DE102018102397A1 - Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung - Google Patents

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Jd Neuhaus Holding & Co KG GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung 1 zur indirekten pneumatischen Steuerung sowie ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks. Um eine Steuerventilanordnung 1 sowie ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids bereitzustellen, die eine präzise, feinfühlige und geschwindigkeitsvariable Steuerung ohne große Leistungsverluste und Steuerverzögerungen ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Steuerventilanordnung 1 zwei pneumatische, hintereinander angeordnete Ventileinheiten 2, 3, einen Arbeitsfluideinlass 4 und einen Steuerfluideinlass, eine den Arbeitsfluideinlass 4 durch beide Ventileinheiten 2, 3 hindurch mit einem Auslass 5 verbindenden Arbeitsfluidkanal 6, jeweils eine innerhalb eines Ventilzylinders 7, 8 der ersten und zweiten Ventileinheit 2, 3 angeordneten, zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbaren Ventilkolben 9, 10, jeweils ein den ersten und den zweiten Ventilkolben 9, 10 auf die geschlossene Stellung hin vorspannendes Federelement 11, 12, jeweils eine mit dem Steuerfluideinlass verbundene Steuerdruckkammer 13, 14 zum Beaufschlagen des jeweiligen Ventilkolbens 9, 10 mit einem der Vorspannung des Federelements 11, 12 entgegenwirkenden Steuerdruck aufweist, wobei die erste Ventileinheit 2 derart gebildet ist, dass beim Anlegen eines Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckkammer 13 der erste Ventilkolben 9 von der geschlossenen in die geöffnete Stellung verschoben wird, und wobei in der zweiten Ventileinheit 3 in einem Sperr- und Regelbereich 15 des Arbeitsfluidkanals 6 zwei sich gegenüberliegende, zueinander verwinkelte Ventilflächen 16, 17 auf der Oberfläche des Ventilzylinders 8 und des Ventilkolbens 10 sich entlang der Verschieberichtung V erstreckend derart zueinander angeordnet sind, dass die Ventilflächen 16, 17 beim Verschieben des Ventilkolbens 10 im Ventilzylinder 8 aufgrund eines sich ändernden Steuerdrucks eine unterschiedlich weit geöffnete Ventilöffnung bilden und entsprechend der Ventilöffnung der Arbeitsdruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks feinstufig einstellbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung sowie ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids in einer Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung.
  • Aus dem Stand der Technik sind Steuerventilanordnungen zur pneumatischen Steuerung in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt und werden dabei insbesondere zur Steuerung pneumatischer Aktuatoren verwendet. Ein spezielles Gebiet hierbei betrifft die pneumatische Steuerung pneumatisch betriebener Motoren von Hebezeugen.
  • Dabei ist zunächst bekannt, den Motor, insbesondere einen Lamellenmotor, eines Hebezeugs direkt zu steuern, wobei der Druck des Arbeitsfluids, zumeist Druckluft, vor der Zuleitung zum pneumatisch betriebenen Motor direkt geregelt wird. Dazu wird typischerweise die zum Antrieb vorgesehene Druckluft von einem zentralen Anschluss über einen Schlauch zu einer Handsteuereinheit geleitet und von dort zur Position des Motors des Hebezeugs, der zumeist im Bereich einer Hallendecke positioniert ist. Dies macht einen langen Druckluftschlauch wenigstens von der Handsteuerung zum an der Hallendecke angeordneten Hebezeug notwendig. Diese Schläuche, die durchgehend den vollen Arbeitsdruck des Arbeitsfluids aushalten müssen, sind jedoch relativ dick und schwer, wodurch diese schlecht handhabbar sind und die Bedienung erschweren. Weiterhin führt ein entsprechend langer Schlauch zwischen Handsteuerung und Hebezeug zu mit der Schlauchlänge zunehmend größeren Leistungsverlusten sowie zu einer Steuerverzögerung, wodurch eine präzise und feinfühlige Steuerung einer Last am Hebezeug nicht mehr möglich ist.
  • Zudem sind aus dem Stand der Technik indirekte Steuerungen bekannt, bei denen das Arbeitsfluid direkt an eine Steuerventilanordnung am Motor angeschlossen wird, wobei die Steuerung mittels eines Steuerfluids, zumeist auch Druckluft mit einem geringeren Druck als der Druck des Arbeitsfluids, erfolgt. Dabei ist es üblich, dass mittels des an einer Handsteuerung anliegenden Steuerfluids lediglich ein Einschalten und Ausschalten des Arbeitsfluids mittels der Steuerventilanordnung am pneumatischen Motor erfolgt, während der Arbeitsdruck und somit die Geschwindigkeit des Hebezeugs fest vorgegeben und mittels einer Stellschraube an der Steuerventilanordnung einstellbar sind. Daraus ergibt sich jedoch der Nachteil, dass eine Veränderung der Geschwindigkeit des Hebezeugs nicht ohne weiteres möglich ist und somit nur entweder ein langsames Anfahren sowie feinfühliges Heben oder alternativ ein zügiges Heben von Lasten möglich ist. Insbesondere beim Transport schwerer Lasten über große Höhen ist aber sowohl eine große Hebegeschwindigkeit, als auch eine feinfühlige Steuerung zum Abheben und Absetzen der Last notwendig.
