liegen weiter an. Wird die Verklemmung des Pneumatikzylinders 1 gelöst, beispielsweise durch Herausziehen des verklemmenden Objekts, kommt es zu einer ruckartigen Freisetzung der noch anliegenden Kräfte. Dadurch verfährt der Pneumatikzylinder 1 ruckartig mit einer enormen Kraft. Dabei kann es durch Quetsch- oder Scherbewegungen zu einer enormen Gefahr für am Pneumatikzylinder 1 befindliche Personen, wie Wartungspersonal, kommen. Bei dem gezeigten System werden im Störfall alle Teile des Systems, die nicht für das Halten der Last benötigt werden, entlüftet und damit drucklos gemacht. Dies entspricht dem 5/2-Wegeventil 2 und der oberen Pneumatikzylinderkammer. Auch die Pneumatikschläuche 3a zwischen dem 5/2-Wegeventil 2 und der oberen Pneumatikzylinderkammer und zwischen dem 5/2-Wegeventil 2 und der Wartungsmoduleinheit 4 sind drucklos. Wird die Verklemmung gelöst, wird die Position gehalten, ohne dass der Pneumatikzylinder 1 eine Bewegung ausführt, da der Druck in der unteren Pneumatikzylinderkammer genau ausreicht um der Gewichtskraft der Last G entgegen zu wirken. Die Last G kann dabei sowohl die Last eines darauf befindlichen Aufbaus als auch zusätzlich die Last eines Werkstücks darstellen.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise könnten auf für beide Zuleitungen eines Aktors eine Wartungsmoduleinheit vorgesehen sein oder der Aktor kann statt eines Linearantriebs ein Rotationsantrieb sein.
