DE112008003999T5

DE112008003999T5 - Fluidbetriebenes Betätigungssystem

Info

Publication number: DE112008003999T5
Application number: DE112008003999T
Authority: DE
Inventors: Herbert 47495 Ridder; Gerhard 46487 Bohmer; Martin 46519 Engels
Original assignee: Norgren GmbH
Current assignee: Norgren GmbH
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2011-07-21
Also published as: MX2011002314A; US8857313B2; CN102149926A; US20110146804A1; WO2010028662A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Steuerventils, das einem Stellglied wahlweise eine Druckfluidzufuhr liefern kann, wobei das Verfahren den folgenden Schritt enthält: Betätigen des Steuerventils in eine erste Stellung zum Öffnen eines Fluidflusswegs von einer Druckfluidzufuhr zu dem Stellglied, wobei das dem Stellglied zugeführte Druckfluid das Steuerventil außerdem in Richtung einer zweiten Stellung vorbelastet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein fluidbetriebenes Stellglied und insbesondere auf ein Ventilsteuersystem für ein fluidbetriebenes Stellglied.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fluidbetriebene Stellglieder sind im Gebiet bekannt. Gemäß einem Entwurf wird das an das Stellglied gelieferte Fluid unter Verwendung eines Steuerventils gesteuert, das durch zwei oder mehr Servoventile betätigt wird. Die Servoventile steuern eine Druckzufuhr zu dem Steuerventil, die das Steuerventil in eine erste oder in eine zweite Stellung betätigt. Eine solche Konfiguration hat einigen Erfolg erfahren, wobei das System aber komplex und voluminös ist und das Reagieren und Ändern der Stellung des Stellglieds übermäßige Zeit dauert.
1 zeigt ein Ventilsteuersystem 100 gemäß dem Stand der Technik. Das in 1 gezeigte Ventilsteuersystem 100 enthält ein Stellglied 101, eine Druckfluidrohrleitung 102, ein erstes Servoventil 103, ein zweites Servoventil 104 und ein Steuerventil 105. Der Kolben 108 des Stellglieds 101 bewegt sich in Reaktion auf das entweder durch die Rohrleitung 106 oder durch die Rohrleitung 107 auf das Stellglied 101 wirkende Druckfluid zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung. Das Druckfluid kann irgendeine Art im Wesentlichen inkompressiblen Fluids wie etwa z. B. Pneumatik- oder Hydraulikfluid aufweisen. Üblicherweise hängt das verwendete Druckfluid von der besonderen Anwendung ab.
Das dem Stellglied 101 zugeführte Druckfluid wird anhand der Stellung des Steuerventils 105 bestimmt. Das Steuerventil 105 wird unter Verwendung des ersten und des zweiten Servoventils 103, 104 betätigt. In Situationen, in denen die Servoventile 103, 104 Magnetservoventile aufweisen, betätigt die Erregung der (nicht gezeigten) Elektromagnetspulen das Servoventil, was ermöglicht, dass das Druckfluid zu dem Steuerventil 105 fließt. Falls z. B. das erste Servoventil 103 betätigt wird, wird der Anschluss 112 des Servoventils 103 zu dem Anschluss 113 geöffnet, was ermöglicht, dass das Druckfluid durch die Rohrleitung 123 auf der ersten Seite 127 des Steuerventils 105 wirkt. Der auf der ersten Seite 127 des Steuerventils 105 wirkende Druck bewegt das Steuerventil 105 in eine erste Stellung. In der ersten Stellung ist der Anschluss 115 des Steuerventils 105 zu dem Anschluss 116 geöffnet, was somit einen offenen Weg von der Rohrleitung 111 zu der Rohrleitung 107 bereitstellt. In dieser Stellung wirkt der Druck in der Kammer 125, was den Kolben 108 wie in 1 gezeigt nach links bewegt, während ermöglicht wird, dass Fluid aus der Kammer 126 durch den Anschluss 119 des Steuerventils 105 über die Rohrleitung 106 entleert wird.