  • Es kann daher als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, eine Steuerventilanordnung sowie ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids bereitzustellen, die eine präzise, feinfühlige und geschwindigkeitsvariable Steuerung ohne große Leistungsverluste und Steuerverzögerungen ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung, insbesondere eines pneumatisch betriebenen Lamellenmotors eines Hebezeugs, umfasst zwei pneumatische, funktional hintereinander angeordnete Ventileinheiten, einen Arbeitsfluideinlass und einen Steuerfluideinlass sowie einen den Arbeitsfluideinlass durch beide Ventileinheiten hindurch mit einem Auslass verbindenden Arbeitsfluidkanal, wobei der Auslass insbesondere zum Zuleiten des Arbeitsfluids zu einem Lamellenmotor eines Hebezeugs vorgesehen ist. An jeder der beiden Ventileinheiten ist jeweils ein innerhalb eines Ventilzylinders angeordneter, zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbarer Ventilkolben vorgesehen, wobei auf jeden der beiden Ventilkolben ein auf die geschlossene Stellung der Ventileinheit hin vorspannendes Federelement wirkt. Beide Ventileinheiten weisen weiterhin jeweils eine mit dem Steuerfluideinlass verbundene Steuerdruckkammer zum Beaufschlagen des jeweiligen Ventilkolbens mit einem der Vorspannung des Federelements entgegenwirkenden Steuerdruck auf, um den Ventilkolben entgegen der Kraft des Federelements in eine zumindest abschnittsweise geöffnete Stellung zu bewegen.
  • Dabei ist die erste Ventileinheit derart gebildet, dass beim Anlegen eines beliebigen Steuerdrucks größer als 0 bar in der Steuerdruckkammer der Ventilkolben von der geschlossenen in eine vollständig geöffnete Stellung verschoben wird. In der zweiten Ventileinheit, in einem Sperr- und Regelbereich des Arbeitsfluidkanals, sind zwei sich gegenüberliegende, zueinander verwinkelte Ventilflächen auf der Oberfläche des Ventilzylinders und des Ventilkolbens sich entlang der Verschieberichtung erstreckend derart zueinander angeordnet, dass die Ventilflächen beim Verschieben des Ventilkolbens aufgrund des angelegten Steuerdrucks in Abhängigkeit der dem Steuerdruck zugeordneten Verschiebeposition des Ventilkolbens im Ventilzylinder eine unterschiedlich weit geöffnete Ventilöffnung bilden und entsprechend der Ventilöffnung der Arbeitsdruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks feinstufig einstellbar ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Hebezeug mit einem pneumatisch betriebenen Lamellenmotor und einer davor angeordneten, erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung, bevorzugt für einen pneumatisch betriebenen Lamellenmotor eines Hebezeugs, wird zunächst ein Arbeitsdruck mittels eines Arbeitsfluids auf einen Arbeitsfluideinlass angelegt und ein Steuerdruck in einem Steuerfluid, insbesondere mittels eines feinfühligen Ventils einer Handsteuerung, eingestellt sowie ein Steuerfluideinlass mit dem Steuerdruck belastet. Das unter dem Steuerdruck stehende Steuerfluid wird in jeweils eine Steuerfluidkammer von zwei pneumatischen Ventileinheiten eingeleitet, wobei das Steuerfluid einen durch ein Federelement auf eine geschlossene Stellung vorgespannten, innerhalb eines Ventilzylinders angeordneten Ventilkolben auf eine geöffnete Stellung hin verschieben kann.
  • Dabei wird durch das Anlegen eines beliebigen Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckkammer der erste Ventilkolben von der geschlossenen in die geöffnete Stellung verschoben, wodurch das Arbeitsfluid durch einen mit dem Arbeitsfluideinlass verbundenen Arbeitsfluidkanal durch die erste, geöffnete Ventileinheit zur zweiten Ventileinheit strömen kann. Dabei führt das Anlegen des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdruckkammer zu einem Verschieben des zweiten Ventilkolbens entgegen der Kraft des Federelements in eine dem Steuerdruck zugeordneten Position des Ventilkolbens im Ventilzylinder zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung, wodurch das Arbeitsfluid durch den Arbeitsfluidkanal in der zweiten Ventileinheit zwischen zwei sich gegenüberliegenden, zueinander verwinkelten und sich auf der Oberfläche des Ventilzylinders und des Ventilkolbens entlang der Verschieberichtung erstreckenden Ventilflächen hindurchströmt, wobei eine zwischen den Ventilflächen gebildete Ventilöffnung im Arbeitsfluidkanal in Abhängigkeit des Steuerdrucks entsprechend feinstufig einstellbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Steuerventilanordnung sowie das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen in besonders einfacher Weise eine präzise, feinfühlig und stufenlose Steuerung, wobei der Druck des Arbeitsfluids am Auslass beispielsweise über einen weiten Bereich proportional zum Druck des Steuerfluids gesteuert werden kann. Zudem wird in einfacher Weise eine Variation des Drucks des Arbeitsfluids im Betrieb durch eine Druckeinstellung des Steuerfluids ermöglicht, wodurch beispielsweise die Geschwindigkeit eines mittels des Arbeitsfluids betriebenen Motors eines Hebezeugs stufenlos und feinfühlig variierbar ist. Weiterhin wird durch die indirekte Ansteuerung mittels eines Steuerfluids ein von der Hebezeughöhe bzw. von dem Abstand zur Handsteuerung abhängiger Leistungsverlust vermieden. Schließlich kommt es auch zu keinen Steuerverzögerungen aufgrund einer direkten Steuerung des Arbeitsfluiddrucks mit einem nachfolgenden großen Arbeitsfluidvolumen in einem langen Schlauch oder dergleichen.
