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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verzögerungselement zum nach einer
einstellbaren Verzögerungszeit schlagartigen Verbinden einer Betätigungsleitung
mit einer Druckmittelleitung in pneumatischen oder hydraulischen Anlagen mit einem
durch das Druckmittel beiderseitig beaufschlagbaren, in einem Zylinder geführten
Differentialkolben, wobei das Druckmittel der größeren Fläche des Differentialkolbens
über eine einstellbare Drossel zugeführt ist und der Differentialkolben über seine
Kolbenstange die Verbindung der Leitungen bewirkt.
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Verzögerungseinrichtungen in Betätigungsleitungen einzuschalten, ist
bekannt. Es ist weiter bekannt, bei einem mit Druckmittel betätigten Schaltventil
einen Differentialkolben vorzusehen. Schließlich ist auch schon ein Absperr- oder
Steuerventil mit Hilfsventilsteuerung bekanntgeworden, das ebenfalls ein Verzögerungselement
darstellt, dessen Differentialkolben beiderseits durch das Druckmittel beaufschlagt
wird und dessen Verzögerungszeiten demzufolge von den Druckschwankungen in der Speiseleitung
in einem gewissen Maße unabhängig sind. Hierbei wird auch schon dadurch, daß beim
öffnen des Ventiltellers der Druck, der einerseits bei in Verschließstellung des
über eine Kolbenstange mit dem Kolben verbundenen Ventiltellers über ein von seinem
Sitz abhebbares Hilfsventil mittels einer Drossel auf der Vollfläche des Kolbens
verzögert aufgebaut wird, andererseits in dem Raum, der von der der Vollfläche gegenüberliegenden
Ringfläche des Kolbens begrenzt wird und in den die Speiseleitung einmündet, kurzzeitig
zum Zusammenbrechen gebracht wird, erreicht, daß dieser einmal umgeleitete Öffnungsvorgang
schlagartig erfolgt.
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Bei diesem letztgenannten, vorbekannten VerZögerungselement ist jedoch
der Differentialkolben so angeordnet, daß er schon bei Beginn seiner Verschiebung
ein schlagartiges Öffnen des Ventiltellers zu den Abgängen hin und damit ein ebensolches
Einschalten der Betätigungsleitung erwirkt. Es ist dabei aber sehr unsicher, wann
der Kolben sich zu verschieben beginnt. Es kann dies einmal etwas früher, ein anderes
Mal etwas später der Fall sein, je nachdem, wie fest der Kolben im Zylinder sitzt,
was in erster Linie von der Temperatur abhängig ist.
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Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin,
ein Verzögerungselement der genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem trotz
etwa auftretender Schwierigkeiten vorgenannter Art und trotz Druckschwankungen im
vom Druckmittel durchströmten Netz die einstellbare Verzögerungszeit mit größtmöglicher
Genauigkeit einhaltbar ist.
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Ein solches Verzögerungselement ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß an das eine Ende des dem Differentialkolben zugehörigen Zylinders ein Bodenstück
angeschlossen ist, das eine sich in der Verlängerung der Längsachse des Zylinders
erstrekkende Bohrung aufweist, deren Innendurchmesser an ihrer äußeren Mündung und
.an einer dem Inneren des Zylinders näher gelegenen Stelle je über einen Teil ihrer
Länge verringert ist, welche im Innendurchmesser verringerten Bohrungen einen zwischen
ihnen gebildeten, ringförmigen, kammerartigen Raum begrenzen, in den eine radial
zur Bohrung verlaufende, mit der Betätigungsleitung verbundene Bohrung mündet, und
einer Verdickung der während des Ablaufs der Verzögerungszeit mit ihrem freien Ende
aus der Bohrung ausfahrenden Kolbenstange des Differentialkolbens als Führung dienen,
wobei im Verlauf des Ausfahrens der Kolbenstange die Verdickung erst die äußere
der im Durchmesser verringerten Bohrungen verschließt und darauf die innere Bohrung
freigibt und eine weitere, in Richtung zum Inneren des Zylinders hin vor der letztgenannten
Bohrung radial zur Längsbohrung des Bodenstücks verlaufende, in eine an das Druckmittelnetz
angeschlossene Druckmittelleitung mündende Öffnung über den von der inneren Fläche
des Differentialkolbens begrenzten Innenraum des Zylinders und den ringförmigen,
kammerartigen Raum mit der in den letzteren einmündenden Bohrung und der sich an
diese anschließenden Betätigungsleitung verbindbar ist.