Wenn erwünscht ist, den Kolben 108 in die andere Richtung zu bewegen, wird das erste Servoventil 103 deaktiviert und wird das zweite Servoventil 104 betätigt, wodurch der Anschluss 112 von dem Anschluss 113 geschlossen wird und der Anschluss 120 zu dem Anschluss 121 des zweiten Servoventils 104 geöffnet wird. Das Druckfluid kann daraufhin von der Rohrleitung 110 zu der zweiten Seite 128 des Steuerventils 105 fließen, um das Steuerventil 105 in eine zweite Stellung zu bewegen. In der zweiten Stellung ist der Anschluss 115 zum Anschluss 118 des Steuerventils 105 geöffnet. Daraufhin kann das Druckfluid von der Rohrleitung 111 zu der Rohrleitung 106 fließen, um die Kammer 126 des Stellglieds 101 mit Druck zu beaufschlagen und dadurch den Kolben 108 nach rechts zu bewegen.
Obgleich der oben beschriebene Entwurf in beschränkten Situationen funktionieren kann, erfordert das Ventilsteuersystem 100 dadurch, dass es die Verwendung zweier Servoventile erfordert, eine übermäßige Menge Platz, Leistung und Komponenten. Darüber hinaus gibt es beim Schalten des Stellglieds 101 eine verzögerte Reaktionszeit, da vor irgendeiner Bewegung des Steuerventils 105 ein Servoventil deaktiviert werden muss und ein anderes Servoventil betätigt werden muss. Außerdem weist jedes Servoventil eine inhärente Verzögerungszeit auf, sodass die Bereitstellung mehrerer Servoventile das Problem verstärkt. Diese Verzögerung kann in Situationen, in denen das Stellglied auf wiederholte Weise geschaltet wird, oder in Situationen, in denen eine schnelle Reaktionszeit erforderlich ist, Probleme erzeugen.
Somit besteht ein Bedarf an einem schnell reagierenden fluidgesteuerten Stellglied, das außerdem die erforderlichen Materialien und den erforderlichen Platz minimiert. Die vorliegende Erfindung löst dieses und weitere Probleme, wobei ein Fortschritt in dem Gebiet erzielt wird.
ASPEKTE
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Betreiben eines Steuerventils, das einem Stellglied wahlweise eine Druckfluidzufuhr liefern kann, den folgenden Schritt auf:
Betätigen des Steuerventils in eine erste Stellung zum Öffnen eines Fluidflusswegs von einer Druckfluidzufuhr zu dem Stellglied, wobei das dem Stellglied zugeführte Druckfluid das Steuerventil außerdem in Richtung einer zweiten Stellung vorbelastet.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner den Schritt des Betätigens des Steuerventils in eine zweite Stellung mit dem dem Stellglied zugeführten Druckfluid auf.
Vorzugsweise wird das das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorbelastende Druckfluid entleert, wenn das Steuerventil in der zweiten Stellung ist.
Vorzugsweise weist der Schritt des Betätigens des Steuerventils in die erste Stellung das Ausüben einer Kraft, die im Wesentlichen gleich einem Druck des Druckfluids ist, der das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorbelastet, auf eine erste Seite des Steuerventils auf.
Vorzugsweise öffnet die erste Stellung des Steuerventils einen Fluidflussweg von der Druckfluidzufuhr zu einer ersten Kammer des Stellglieds, wobei die zweite Stellung des Steuerventils einen Fluidflussweg von der Druckfluidzufuhr zu einer zweiten Kammer des Stellglieds öffnet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Betätigungssystem, das ein fluidbetriebenes Stellglied umfasst, Folgendes auf:
ein Steuerventil, das zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung beweglich ist;
eine erste Fluidrohrleitung, die das Steuerventil mit einer ersten Kammer des fluidbetriebenen Stellglieds koppelt, wobei die erste Stellung des Steuerventils einen Fluidflussweg öffnet, um die erste Fluidrohrleitung und die erste Kammer mit Fluid von einer Druckfluidzufuhr mit Druck zu beaufschlagen; und
eine zweite Fluidrohrleitung, die mit der ersten Kammer gekoppelt ist und einen Teil des der ersten Kammer zugeführten Druckfluids umleiten kann, um das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorzubelasten.
Vorzugsweise entleert das Steuerventil das Druckfluid, das das Steuerventil vorbelastet, wenn das Steuerventil in die zweite Stellung betätigt wird.
Vorzugsweise hält das von der ersten Kammer des fluidbetriebenen Stellglieds entleerte Druckfluid das Steuerventil in der zweiten Stellung.