  • Bei der Steuerventilanordnung handelt es sich grundsätzlich um eine Baueinheit, innerhalb der der Druck eines durchgeleiteten und ggf. gesperrten Arbeitsfluids mittels des Drucks eines Steuerfluids gesteuert werden kann. Somit handelt es sich erfindungsgemäß um eine Vorrichtung zur indirekten Steuerung. Dabei kann die Steuerventilanordnung eine eigenständige Vorrichtung und dabei insbesondere in einer Zuleitung für ein Arbeitsfluid zu einem Aktuator, insbesondere einem pneumatischen Motor, angeordnet sein. Alternativ kann die Steuerventilanordnung aber auch Teil einer weiteren Vorrichtung und dabei insbesondere in einem Hebezeug integriert sein. Bevorzugt ist die Steuerventilanordnung eine ausschließlich pneumatisch betriebene Vorrichtung, d.h., zum Betrieb ist kein weiteres Betriebsmedium und/oder keine Elektrizität notwendig.
  • Jede der pneumatischen Ventileinheiten umfasst jeweils wenigstens ein, bevorzugt genau ein Ventil, das mittels eines Fluid-, insbesondere eines Gasdrucks umgeschaltet bzw. gesteuert werden kann. Besonders bevorzugt ist jede Ventileinheit durch ein Ventil gebildet, das ausschließlich pneumatisch betrieben wird, wobei dies bevorzugt keine Federelemente im Inneren der Ventileinheit ausschließt, sondern sich besonders bevorzugt lediglich auf den Betrieb von außen bezieht. Die erste und zweite Ventileinheit sind, bevorzugt unmittelbar aneinander angrenzend, in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei besonders bevorzugt die beiden Ventilzylinder parallel zueinander und/oder nebeneinander angeordnet sind und ganz besonders bevorzugt bezüglich Länge und/oder Durchmesser identisch zueinander gebildet sind. Dabei sind die Ventileinheiten funktional hintereinander angeordnet, d.h., dass das der Steuerventilanordnung zugeleitete Arbeitsfluid erst zur ersten Ventileinheit und anschließend, bevorzugt mit der ersten Ventileinheit in einer geöffneten Stellung, in die zweite Ventileinheit gelangt.
  • Bei den Druckfluiden, dem Arbeitsfluid und/oder dem Steuerfluid, kann es sich grundsätzlich um eine beliebige Flüssigkeit oder ein beliebiges Gas handeln. Zwar ist ein Betrieb mit einem hydraulischen Arbeits- und/oder Steuerfluid denkbar, jedoch wird ein rein pneumatischer Betrieb bevorzugt. Besonders bevorzugt sind die Druckfluide jeweils Druckluft. Grundsätzlich kann dabei der Druck des Arbeits- und/oder Steuerfluids beliebig gewählt sein. Bevorzugt beträgt der Druck des bereitgestellten Arbeits- bzw. Betriebsfluids zwischen 0 bar und 10 bar, besonders bevorzugt maximal 6 bar und ganz besonders bevorzugt genau 6 bar, sodass am Arbeitsfluideinlass der Steuerventilanordnung ein konstanter Druck von etwa 6 bar anliegt. Der maximale Steuerdruck, d.h., der Druck des Steuerfluids, beträgt bevorzugt ebenfalls 6 bar, wobei der Steuerdruck besonders bevorzugt zwischen 1 bar und 6 bar mittels eines Steuerventils, insbesondere in einer Handsteuerung, variierbar ist. Entsprechend liegt bevorzugt auch am Steuerfluideinlass der Steuerventilanordnung ein Druck von maximal 6 bar und bevorzugt zwischen 1 bar und 6 bar an.
  • Der Arbeitsfluidkanal hat grundsätzlich die Aufgabe, den Arbeitsfluideinlass mit dem Auslass für das Arbeitsfluid innerhalb der Steuerventilanordnung zu verbinden und dabei das Steuerfluid durch beide Ventileinheiten derart zu leiten, dass die Durchflussmenge bzw. der Volumenstrom des Arbeitsfluids mittels beider Ventileinheiten veränderbar ist. Dazu verläuft der Arbeitsfluidkanal bevorzugt durch jeweils einen Sperr- und Regelbereich der beiden Ventileinheiten und dabei insbesondere durch die jeweilige Ventilöffnung, die durch die beiden Ventilflächen des Ventilzylinders und des Ventilkolbens gebildet wird. Bevorzugt verbindet der Arbeitsfluidkanal die erste und zweite Ventileinheit derart miteinander, dass das Arbeitsfluid unmittelbar von der ersten in die zweite Ventileinheit strömen kann. Besonders bevorzugt sind im Arbeitsfluidkanal zwischen der ersten und der zweiten Ventileinheit keine weiteren Bauteile, insbesondere keine Ventile und/oder Verzweigungen angeordnet.
  • Das Federelement kann grundsätzlich ein beliebiges Bauteil oder eine beliebige Baugruppe sein, die geeignet ist, den Ventilkolben innerhalb des Ventilzylinders auf eine geschlossene Stellung der Ventileinheit hin vorzuspannen. Bevorzugt ist das Federelement dabei eine Druckfeder, besonders bevorzugt eine Spiralfeder, und/oder einstückig gebildet. Weiterhin bevorzugt ist eine Seite des Federelements gegen eine Stirn- bzw. Endseite des Ventilzylinders und/oder die andere Seite des Federelements an einem Ende bzw. einer Stirnseite des Ventilkolbens abgestützt. Ganz besonders bevorzugt ist ein Ende des Federelements zumindest abschnittsweise in einer Bohrung des Ventilkolbens angeordnet. Ebenfalls bevorzugt ist die Bohrung am Ende bzw. an der Stirnseite des Ventilkolbens derart angeordnet und/oder weist insbesondere eine so gewählte Tiefe auf, dass das Federelement vollständig in die Bohrung eingedrückt werden und dann die Stirnseite des Ventilkolbens mit einer Stirnseite des Ventilzylinders in Anlage kommen kann, wodurch in besonders einfacher Weise die maximale Verschiebbarkeit des Ventilkolbens in Bezug zum Ventilzylinder in diese Richtung festgelegt wird.