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Die Erfindung schlägt ferner vor, daß das der größeren Fläche des
Differentialkolbens zugekehrte Ende des Zylinders mittels eines ein an sich bekanntes
Druckmittelfeinregulierventil enthaltenden Gehäuses abgeschlossen ist, das einerseits
eine das Druckmittelfeinregulierventil mit dem vor der größeren Fläche des Differentialkolbens
befindlichen Raum des Zylinders verbindende Anschlußbohruüg, andererseits eine Anschlußbohrung
aufweist, die das Druckmittelfeinregulierventil mit einer Leitung verbindet, die
mittels eines an sich bekannten Dreiwegeventils wahlweise mit der Außenluft und
der das Druckmittel der zugehörigen Öffnung des Zylinders zuführenden Druckmittelleitung
verbindbar ist.
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Durch die erfinderischen Maßnahmen wird Bekanntem gegenüber der wesentliche
technische Fortschritt erzielt, daß der Differentialkolben infolge seiner besonderen
Anordnung und seiner besonders ausgestalteten Kolbenstange nach Beginn der Verschiebung
noch einen gewissen Weg zurücklegen muß, wobei durch das Anwachsen des überdruckes
im Raum zwischen der Kolbenaußenfläche und dem dieser zugekehrten Ende des Zylinders,
das durch die infolge von Ungenauigkeiten bzw. Unregelmäßigkeiten eintretende Behinderung
der Kolbenbewegung verursacht wird, der Kolben entsprechend rascher verschoben wird,
so daß eine rasche Kompensierung der zusätzlich verursachten Verzögerung der Kolbenverschiebung
erreicht wird und unabhängig davon, ob z. B. die Dichtung des-Differentialkolbens
im Zylinder am Anfang dessen Verschiebung etwas festklebt oder nicht, die Verbindung
zwischen Speise-und Betätigungsleitung stets zum gleichen, gewünschten Zeitpunkt
erfolgt. Der Nachteil, den andere, vorbekannte Verzögerungselemente für pneumatische
und hydraulische Anlagen aufweisen, bei denen ein federbelasteter Kolben in einem
Zylinder durch das Druckmedium verschoben wird und sich damit die Zuströmgesehwindigkeit
und die Verschiebegeschwindigkeit dieses Kolbens in gewissen Grenzen frei wählen
lassen, und der darin besteht, daß die Verzögerungszeit nicht nur von der einstellbaren
Zuströmgeschwindigkeit des Druckmediums, sondern auch von dessen Druckschwankungen
abhängt, wird ebenfalls durch das Verzögerungselement nach der Erfindung vermieden.
Letzteres weist keine Feder mit konstanter Federkraft auf, und die auf beide Seiten
seines Differentialkolbens einwirkenden Druckschwankungen können keine schädlichen
Einflüsse ausüben, vorausgesetzt, daß sie ein gewisses Maß nicht übersteigen.
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Dadurch, daß der Zylinderboden erfindungsgemäß nach einem gewissen
Verschiebeweg geöffnet wird,
ist es möglich, einen außerordentlich
genauen Schaltimpuls abzugeben, da in dem Moment, in welchem der Boden geöffnet
wird, die diesem Boden zugewandte Kolbenseite entlastet wird und der Kolben sich
schlagartig ein Stück weiter bewegen kann, ganz im Unterschied zu den federbelasteten
Kolben, die sich ja um so langsamer verschieben, je mehr die Feder zusammengedrückt
wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verzögerungselement ist es dann auch möglich, je
nach Wunsch einen mechanischen oder, was oft erwünscht ist, einen pneumatischen
Impuls abzunehmen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das auch diese Möglichkeit
erkennen läßt, ist in der einzigen Figur der Zeichnung im Längsschnitt dargestellt,
wobei die Druckleitungen nur schematisch angedeutet sind.
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Das eigentliche Verzögerungselement weist einen Zylinder 1 auf, in
welchem ein mit einem O-Ring 3 versehener Differentialkolben 2 verschiebbar ist.
Der Zylinder 1 ist auf der einen Seite durch ein Bodenstück 4 abgeschlossen, das
eine sich in Verlängerung der Längsachse des Zylinders 1 erstreckende Bohrung 12'
aufweist. Diese Bohrung 12' ist an ihrer äußeren Mündung und im Abstand hiervon
nach dem Inneren des Zylinders 1 hin im Innendurchmesser verringert. Die
auf diese Weise gebildeten, im Innendurchmesser kleineren Bohrungen 12 und 8 sind
je mit einem O-Ring 5 versehen und führen die Kolbenstange 9. In den zwischen den
Bohrungen 12 und 8 gebildeten ringförmigen, kammerartigen Raum 10 mündet eine radial
zur Bohrung 12' verlaufende Bohrung 11, an deren äußerer Mündung eine Leitung
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angeschlossen ist. Das Bodenstück 4 weist ferner eine radial zur Bohrung
12' verlaufende öffnung 6 zum Anschluß der Druckluftleitung 7 auf. Die Kolbenstange
9 hat auf einem Teil ihrer Länge eine Verdickung 9 a, so daß sie, wenn sich der
Differentialkolben 2 in der in der Figur dargestellten Lage befindet, die Bohrung
8 abschließt, während dann, wenn sich der Differentialkolben 2 ein gewisses Stück
nach links in der Zeichnung verschoben hat, das Zylinderinnere mit der Kammer
10 verbunden wird.