Vorzugsweise weist das Betätigungssystem ferner einen Druckregler auf, der das Druckfluid, das das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorbelastet, verringern kann.
Vorzugsweise weist das Betätigungssystem ferner ein Vorbelastungselement auf, das den Fluidflussweg von der Druckfluidzufuhr zu dem fluidbetriebenen Stellglied im Wesentlichen schließen kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Betätigungssystem, das ein fluidbetriebenes Stellglied umfasst, Folgendes auf:
ein Steuerventil, das zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung beweglich ist,
eine erste Fluidrohrleitung, die das Steuerventil mit dem fluidbetriebenen Stellglied koppelt, wobei die erste Stellung des Steuerventils einen Fluidflussweg öffnet, um die erste Fluidrohrleitung und eine erste Kammer des fluidbetriebenen Stellglieds mit Fluid von einer Druckfluidzufuhr mit Druck zu beaufschlagen; und
eine zweite Fluidrohrleitung, die mit der ersten Fluidrohrleitung gekoppelt ist und Druckfluid in die erste Fluidrohrleitung umleiten kann, um das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorzubelasten.
Vorzugsweise entleert das Steuerventil das Druckfluid, das das Steuerventil vorbelastet, wenn das Steuerventil in die zweite Stellung betätigt wird.
Vorzugsweise hält das von der ersten Kammer des fluidbetriebenen Stellglieds entleerte Druckfluid das Steuerventil in der zweiten Stellung.
Vorzugsweise weist das Betätigungssystem ferner einen Druckregler auf, der das Druckfluid, das das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorbelastet, verringern kann.
Vorzugsweise weist das Betätigungssystem ferner ein Vorbelastungselement auf, das den Fluidflussweg von der Druckfluidzufuhr zu dem fluidbetriebenen Stellglied im Wesentlichen schließen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt ein fluidgesteuertes Stellglied des Standes der Technik.
2 zeigt ein Ventilsteuersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt das Ventilsteuersystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt das Ventilsteuersystem gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
2–4 und die folgende Beschreibung zeigen spezifische Beispiele, um den Fachmann im Gebiet zu lehren, wie die beste Ausführungsart der Erfindung herzustellen und zu verwenden ist. Um die erfindungsgemäßen Prinzipien zu lehren, sind einige herkömmliche Aspekte vereinfacht oder weggelassen worden. Für den Fachmann auf dem Gebiet sind Abwandlungen von diesen Beispielen, die im Umfang der Erfindung liegen, klar. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass die im Folgenden beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise kombiniert werden können, um mehrere Abwandlungen der Erfindung zu bilden. Im Ergebnis ist die Erfindung nicht auf die im Folgenden beschriebenen spezifischen Beispiele, sondern nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente beschränkt.
2 zeigt ein Betätigungssystem 200 für ein fluidbetriebenes Stellglied 211 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das in 2 gezeigte Stellgliedsystem 200 umfasst ein Stellglied 211, ein Servoventil 220, ein Steuerventil 230 und eine Fluidzufuhr 240. Die Fluidzufuhr 240 kann z. B. eine Pneumatik- oder Hydraulikfluidzufuhr aufweisen. Wie im Gebiet bekannt ist, können allerdings selbstverständlich andere Fluide verwendet werden, die allgemein zum Betreiben fluidbetätigter Vorrichtungen verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Stellglied 211 ein lineares Stellglied auf. Allerdings können selbstverständlich andere Stellglieder verwendet werden, wobei das besondere fluidbetriebene Stellglied den Umfang der Erfindung nicht beschränken soll. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Stellglied 211 einen Kolben 212 zusammen mit Fluidanschlüssen 213, 214. Obgleich zwei Fluidanschlüsse gezeigt sind, kann das Stellglied 211 irgendeine Anzahl von Fluidanschlüssen aufweisen, wie sie für die besondere Anwendung erforderlich sind. Der Kolben 212 kann sich in Reaktion darauf, dass Fluid durch einen der Anschlüsse 213, 214 eingeleitet wird, während der andere Anschluss entleert wird, bewegen. Wenn z. B. dem ersten Anschluss 213 Fluid zugeführt wird, kann das Fluid in die Kammer 215 eintreten, um den Druck zu erhöhen. In Reaktion auf den erhöhten Druck kann sich der Kolben 212 (wie in 2 gezeigt) nach links bewegen und kann das Fluid in der Kammer 216 durch den zweiten Anschluss 214 entleert werden. Ähnlich kann sich der Kolben 212 nach rechts bewegen, wobei das Fluid in der Kammer 215 durch den ersten Anschluss 213 entleert wird, wenn dem zweiten Anschluss 214 und Kammer 216 Fluid zugeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Betätigungssystem 200 ein Servoventil 220. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Servoventil 220 ein elektromagnetisch betriebenes Servoventil 220 auf. Allerdings können selbstverständlich andere Servoventile verwendet werden, wobei sie im Umfang der Erfindung liegen. Die folgende Beschreibung diskutiert das Servoventil 220 lediglich der Klarheit halber als elektromagnetisch betriebenes Ventil und soll den Umfang der Erfindung in keiner Weise einschränken. Wenn das Servoventil 220 erregt wird, öffnet es den Anschluss 221 zum Anschluss 222. Dies beaufschlagt die Rohrleitung 243 mit Fluid von der Rohrleitung 242 mit Druck. Das Druckfluid in der Rohrleitung 243 wirkt auf eine erste Seite 236 des Steuerventils 230, um das Steuerventil 230 in Richtung einer ersten Stellung vorzubelasten. Obgleich das Druckfluid in der Rohrleitung 243 das Steuerventil in Richtung der ersten Stellung vorbelastet, wird das Ventil selbstverständlich erst betätigt, wenn die Vorbelastungskraft ausreicht, um die Widerstandskräfte des Steuerventils wie etwa Reibung oder einen vorhandenen Fluiddruck zu überwinden. Wenn die Vorbelastungskraft hoch genug ist, wird das Steuerventil 230 in die erste Stellung betätigt. Die erste Seite 236 des Steuerventils 230 kann z. B. einen Fluidbetätigungsschalter aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Steuerventil 230 einen Absperrschieber auf. Allerdings ist das Steuerventil 230 selbstverständlich nicht auf Absperrschieber beschränkt, wobei andere geeignete Ventile verwendet werden und im Umfang der Erfindung bleiben. In der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Steuerventil 230 ein 5/2-Ventil, da es fünf Anschlüsse mit zwei Stellungen umfasst. In der ersten Stellung wird Druckfluid zu der ersten Kammer 215 des Stellglieds 211 fließengelassen, während Druckfluid aus der zweiten Kammer 216 entleert wird. In der zweiten Stellung wird Druckfluid zu der zweiten Kammer 216 fließengelassen, während es aus der ersten Kammer 215 entleert wird. Allerdings weist das Steuerventil 230 gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung selbstverständlich andere Typen von Ventilen auf, z. B. ein 5/3-Ventil, bei dem drei Stellungen verfügbar sind. Eine mögliche dritte Stellung kann alle Anschlüsse des Steuerventils 230 schließen und dadurch einen gegenwärtigen Zustand des Stellglieds 211 aufrechterhalten (siehe 4).