  • Bevorzugt wird die Stärke des ersten Federelements derart gewählt, dass der Ventilkolben den Arbeitsfluidkanal ohne anliegenden Druck des Steuerfluids zuverlässig schließt und besonders bevorzugt zugleich derart, dass beim Erreichen eines vorbestimmten Mindestdrucks des Steuerfluids, bevorzugt von 1,2 bar bis 1,3 bar, der Ventilkolben entgegen der Kraft des Federelements soweit in Richtung der geöffneten Stellung im Ventilzylinder gedrückt wird, dass ein vollständiges Öffnen mittels des ansteigenden Drucks des Arbeitsfluids in der ersten Ventileinheit ermöglicht wird. Grundsätzlich kann der Mindestdruck zum Öffnen des Ventilkolbens jedoch auch beliebig anders gewählt werden. Bevorzugt wird die Stärke des zweiten Federelements derart gewählt, dass eine Verschiebung des Ventilkolbens in gewünschtem Maße bei einem vorgegebenen Steuerdruck erfolgt, insbesondere eine vollständige Verschiebung genau innerhalb der möglichen Druckgrenzen des Steuerdrucks, beispielsweise zwischen 1 bar und 6 bar. Damit eine Steuerung des Drucks des Arbeitsfluids mittels der Steuerventilanordnung möglich ist, muss wenigstens die zweite Steuerdruckkammer vollständig von dem Arbeitsfluidkanal getrennt sein. Bevorzugt ist auch die erste Steuerfluidkammer vollständig vom Arbeitsfluidkanal getrennt.
  • Bevorzugt reicht ein beliebig starker Steuerdruck bzw. ein beliebiger Steuerdruck oberhalb eines Mindestdrucks in der ersten Steuerdruckkammer aus, um die erste Ventileinheit vollständig zu öffnen. Die erste Ventileinheit wird somit als Sperrventil der zweiten Ventileinheit vorgeschaltet betrieben und sorgt u.a. in vorteilhafter Weise dafür, dass kein dauerhafter Druck an der zweiten Ventileinheit anliegt, wenn kein Steuerdruck auf die Steuerventilanordnung wirkt. Zudem bildet die erste Ventileinheit ein Sicherheitsventil, um eine doppelte Sicherheit neben der zweiten Ventileinheit gegen eine unerwünschte Freigabe von Arbeitsdruck am Auslass zu bieten. Bevorzugt kann die erste Ventileinheit dazu nur zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand geschaltet werden, d.h., es handelt sich um ein Zweizustandsventil.
  • Auch die zweite Ventileinheit ist bevorzugt derart gebildet, dass diese das Arbeitsfluid vollständig sperren kann. Um das Arbeitsfluid in gewünschtem Umfang durchlassen zu können, weist die zweite Ventileinheit eine durch Verschieben des Ventilkolbens in dem Ventilzylinder einstellbare Ventilöffnung auf. Dabei wird die Ventilöffnung an einer Seite durch eine Ventilfläche des Ventilkolbens und an einer gegenüberliegenden Seite durch eine Ventilfläche des Ventilzylinders gebildet. Um mit einer Verschiebung des Ventilkolbens eine Veränderung der Größe der Ventilöffnung ermöglichen zu können, sind die beiden Ventilflächen verwinkelt zueinander angeordnet, sodass sich der Abstand beider Ventilflächen bei einem Verschieben des Kolbens vergrößert bzw. verkleinert. Um eine feinfühlige Verstellung zu ermöglichen, erstreckt sich jeder der Ventilflächen auf einer Oberfläche des Ventilkolbens bzw. des Ventilzylinders zumindest abschnittsweise entlang der Verschieberichtung. Bei einer geeigneten Auswahl der Federstärke der Ventileinheit ist es so möglich, für jeden möglichen Steuerdruck eine spezifische Position des Ventilkobens im Ventilzylinder zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung vorzusehen, sodass entsprechend der Ventilöffnung der Arbeitsdruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks entsprechend feinstufig einstellbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung weist wenigstens eine der beiden Ventilflächen der zweiten Ventileinheit wenigstens zwei, bevorzugt genau zwei aufeinander folgende Abschnitte auf, wobei besonders bevorzugt der Winkel zwischen den Ventilflächen im ersten, der geschlossenen Stellung folgenden Abschnitt kleiner ist als der Winkel der Ventilflächen im zweiten, an die geöffnete Stellung angrenzenden Bereich, wodurch ein besonders feinfühliges Anfahren sowie langsames Heben und Senken bei einem Hebezeugs möglich ist. Bevorzugt weist eine der beiden Ventilflächen dabei einen sich ändernden Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt auf und besonders bevorzugt ist die andere Ventilfläche dabei ohne Winkeländerung gebildet. Weiterhin bevorzugt sind die beiden Abschnitte einer Ventilfläche deutlich voneinander abgegrenzt, d.h., der Winkel zwischen den Abschnitten ändert sich nicht kontinuierlich, sondern sprunghaft bzw. an einer Position. Ebenfalls bevorzugt ist der Winkel der Ventilflächen im zweiten Abschnitt wenigstens doppelt so groß, besonders bevorzugt wenigstens fünfmal so groß und ganz besonders bevorzugt wenigstens zehnmal so groß wie der Winkel der Ventilflächen im ersten Abschnitt. Entsprechend ist im zweiten Abschnitt der Ventilflächen bevorzugt der Durchmesser des