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An das aus diesen wenigen Teilen bestehende Verzögerungselement bzw.
an das dem Bodenstück 4 entgegengesetzte Ende des Zylinders 1 ist an der Seite des
Differentialkolbens, welche ganz dem Druck des zuströmenden Druckmediums, also hier
der Druckluft, ausgesetzt ist, ein als Ganzes mit 13 bezeichnetes, an sich
bekanntes Druckluftfeinregulierventil angeschlossen. Es besteht im wesentlichen
aus einem mit zwei Anschlußbohrungen 14 und 15 versehenen Gehäuse 16, in welchem
eine Reguliernadel 18 mittels einer Spindel 17 relativ zu einem in einer Dichtungsmanschette
20 gehaltenen Nadelsitz 19 verschiebbar gelagert ist, so daß sich die Größe der
Durchströmöffnung sehr fein einstellen und mit der Gegenmutter 22 fixieren läßt.
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Die Anschlußbohrung 14 mündet in den Zylinder 1 bzw. in einen an den
Zylinder angrenzenden Raum 21. An die Anschlußbohrung 15 wird über eine Leitung26
ein Dreiwegeventi123 beliebiger Bauart, bei welchem es sich z. B. auch um ein Elektroventil
handeln kann, und eine Leitung 25 an die öffnung 6 angeschlossene Druckluftleitung
7 angeschlossen, während an die Bohrung 11 die Leitung 24 angeschlossen wird, der
ein durch das Dreiwegeventil 23 gesteuerter, durch das Verzögerungselement jedoch
verzögerter Druckluftimpuls zugeleitet werden soll.
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Die Funktionsweise des dargestellten Verzögerungselementes ist außerordentlich
einfach: Die Druckluftleitung 7 ist am Druckluftnetz angeschlossen und beaufschlagt
über die Öffnung 6 und das Innere des Zylinders 1 die kleinere Kolbenfläche
des Differentialkolbens 2. Die Verbindung der Druckluftleitung 7 mit der Leitung
24 ist durch die in der Bohrung 8 abgedichtete Verdickung 9 a der Kolbenstange 9
unterbrochen. Die Leitung 25 ist durch das Dreiwegeventi123 abgeschlossen, welches
seinerseits die Anschlußbohrung 15 mit der Atmosphäre verbindet. Der Differentialkolben
2 des Verzögerungselementes befindet sich daher in der in der Zeichnung dargestellten
Lage, und die Leitun 24 ist ebenfalls mit der Außenluft verbunden. Sobald nun das
Dreiwegeventi123 betätigt, d. h. die Druckluftleitung 7 mit der Anschlußbohrung
15 verbunden wird, strömt Druckluft durch das Druckluftfeinregulierventil 13 in
den Zylinder 1 auf die rechte Seite des Differentialkolbens 2 und beginnt diesen
entgegen dem auf seiner linken Seitenfläche wirkenden Luftdruck mit konstanter,
von der Einstellung des Regulierventils 13 abhängiger, von den Druckschwankungen
in der Druckluftleitung 7 jedoch im wesentlichen unabhängiger Geschwindigkeit nach
links zu verschieben. Infolgedessen wird nun zuerst durch die Verdickung 9 a der
Kolbenstange 9 die Bohrung 12 des Raumes 10 geschlossen. Beim weiteren Verschieben
wird die Bohrung 8 freigegeben, so daß der Differentialkolben 2 auf seiner linken
Seite kurzzeitig infolge des in der Leitung 24 herrschenden niedrigeren Druckes
entlastet wird und sich rasch noch weiter nach links bewegt. Dadurch, daß die Bohrung
8 freigegeben wird, wird die Druckluftleitung 7 mit der Leitung 24 verbunden. Sobald
das Dreiwegeventi123 wieder in die ursprüngliche, d. h. in die in der Zeichnung
dargestellte Lage zurückkehrt, wird die rechte Seite des Differentialkolbens 2 entlastet,
unn der Differentialkolben kehrt in seine Ausgangsstellung zurück, wodurch sofort
die Leitung 24 von der Druckluftleitung 7 getrennt wird. Die Geschwindigkeit des
Entweichens der Luft durch das Druckluftfeinregulierventil 13 ist von der Einstellung
der Spindel 17 unabhängig, da die Luft die den Nadelsitz 19 umgebende Dichtungsmanschette
20 zusammendrückt und um diese Manschette herum entweichen kann.