Wenn das Fluid in der Rohrleitung 243 das Steuerventil 230 in die erste Stellung betätigt, öffnet der Anschluss 231 zum Anschluss 232. Die Rohrleitung 241, die mit der Fluidzufuhr 240 gekoppelt ist, kann daraufhin die Rohrleitung 245 mit Druck beaufschlagen. Die Rohrleitung 245 ist mit dem ersten Anschluss 213 des Stellglieds 211 gekoppelt. Somit tritt das Druckfluid in die erste Kammer 215 ein und wirkt dadurch auf die rechte Seite des Kolbens 212 und bewegt ihn in Richtung nach links. Zusätzlich dazu, dass der Anschluss 231 zum Anschluss 232 geöffnet wird, wird der Anschluss 234 zum Anschluss 235 geöffnet. Gemäß einer Ausführungsform weist der Anschluss 235 einen Entleerungsanschluss auf, der zur Atmosphäre entleert. Allerdings kann der Anschluss 235 in anderen Ausführungsformen, in denen es erwünscht ist, das Fluid wiederzuverwerten, mit einem (nicht gezeigten) Vorratsbehälter gekoppelt sein und das Fluid zur zukünftigen Verwendung gespeichert werden. Somit kann das Fluid in der Kammer 216 aus dem Anschluss 214 durch die Rohrleitung 244 und die Anschlösse 234, 235 des Steuerventils 230 austreten, während sich der Kolben 212 nach links bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist mit der Stellgliedzufuhrrohrleitung 245 eine Umleitungsfluidrohrleitung 246 gekoppelt. Die Umleitungsfluidrohrleitung 246 ist außerdem mit einer zweiten Seite 237 des Steuerventils 230 gekoppelt. Wenn die Zufuhrrohrleitung 245 mit Druck beaufschlagt wird, wird somit die Umleitungsfluidrohrleitung 246 ebenfalls mit Druck beaufschlagt. Der Druck innerhalb der Umleitungsrohrleitung 246 wirkt auf die zweite Seite 237 des Steuerventils 230, um das Steuerventil 230 in Richtung einer zweiten Stellung vorzubelasten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ändert das Steuerventil 230 die Stellungen nicht, selbst wenn das Druckfluid in der Umleitungsfluidrohrleitung 246 das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorbelastet, da der auf die erste und auf die zweite Seite 236, 237 des Steuerventils 230 wirkende Druck im Wesentlichen derselbe ist und sie sich somit aufheben. Dies liegt daran, dass das auf beide Seiten wirkende Fluid aus derselben Fluidzufuhr 240 kommt. Mit anderen Worten, die linke und die rechte Seite des Steuerventils 230 werden im Wesentlichen mit demselben auf das Stellglied 211 wirkenden Fluidzufuhrdruck mit Druck beaufschlagt. In anderen Ausführungsformen kann der Druck in der Rohrleitung 246 größer oder kleiner als der Druck in der Rohrleitung 243 sein. Dies kann z. B. unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Druckreglers erreicht werden. Selbstverständlich muss die durch den Druck in der Umleitungsfluidrohrleitung 246 gelieferte Vorbelastungskraft größer als irgendeine Reibungskraft oder Betätigungskraft sein, die gegen den Druck in der Umleitungsfluidrohrleitung 246 ausgeübt wird, um das Steuerventil 230 in die zweite Stellung zu betätigen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Stellglied 211 durch Deaktivieren des Servoventils 220 in die entgegengesetzte Richtung betätigt werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sperrt das Deaktivieren des Servoventils 220 den Anschluss 221 von dem Anschluss 222 ab, sodass der auf die erste Seite 236 des Steuerventils 230 wirkende Druck durch den Anschluss 223 entleert wird. Dagegen wirkt der Fluiddruck in der Rohrleitung 246 weiter auf die zweite Seite 237 des Steuerventils 230. Somit betätigt die durch den Druck in der Umleitungsrohrleitung 246 bereitgestellte Vorbelastungskraft das Steuerventil 230 in die zweite Stellung. Wenn das Steuerventil 230 in der zweiten Stellung ist, wird der Anschluss 231 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung von dem Anschluss 232 abgesperrt und zu dem Anschluss 234 geöffnet, wodurch der Rohrleitung 244 Druckfluid zugeführt wird, das in die Kammer 216 eintritt, um den Kolben 212 nach rechts vorzubelasten. Mit der mit Druck beaufschlagten Kammer 216 wird Fluid in der Kammer 215 durch den Anschluss 213 zur Rohrleitung 245 aus dem Stellglied 211 gedrängt. Zusätzlich dazu, dass Druckfluid durch die Rohrleitung 245 entleert wird, wird auf die zweite Seite 237 des Steuerventils 230 über die Rohrleitung 246 weiter Druck ausgeübt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Druck, der der zweiten Seite 237 des Steuerventils 230 zugeführt wird, während die Kammer 215 entleert wird, kleiner als der Druck, der dem Stellglied 216 zugeführt wird. Während der Druck in der ersten Kammer 215 abnimmt, nimmt der Druck in der Rohrleitung 246, der auf der zweiten Seite des Steuerventils 230 wirkt, gemäß einer weiteren Ausführungsform ebenfalls ab. Da auf der zweiten Seite 237 des Steuerventils 230 wenigstens ein gewisser Druck verbleibt, wird das Steuerventil 230 in der zweiten Stellung gehalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Rohrleitung 245 ein Rückschlagventil enthalten, das den Fluss zur Rohrleitung 246 beschränken würde, wenn die Kammer 215 entleert wird. In dieser Ausführungsform braucht keine Kraft erforderlich zu sein, um das Steuerventil 230 in einer gegebenen Stellung zu halten. Somit könnte in der kurzen Zeit, nachdem der Druck davor beschränkt wird, auf die erste Seite 236 des Steuerventils 230 zu wirken, der Druck, der weiter auf die zweite Seite 237 des Steuerventils 230 wirkt, das Steuerventil 230 in seine zweite Stellung bewegen, wobei der Fluiddruck ebenfalls von der zweiten Seite 237 des Steuerventils 230 entfernt würde, wenn das Ventil 230 umschaltet und die Kammer 215 entleert wird.