Ventilkolbens bzw. der Abstand der beiden sich gegenüberliegenden Ventilflächen wenigstens doppelt, besonders bevorzugt wenigstens fünfmal und ganz besonders bevorzugt wenigstens zehnmal so groß wie im ersten Abschnitt. Besonders bevorzugt sind beide Abschnitte derart gebildet, dass diese eine Steuerung der Durchflussmenge des Arbeitsfluids zwischen einem voll gesperrten Zustand und einem voll geöffneten Zustand ermöglichen, wobei zunächst ein langsames und feinfühliges Anfahren und mit höherem Steuerdruck ein zügiges Heben einer Last mittels eines Hebezeugs möglich ist. Ganz besonders bevorzugt sind die beiden Abschnitte zusätzlich zum geschlossenen und zum geöffneten Zustand ansteuerbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung sind die beiden Ventilflächen im ersten und/oder zweiten Abschnitt, wenigstens in Bezug zueinander, bevorzugt jeweils linear verlaufend gebildet, wobei der Winkel zwischen den beiden Ventilflächen des ersten Abschnitts bevorzugt zwischen 0,1° und 15°, besonders bevorzugt zwischen 1° und 10° und ganz besonders bevorzugt zwischen 2° und 7° und der Winkel des zweiten Abschnitts zwischen 5° und 85°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 75° und ganz besonders bevorzugt zwischen 20° und 65°beträgt. Insbesondere bevorzugt beträgt der Winkel im ersten Abschnitt 2° und/oder der Winkel im zweiten Abschnitt 45°. Weiterhin bevorzugt erstrecken sich beide Ventilflächen im ersten und/oder zweiten Abschnitt mit gleichbleibendem Winkel zueinander entlang der Oberfläche des Ventilzylinders bzw. des Ventilkolbens, sodass sich der Abstand beider Ventilflächen zueinander kontinuierlich, insbesondere von der geschlossenen Position zur geöffneten Position hin, vergrößert.
  • Eine Ausführung der Steuerventilanordnung sieht vor, dass wenigstens eine der beiden Ventilflächen im ersten und/oder zweiten Abschnitt nichtlinear verlaufend gebildet ist, wobei der Winkel zwischen den beiden gegenüberliegenden Ventilflächen des Ventilkolbens und des Ventilzylinders sich bevorzugt zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position vergrößert und dabei der Winkel des ersten Abschnitts weiterhin bevorzugt zwischen 0,1° und 15°, besonders bevorzugt zwischen 1° und 10° und ganz besonders bevorzugt zwischen 2° und 7° und der Winkel des zweiten Abschnitts zwischen 5° und 85°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 75° und ganz besonders bevorzugt zwischen 20° und 65°beträgt. Ganz besonders bevorzugt ist eine der Ventilflächen des Ventilkolbens oder des Ventilzylinders in einem oder beiden Abschnitten nichtlinear verlaufend gebildet, während die gegenüberliegende Ventilfläche des Ventilzylinders oder des Ventilkolbens linear verläuft.
  • Generell wird ein Verlauf der Ventilflächen in Bezug zueinander mit einer zur geöffneten Position des Ventilkolbens hin sich vergrößernden Ventilöffnung bevorzugt. Ebenfalls wird generell bevorzugt, dass in wenigstens einem Abschnitt und besonders bevorzugt in beiden Abschnitten die Ventilfläche des Ventilkolbens oder des Ventilzylinders parallel zur Verstellrichtung des Ventilkolbens im Ventilzylinder angeordnet ist, während die andere, gegenüberliegende Ventilfläche in einem Winkel dazu mit einem linearen oder nichtlinearen Verlauf angeordnet ist. Besonders bevorzugt wird eine Ausführung mit einem Verlauf der Ventilfläche mit einem ersten linearen Abschnitt mit kleinem Winkel und einem zweiten linearen Abschnitt mit einem größeren Winkel.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung erstreckt sich der erste Abschnitt und/oder der zweite Abschnitt der Ventilflächen über wenigstens 15 %, bevorzugt wenigstens 25 %, besonders bevorzugt wenigstens 30 % und ganz besonders bevorzugt über wenigstens 40 % des maximalen Verstellweges des Ventilkolbens in Bezug zum Ventilzylinder, wodurch eine besonders feinfühlige Steuerung erreicht werden kann. Ebenfalls bevorzugt erstreckt sich der erste Abschnitt über maximal 80 %, bevorzugt 60 %, besonders bevorzugt 50 % und ganz besonders bevorzugt 40 % des maximalen Verstellweges. Weiterhin bevorzugt erstrecken sich beide Abschnitte zusammen über wenigstens 50 %, besonders bevorzugt wenigstens 75 % und ganz besonders bevorzugt wenigstens 80 % der maximalen Verstelllänge des Ventilkolbens.
  • Weiterhin ist eine Ausführung der Steuerventilanordnung bevorzugt bei der wenigstens der zweite Ventilkolben, bevorzugt auch der erste Ventilkolben, rotationssymmetrisch um eine Achse entlang der Verstellrichtung gebildet ist und der korrespondierende Ventilzylinder einen runden Querschnitt aufweist, sodass die Ventilöffnung die Form eines Ringspalts hat. Entsprechend weist wenigstens eine Ventilfläche bevorzugt eine konische Form auf, während die zweite Ventilfläche ebenfalls bevorzugt zylindrisch oder auch konisch gebildet ist.
  • Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführung der Steuerventilanordnung bei der die erste und/oder zweite Steuerdruckkammer im Bereich des dem Federelement gegenüberliegenden Endes des jeweiligen Ventilkolbens angeordnet ist und/oder der Arbeitsfluidkanal in der ersten und/oder in der zweiten Ventileinheit zwischen dem Bereich des Federelements und dem Bereich der Steuerdruckkammer angeordnet ist. Besonders bevorzugt umgibt der Arbeitsfluidkanal den jeweiligen Ventilkolben innerhalb des Ventilzylinders abschnittsweise allseitig. Weiterhin bevorzugt ist der Arbeitsfluidkanal abschnittsweise durch den Ventilzylinder gebildet.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung ist eine Handsteuereinheit vor dem Steuerfluideinlass angeordnet, die einen Handregler aufweist, mittels dem der Steuerdruck des Steuerfluids stufenlos regulierbar ist, wobei der Handregler besonders bevorzugt ein handbetätigbares Gasventil umfasst, mittels dem der Steuerdruck stufenlos und feinfühlig einstellbar ist.
  • Schließlich weist die Steuerventilanordnung bevorzugt genau einen einzigen Steuerfluideinlass auf, der im Inneren der Steuerventilanordnung mit den beiden Steuerdruckkammern verbunden ist, sodass der Steuerdruck stets in beiden Steuerdruckkammern gleich ist. Insbesondere bevorzugt weist die Steuerventilanordnung auch nur genau einen Arbeitsfluideinlass und/oder einen Arbeitsfluidauslass auf.
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
    • 1 eine Schnittansicht einer Steuerventilanordnung mit zwei geschlossenen Ventileinheiten,
    • 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Sperrbereichs der zweiten Ventileinheit der in 1 dargestellten Steuerventilanordnung,
    • 3 eine Schnittansicht der in 1 dargestellten Steuerventilanordnung mit einer geöffneten ersten Ventileinheit und einer geschlossenen zweiten Ventileinheit, und
    • 4 eine Schnittansicht der in 1 dargestellten Steuerventilanordnung mit einer voll geöffneten ersten Ventileinheit und einer teilweise geöffneten zweiten Ventileinheit,
    • 5 eine Schnittansicht der in 1 dargestellten Steuerventilanordnung mit zwei geöffneten Ventileinheiten.
  • Bei einer in 1 dargestellten Steuerventilanordnung 1 zur indirekten pneumatischen Steuerung des Arbeitsdrucks für einen pneumatischen Lamellenmotor eines Hebezeugs sind eine erste und eine zweite Ventileinheit 2, 3 parallel zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
  • Jede der beiden Ventileinheiten 2, 3 ist als federvorgespanntes, pneumatisch betriebenes Ventil gebildet. Entsprechend ist in jeder der Ventil einheiten 2, 3 ein verschieblicher Ventilkolben 9, 10 in einem Ventilzylinder 7, 8 derart angeordnet, dass ein durch die Ventileinheit 2, 3 geleitetes Druckfluid, insbesondere Druckluft, mittels eines Oberflächenabschnitts des Ventilzylinders 7,8 und des Ventilkolbens 9, 10 gesperrt bzw. geregelt werden kann.
  • Der Ventilkolben 9, 10 ist an einer Seite mit einer Spiralfeder 11, 12 auf eine geschlossene Stellung hin vorgespannt, wobei ein Ende der Spiralfeder 11, 12 gegen eine runde Stirnfläche des Ventilzylinders 7, 8 abgestützt ist, während das andere Ende innerhalb einer Bohrung im Ventilkolben 9, 10 festgelegt ist. Am anderen Ende E des Ventilkolbens 9, 10 ist im Ventilzylinder 7, 8 eine Steuerdruckkammer 13, 14 gebildet. Die Steuerdruckkammern 13, 14 beider Ventileinheiten 2, 3 sind gemeinsam mit einem Einlass für einen Steuerdruckluftstrom verbunden, sodass in der Steuerdruckkammer 13, 14 ein Druck aufgebaut werden kann, der der Federspannung der Spiralfeder 11, 12 entgegenwirkt und durch eine Beaufschlagung der Stirnfläche des Ventilkolbens 9, 10 mit dem Steuerdruck ein Verschieben des Ventilkolbens 9, 10 ermöglicht.
  • Die Steuerventileinheit 1 weist einen Arbeitsdrucklufteinlass 4 sowie einen entsprechenden Auslass 5 auf, der einen druckgesteuerten Druckluftstrom für den Lamellenmotor des Hebezeugs bereitstellt. Der Auslass 5 ist über einen Arbeitsdruckluftkanal 6 mit dem Arbeitsdrucklufteinlass 4 verbunden, wobei der Arbeitsdruckluftkanal 6 hintereinander durch beide Ventileinheiten 2, 3 führt und dabei jeweils mittels der Ventileinheiten 2, 3 in einem Sperr- und Regelbereich 15 sperr- und regelbar ist.
  • An dem zweiten Ventilkolben 10 sowie dem zugehörigen Ventilzylinder 8 ist jeweils eine Ventilfläche 16, 17 angeordnet, die im geschlossenen Zustand der Ventileinheit 2, 3 aneinander anliegen. Beide Ventilflächen 16, 17 sind derart verwinkelt zueinander angeordnet, dass bei einem Verschieben des Ventilkolbens 10 im Ventilzylinder 8 mit zunehmender Verschiebung sich eine vergrößernde Ventilöffnung in Form eines Ringspalts bildet.
  • In 1 ist eine Steuerventilanordnung 1 mit beiden Ventileinheiten 2, 3 in der geschlossenen Position dargestellt, sodass die erste Ventileinheit 2 den Arbeitsdruckluftstrom bereits kurz hinter dem Arbeitsdrucklufteinlass 4 absperrt und an der zweiten Ventileinheit 3 kein Druck im Bereich des Arbeitsdruckluftkanals 6 anliegt. In diesem Zustand der Steuerventilanordnung 1 liegt ebenfalls kein Steuerdruck an bzw. der Steuerdruck der Steuerdruckluft in den Steuerdruckkammern 13, 14 liegt unterhalb eines festgelegten Schwellenwerts von etwa 1,2 bar zum Öffnen der Ventileinheiten 2, 3.
  • In 3 ist eine Steuerventilanordnung 1 in einem Zustand dargestellt, der nur kurzfristig bzw. exakt beim Erreichen eines Schwellenwerts des Steuerdrucks zum Öffnen der Ventileinheiten 2, 3 auftritt. Die erste Ventileinheit 2 ist voll geöffnet, während die zweite Ventileinheit 3 noch geschlossen ist. Der in der ersten Steuerluftdruckkammer 13 anliegende Steuerdruck wirkt der ersten Spiralfeder 11 soweit entgegen, dass die Ventilöffnung der ersten Ventileinheit 2 gerade geöffnet wird, indem die beiden Ventilflächen 16, 17 der ersten Ventileinheit 2 außer Kontakt geraten.
  • Mit steigendem Steuerdruck wird nun auch der zweite Ventilkolben 10 der zweiten Ventileinheit 3 gegen die Federkraft der Spiralfeder 12 auf die geöffnete Stellung hin verschoben, wobei die Federkraft derart gewählt ist, dass in einem vordefinierten Druckbereich, bevorzugt zwischen 1 bar und 6 bar, der Ventilkolben 10 über den maximalen Verstellweg W verschoben wird.
  • Um zunächst eine feinfühlige Steuerung und mit steigendem Steuerdruck dann eine zügige und kraftvolle Freigabe des Arbeitsluftdrucks zu ermöglichen, sind die Ventilflächen 16, 17 der zweiten Ventileinheit 3 mit einem sich innerhalb der Steuerfläche 17 des Ventilkolbens 10 verändernden Winkel a, b gebildet (siehe 2). Dabei ist die Ventilfläche 16 des Ventilzylinders 8 als linear verlaufende Zylinderfläche als Teil der Wandung des Ventilzylinders 8 gebildet. Die Ventilfläche 17 des Ventilkolbens 10 weist zwei zueinander verwinkelte Abschnitte A, B auf, die jeweils auch in einem Winkel a, b zur gegenüberliegenden Ventilfläche 16 angeordnet sind. Beide Abschnitte A, B weisen einen linearen Verlauf auf. Der Winkel a des ersten Abschnitts der Ventilfläche 17 zur gegenüberliegenden Ventilfläche 16 beträgt 5°, während der entsprechende Winkel b des zweiten Abschnitts B 45° beträgt. Die beiden Abschnitte A, B erstrecken sich über 85 % des maximalen Verstellweges W des Ventilkolbens 10 im Ventilzylinder 8.
  • In 4 ist eine Steuerventilanordnung 1 mit der ersten Ventileinheit 2 in der vollständig geöffneten Position und der zweiten Ventileinheit 3 in einer teilweise geöffneten Position dargestellt, wobei die Arbeitsdruckluft durch einen durch die Steuerflächen 16, 17 der zweiten Ventileinheit 3 gebildeten Ringspalt geleitet wird und ein reduzierter Volumenstrom durch diesen Ringspalt durch den Arbeitsdruckluftkanal 6 von dem Arbeitsluftdruckeinlass 4 zum Auslass 5 der Steuerventilanordnung strömen kann.
  • In 5 ist schließlich eine Steuerventilanordnung 1 mit beiden Ventileinheiten 2, 3 in der vollständig geöffneten Position dargestellt, wobei die Arbeitsdruckluft durch die Steuerflächen 16, 17 der beiden Ventileinheiten 2, 3 ungehindert durch den Arbeitsdruckluftkanal 6 von dem Arbeitsluftdruckeinlass 4 zum Auslass 5 der Steuerventilanordnung strömen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Steuerventilanordnung
    2
    erste Ventileinheit
    3
    zweite Ventileinheit
    4
    Arbeitsfluideinlass
    5
    Auslass
    6
    Arbeitsfluidkanal
    7
    erster Ventilzylinder
    8
    zweiter Ventilzylinder
    9
    ersten Ventilkolben
    10
    zweiter Ventilkolben
    11
    erstes Federelement
    12
    zweites Federelement
    13
    erste Steuerdruckkammer
    14
    zweite Steuerdruckkammer
    15
    Sperr- und Regelbereich
    16
    erste Ventilfläche
    17
    zweite Ventilfläche
    A
    erster Abschnitt
    B
    zweiter Abschnitt
    E
    Ende des Ventilkolbens
    F
    Bereich des Federelements
    S
    Bereich der Steuerdruckkammer
    V
    Verstellrichtung
    W
    maximaler Verstellweg
    a
    Winkel des ersten Abschnitts
    b
    Winkel des zweiten Abschnitts

Claims (10)

  1. Steuerventilanordnung (1) zur indirekten pneumatischen Steuerung, insbesondere eines pneumatisch betriebenen Lamellenmotors eines Hebezeugs, mit - zwei pneumatischen, hintereinander angeordneten Ventileinheiten (2, 3), - einem Arbeitsfluideinlass (4) und einem Steuerfluideinlass, - einem den Arbeitsfluideinlass (4) durch beide Ventileinheiten (2, 3) hindurch mit einem Auslass (5) verbindenden Arbeitsfluidkanal (6), - jeweils einem innerhalb eines Ventilzylinders (7, 8) der ersten und zweiten Ventileinheit (2, 3) angeordneten, zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbaren Ventilkolben (9, 10), - jeweils einem den ersten und den zweiten Ventilkolben (9, 10) auf die geschlossene Stellung hin vorspannenden Federelement (11, 12), - jeweils einer mit dem Steuerfluideinlass verbundenen Steuerdruckkammer (13, 14) zum Beaufschlagen des jeweiligen Ventilkolbens (9, 10) mit einem der Vorspannung des Federelements (11, 12) entgegenwirkenden Steuerdruck, wobei - die erste Ventileinheit (2) derart gebildet ist, dass beim Anlegen eines Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckkammer (13) der erste Ventilkolben (9) von der geschlossenen in die geöffnete Stellung verschoben wird, und wobei - in der zweiten Ventileinheit (3) in einem Sperr- und Regelbereich (15) des Arbeitsfluidkanals (6) zwei sich gegenüberliegende, zueinander verwinkelte Ventilflächen (16, 17) am Ventilzylinder (8) und am Ventilkolben (10) derart sich entlang der Verschieberichtung (V) erstreckend angeordnet sind, dass die Ventilflächen (16, 17) beim Verschieben des Ventilkolbens (10) im Ventilzylinder (8) aufgrund eines sich ändernden Steuerdrucks eine unterschiedlich weit geöffnete Ventilöffnung bilden und entsprechend der Ventilöffnungsweite der Arbeitsdruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks feinstufig einstellbar ist.