3 zeigt das Betätigungssystem 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist das Servoventil 220 weggelassen. Eher, als ein Servoventil zum Betätigen des Steuerventils 230 in die erste Stellung zu verwenden, ist ein elektronisches Stellglied 338 vorgesehen. Das elektronische Stellglied 338 kann einen Elektromagneten aufweisen oder irgendein anderes elektronisches Stellglied aufweisen. In der in 3 gezeigten Ausführungsform wird das Steuerventil 230 in die erste Stellung betätigt, wenn das elektronische Stellglied 338 erregt wird. Wie oben beschrieben wurde, führt das Steuerventil 230 das Druckfluid, wenn es in der ersten Stellung ist, der ersten Kammer 215 des Stellglieds 211 zu. Außerdem ist die Umleitungsfluidrohrleitung 246 nun, eher als dass sie mit der Fluidrohrleitung 245 gekoppelt ist, direkt mit der ersten Kammer 215 gekoppelt. Somit kann Druckfluid in der ersten Kammer 215 unter Verwendung der Umleitungsfluidrohrleitung 246 zu der zweiten Seite des Steuerventils 230 umgeleitet werden, um das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorzubelasten. Wie oben erwähnt wurde, wird das Steuerventil 230 erst in die zweite Stellung betätigt, wenn die Vorbelastungskraft die Reibungskraft des Steuerventils 230 zusammen mit irgendeiner auf der ersten Seite des Steuerventils bereitgestellten Betätigungskraft überwinden kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das elektronische Stellglied 338 im Wesentlichen dieselbe Kraft liefern, wie sie durch die Druckfluidzufuhr geliefert wird. Somit ist die durch das elektronische Stellglied 338 gelieferte Betätigungskraft, wenn das Steuerventil 230 in der ersten Stellung ist, im Wesentlichen dieselbe wie die durch den Fluiddruck über die Rohrleitung 246 gelieferte Vorbelastungskraft. Somit führt die durch den Druck in der Umleitungsfluidrohrleitung 246 gelieferte Vorbelastungskraft, während das elektronische Stellglied 338 betätigt wird, nicht zu irgendeiner Bewegung des Steuerventils 230.
Wenn das elektronische Stellglied 338 deaktiviert wird, betätigt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der auf der zweiten Seite 237 des Steuerventils 230 wirkende Fluiddruck in der Rohrleitung 246 das Steuerventil 230 in die zweite Stellung, um die Druckfluidzufuhr zu der zweiten Kammer 216 des Stellglieds 211 zu liefern und die erste Kammer 215 des Stellglieds 211 zu entleeren. Obgleich anstelle des Servoventils 220 ein elektronisches Stellglied 338 gezeigt ist, könnten selbstverständlich andere Mittel zum Betätigen des Steuerventils 230 in die erste Stellung verwendet werden. Zum Beispiel können ein mechanisches Stellglied wie etwa eine Feder, ein Stempel, ein Hebel, eine Kurvenwelle usw. verwendet werden, um das Steuerventil 230 in die erste Stellung zu betätigen. Daraufhin kann das Steuerventil 230 das dem Stellglied 211 zugeführte Druckfluid nutzen, um das Steuerventil 230 in die zweite Stellung zu betätigen.
4 zeigt das Betätigungssystem 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In der in 4 gezeigten Ausführungsform umfasst das Steuerventil 230 ein federzentriertes 5/3-Wege-Ventil. Wie zu sehen ist, wird das Steuerventil 230 unter Verwendung eines Elektromagnetstellglieds 338 in die erste Stellung betätigt und unter Verwendung des Druckfluids, das der ersten Kammer 215 des Stellglieds 211 zugeführt wird, in die zweite Stellung betätigt. Außerdem wird das Steuerventil 230 unter Verwendung von Vorbelastungselementen 439 in eine dritte Stellung zentriert. In der dritten Stellung sind alle Anschlüsse des Steuerventils 230 geschlossen. Somit wird die gegenwärtige Stellung des Stellglieds 211 aufrechterhalten, da kein Fluid in das Stellglied 211 eintritt oder es verlässt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung arbeitet das in 4 gezeigte Steuerventil 230 in Bezug auf die erste und die zweite Stellung im Wesentlichen in der gleichen Weise wie das in 3 gezeigte Steuerventil 230. Obgleich das Steuerventil 230 mit einem Paar Vorbelastungselemente 439 gezeigt ist, die zum Zentrieren des Ventils 230 in die Mittelstellung verwendet werden, könnten selbstverständlich andere Betätigungselemente verwendet werden, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von Vorbelastungselementen beschränkt sein soll.
Die oben beschriebene Erfindung weist ein Betätigungssystem 200 auf, das den auf ein fluidbetriebenes Stellglied wirkenden Druck verwendet, um das Steuerventil 230 aus einer ersten Stellung in eine zweite zu betätigen. Somit beseitigt die Erfindung die Notwendigkeit eines zweiten Stellglieds wie etwa eines zweiten Servostellglieds.
Die ausführlichen Beschreibungen der obigen Ausführungsformen sind keine erschöpfenden Beschreibungen aller Ausführungsformen, die die Erfinder als im Umfang der Erfindung liegend betrachten. Tatsächlich erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, dass bestimmte Elemente der oben beschriebenen Ausführungsformen verschieden kombiniert oder weggelassen werden können, um weitere Ausführungsformen zu erzeugen, und dass diese weiteren Ausführungsformen im Umfang und in den Lehren der Erfindung liegen. Außerdem ist für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen als Ganzes oder teilweise kombiniert werden können, um im Umfang und den Lehren der Erfindung zusätzliche Ausführungsformen zu erzeugen.
Obgleich hier zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsformen und Beispiele der Erfindung beschrieben worden sind, sind somit, wieder Fachmann auf dem Gebiet erkennt, im Umfang der Erfindung verschiedene äquivalente Änderungen möglich. Die hier gebotenen Lehren können auf andere Stellgliedsysteme und nicht nur auf die oben beschriebenen und in den beigefügten Figuren gezeigten Ausführungsformen angewendet werden. Dementsprechend soll der Umfang der Erfindung aus den folgenden Ansprüchen bestimmt sein.
Zusammenfassung
Fluidbetriebenes Betätigungssystem
Es wird ein Stellgliedsystem (200) geschaffen. Das Stellgliedsystem (200) umfasst ein fluidbetriebenes Stellglied (211) und ein Steuerventil (230). Das Steuerventil (230) ist zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung beweglich und kann einen Fluidflussweg von einer Druckfluidzufuhr (240) zu dem Stellglied (211) öffnen, wenn das Steuerventil (230) in der ersten Stellung ist. Es ist eine Umleitungsfluidrohrleitung (246) vorgesehen, die einen Teil des dem Stellglied (211) zugeführten Druckfluids umleiten kann, wenn das Steuerventil (230) in der ersten Stellung ist. Das über die Fluidrohrleitung (246) umgeleitete Druckfluid belastet das Steuerventil (230) in Richtung einer zweiten Stellung vor.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Steuerventils, das einem Stellglied wahlweise eine Druckfluidzufuhr liefern kann, wobei das Verfahren den folgenden Schritt enthält: Betätigen des Steuerventils in eine erste Stellung zum Öffnen eines Fluidflusswegs von einer Druckfluidzufuhr zu dem Stellglied, wobei das dem Stellglied zugeführte Druckfluid das Steuerventil außerdem in Richtung einer zweiten Stellung vorbelastet.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Betätigens des Steuerventils in eine zweite Stellung mit dem dem Stellglied zugeführten Druckfluid aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorbelastende Druckfluid entleert wird, wenn das Steuerventil in der zweiten Stellung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Betätigens des Steuerventils in die erste Stellung das Ausüben einer Kraft, die im Wesentlichen gleich einem Druck des Druckfluids ist, der das Steuerventil in Richtung der zweiten Stellung vorbelastet, auf eine erste Seite des Steuerventils aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Stellung des Steuerventils einen Fluidflussweg von der Druckfluidzufuhr zu einer ersten Kammer des Stellglieds öffnet und wobei die zweite Stellung des Steuerventils einen Fluidflussweg von der Druckfluidzufuhr zu einer zweiten Kammer des Stellglieds öffnet.