  2. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Ventilflächen (16, 17) der zweiten Ventileinheit (3) zwei aufeinander folgende Abschnitte (A, B) aufweist, wobei der Winkel (a) zwischen den Ventilflächen (16, 17) im ersten, der geschlossenen Stellung folgenden Abschnitt (A) kleiner ist als der Winkel (b) der Ventilflächen (16, 17) im zweiten, an die geöffnete Stellung angrenzenden Bereich (B).
  3. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilflächen (16, 17) im ersten und/oder zweiten Abschnitt (A, B) linear verlaufend gebildet sind, wobei der Winkel (a, b) zwischen den beiden Ventilflächen (16, 17) zwischen 0,1° und 10° beträgt.
  4. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Ventilflächen (16, 17) im ersten und/oder zweiten Abschnitt (A, B) nichtlinear verlaufend gebildet ist, wobei der Winkel (a, b) zwischen den beiden Ventilflächen (16, 17) sich zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position vergrößert und dabei zwischen 0,1° und 45° beträgt.
  5. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Abschnitt (A) und/oder der zweite Abschnitt (B) der Ventilflächen (16, 17) jeweils über wenigstens 25 % des maximalen Verstellweges (W) des Ventilkolbens (10) in Bezug zum Ventilzylinder (8) erstreckt.
  6. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der zweite Ventilkolben (10), bevorzugt auch der erste Ventilkolben (9), rotationssymmetrisch gebildet ist und der korrespondierende Ventilzylinder (8, 7) einen runden Querschnitt aufweist, sodass die Ventilöffnung die Form eines Ringspalts hat.
  7. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Steuerdruckkammer (13, 14) im Bereich des dem Federelement (11, 12) gegenüberliegenden Endes (E) des jeweiligen Ventilkolbens (9, 10) angeordnet ist und/oder der Arbeitsfluidkanal (6) in der ersten und/oder in der zweiten Ventileinheit (2, 3) zwischen dem Bereich (F) des Federelements (11, 12) und dem Bereich (S) der Steuerdruckkammer (13, 14) angeordnet ist.
  8. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Handsteuereinheit vor dem Steuerfluideinlass angeordnet ist, die einen Handregler aufweist, mittels dem der Steuerdruck des Steuerfluids stufenlos regulierbar ist.
  9. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen einzigen Steuerfluideinlass, der im Inneren der Steuerventilanordnung (1) mit beiden Steuerdruckkammern verbunden ist.
  10. Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids in einer Steuerventilanordnung (1) zur indirekten pneumatischen Steuerung, mit den Schritten: - Anlegen eines Arbeitsdrucks mittels eines Arbeitsfluids an einem Arbeitsfluideinlass (4), - Steuerung des Drucks in einem Steuerfluid, insbesondere mittels eines feinfühligen Ventils einer Handsteuerung, und Belasten eines Steuerfluideinlasses mit dem Steuerdruck, - Einleiten von Steuerfluid in jeweils eine Steuerfluidkammer (13, 14) einer pneumatischen Ventileinheit (2, 3), wobei das Steuerfluid einen durch ein Federelement (11, 12) auf eine geschlossene Stellung vorgespannten, innerhalb eines Ventilzylinders (7, 8) angeordneten Ventilkolben (9, 10) auf eine geöffnete Stellung hin verschieben kann, wobei - das Anlegen eines Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckkammer (13) den ersten Ventilkolben (9) von der geschlossenen in die geöffnete Stellung verschiebt, wodurch das Arbeitsfluid durch einen mit dem Arbeitsfluideinlass (4) verbundenen Arbeitsfluidkanal (6) durch die erste, geöffnete Ventileinheit (2) zur zweiten Ventileinheit (3) strömen kann, wobei - das Anlegen des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdruckkammer (14) zu einem Verschieben des zweiten Ventilkolbens (10) entgegen der Kraft des Federelements (12) in eine dem Steuerdruck zugeordneten Position des Ventilkolbens (10) im Ventilzylinder (8) zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung führt, wodurch das Arbeitsfluid durch den Arbeitsfluidkanal (6) in der zweiten Ventileinheit (3) zwischen zwei sich gegenüberliegenden, zueinander verwinkelten und sich auf der Oberfläche des Ventilzylinders (8) und des Ventilkolbens (10) entlang der Verschieberichtung (V) erstreckenden Ventilflächen (16, 17) hindurchströmt, wobei eine zwischen den Ventilflächen (16, 17) gebildete Ventilöffnung im Arbeitsfluidkanal (6) in Abhängigkeit des Steuerdrucks entsprechend feinstufig einstellbar ist und den am Auslass (5) anliegenden Druck des Arbeitsfluids regelt.
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