Betätigungssystem (200), das ein fluidbetriebenes Stellglied (211) umfasst, wobei das Betätigungssystem Folgendes enthält: ein Steuerventil (230), das zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung beweglich ist; eine erste Fluidrohrleitung (245), die das Steuerventil (230) mit einer ersten Kammer (215) des fluidbetriebenen Stellglieds (211) koppelt, wobei die erste Stellung des Steuerventils (230) einen Fluidflussweg öffnet, um die erste Fluidrohrleitung (245) und die erste Kammer (215) mit Fluid von einer Druckfluidzufuhr (240) mit Druck zu beaufschlagen; und eine zweite Fluidrohrleitung (246), die mit der ersten Kammer (215) gekoppelt ist und einen Teil des der ersten Kammer (215) zugeführten Druckfluids umleiten kann, um das Steuerventil (230) in Richtung der zweiten Stellung vorzubelasten.
Betätigungssystem (200) nach Anspruch 6, wobei das Steuerventil (230) das Druckfluid, das das Steuerventil (230) vorbelastet, entleert, wenn das Steuerventil (230) in die zweite Stellung betätigt wird.
Betätigungssystem (200) nach Anspruch 6, wobei das von der ersten Kammer (215) des fluidbetriebenen Stellglieds (211) entleerte Druckfluid das Steuerventil (230) in der zweiten Stellung hält.
Betätigungssystem (200) nach Anspruch 6, das ferner einen Druckregler aufweist, der das Druckfluid, das das Steuerventil (230) in Richtung der zweiten Stellung vorbelastet, verringern kann.
Betätigungssystem (200) nach Anspruch 6, das ferner ein Vorbelastungselement (439) aufweist, das den Fluidflussweg von der Druckfluidzufuhr (240) zu dem fluidbetriebenen Stellglied (211) im Wesentlichen schließen kann.
Betätigungssystem (200), das ein fluidbetriebenes Stellglied (211) umfasst, wobei das Betätigungssystem Folgendes enthält: ein Steuerventil (230), das zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung beweglich ist, eine erste Fluidrohrleitung (245), die das Steuerventil (230) mit dem fluidbetriebenen Stellglied (211) koppelt, wobei die erste Stellung des Steuerventils (230) einen Fluidflussweg öffnet, um die erste Fluidrohrleitung (245) und eine erste Kammer (215) des fluidbetriebenen Stellglieds (211) mit Fluid von einer Druckfluidzufuhr (240) mit Druck zu beaufschlagen; und eine zweite Fluidrohrleitung (246), die mit der ersten Fluidrohrleitung (245) gekoppelt ist und Druckfluid in die erste Fluidrohrleitung (245) umleiten kann, um das Steuerventil (230) in Richtung der zweiten Stellung vorzubelasten.
Betätigungssystem (200) nach Anspruch 11, wobei das Steuerventil (230) das Druckfluid, das das Steuerventil (230) vorbelastet, entleert, wenn das Steuerventil (230) in die zweite Stellung betätigt wird.
Betätigungssystem (200) nach Anspruch 11, wobei das von der ersten Kammer (215) des fluidbetriebenen Stellglieds (211) entleerte Druckfluid das Steuerventil (230) in der zweiten Stellung hält.
Betätigungssystem (200) nach Anspruch 11, das ferner einen Druckregler aufweist, der das Druckfluid, das das Steuerventil (230) in Richtung der zweiten Stellung vorbelastet, verringern kann.
Betätigungssystem (200) nach Anspruch 11, das ferner ein Vorbelastungselement (439) aufweist, das den Fluidflussweg von der Druckfluidzufuhr (240) zu dem fluidbetriebenen Stellglied (211) im Wesentlichen schließen kann.