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Die
Erfindung betrifft ein pneumatisches Antriebssystem, mit mindestens
einem Pneumatikantrieb, der ein Antriebsgehäuse und eine diesbezüglich durch
Druckluftbeaufschlagung bewegbare Abtriebseinheit aufweist, wobei
die Abtriebseinheit einen Abtriebskolben enthält, der in dem Antriebsgehäuse zwei
Arbeitskammern voneinander abteilt, von denen eine oder beide an
eine pneumatische Steuerleitung angeschlossen sind, in deren Verlauf
zwischen einer Luftsparstellung und einer diesbezüglich einen
größeren Strömungsquerschnitt
freigebenden Offenstellung umschaltbare Steuerventilmittel eingeschaltet
sind, denen in Abhängigkeit
von der Position der Abtriebseinheit aktivierbare Betätigungsmittel
zugeordnet sind, die ein Umschalten der Steuerventilmittel in die
Luftsparstellung hervorrufen können, wenn
die Abtriebseinheit aufgrund der durch diese Steuerventilmittel
hindurch in den Pneumatikantrieb zuströmenden Druckluft eine Hubendlage
oder eine kurz davor liegende Position erreicht hat.
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Ein
aus der
EP 0771396
B1 bekanntes pneumatisches Antriebssystem dieser Art enthält einen als
Krustenbrecherzylinder ausgebildeten Pneumatikantrieb, der in der üblichen
Gebrauchslage vertikal ausgerichtet ist und der eine durch gesteuerte
Druckluftbeaufschlagung wahlweise absenkbare oder anhebbare Abtriebseinheit
umfasst, deren Aufgabe es ist, gemäß einem vorgegebenen Zyklus
in ein Aluminiumschmelzbad einzutauchen, um eine an dessen Oberfläche eventuell
ausgebildete Materialkruste aufzubrechen. Die Bewegungsrichtung
der Abtriebseinheit wird durch ein Richtungsvorgabeventil vorgegeben.
In den Verlauf der an die unten liegende Arbeitskammer des Pneumatikzylinders
angeschlossenen Steuerleitung sind von einem Stößelventil gebildete Steuerventilmittel
eingeschaltet, die zwischen einer einen maximalen Durchfluss ermöglichenden Offenstellung
und einer die Luftströmung
komplett absperrenden Luftsparstellung umschaltbar sind. Während des
größten Teils
der Hubbewegung der Abtriebseinheit befinden sich die Steuerventilmittel
in der Offenstellung, sodass eine hohe Stellkraft zur Verfügung gestellt
werden kann. Kurz vor Erreichen der maximal eingefahrenen Hubendlage
jedoch schaltet die Abtriebseinheit die Steuerventilmittel in die
Luftsparstellung um, sodass keine weitere Druckluft mehr nachströmen kann.
Dies verhindert ein übermäßiges Füllen der
zugeordneten Arbeitskammer und bringt eine Luftverbrauchseinsparung
mit sich. Wenn in dem eingesperrten Luftvolumen aufgrund systembedingter
Leckage ein Druckabfall auftritt, sinkt die Abtriebseinheit aufgrund
ihres Gewichts so weit ab, bis die Steuerventilmittel wieder in
die Offenstellung umschalten, sodass Druckluft nachgepumpt wird
und die Abtriebseinheit neuerlich in die eingefahrene Hubendlage
zurückbewegt
wird.
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So
vorteilhaft die bekannte Luftsparmaßnahme auch ist, hat sie doch
den Nachteil, dass durch das in Verbindung mit dem Nachpumpen der
Druckluft häufige Öffnen und
Schließen
der Steuerventilmittel ein nicht unerheblicher Verschleiß auftreten kann.
Des Weiteren können
die durch das zyklische Nachpumpen hervorgerufenen Nachstellbewegungen
der Abtriebseinheit zu Erschütterungen
führen, die
für den
Betrieb des pneumatischen Antriebssystems oder der damit ausgestatteten
Anlage störend oder
gar schädigend
sein können.
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Die
gleiche Problematik tritt auch bei dem in der WO 02/14698 A1 beschriebenen
pneumatischen Antriebssystem zutage. Dieses unterscheidet sich von
dem vorstehend zitierten im Wesentlichen nur dadurch, dass die Offenstellung
als Drosselstellung ausgebildet ist, um die Befüllintensität des Pneumatikantriebes zu
Gunsten eines weiter reduzierten Luftverbrauchs zu verringern. Bei
Erreichen der Hubendlage der Abtriebseinheit werden die Steuerventilmittel
wiederum in eine Schließstellung
umgeschaltet.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches Antriebssystem
der eingangs genannten Art zu schaffen, das im Betrieb eine verringerte
mechanische Beanspruchung erfährt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Steuerventilmittel so ausgebildet, dass
die Luftsparstellung eine im Vergleich zur Offenstellung einen geringeren Strömungsquerschnitt
freigebende Drosselstellung ist.
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Abweichend
vom Stand der Technik ist die Luftsparstellung somit nicht mehr
als den Luftdurchfluss komplett verschließende Absperrstellung ausgebildet,
sondern als Drosselstellung, die weiterhin einen – wenn auch
gegenüber
der Offenstellung reduzierten – Luftdurchfluss
zulässt.
Eine Einsparung an Druckluft ist somit zwar nicht in dem Maße wie bei dem
eingangs diskutierten Stand der Technik möglich. Da der Durchfluss jedoch
gegenüber
der Offenstellung reduziert ist, steigt der in der Arbeitskammer herrschende
Druck nur langsam an, sodass vor allem bei kurzen Arbeitstaktzeiten
ein Anstieg des Arbeitskammerdruckes auf den auch als Versorgungsdruck bezeichenbaren
Betriebsdruck vermieden werden kann. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
liegt aber in der zumindest weitestgehenden Vermeidung oszillierender
Bewegun gen der Abtriebseinheit relativ zum Antriebsgehäuse in den Hubendlagen.
Durch die ständige
Luftnachströmung in
die Arbeitskammer kann die Abtriebseinheit zuverlässig in
ihrer Hubendlage festgehalten werden, sodass ein häufiges Umschalten
der Steuerventilmittel mit daraus resultierendem Verschleiß unterbleibt
und auch fortwährende
störende
Erschütterungen
des Pneumatikantriebes weitgehend ausgeschlossen werden können.
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Es
besteht insbesondere die Möglichkeit,
die Steuerventilmittel so auszubilden, dass der in der Drosselstellung
freigegebene Strömungsquerschnitt ein
Maß aufweist,
das unter Berücksichtigung
des eingangsseitig an den Steuerventilmitteln anstehenden Luftdruckes
einen Durchfluss vorgibt, der im Bereich des in dem den Steuerventilmitteln
nachgeordneten Systemabschnitt auftretenden Leckageabflusses liegt.
Der sich ergebende Durchfluss sollte zweckmäßigerweise zumindest dem Leckageabfluss entsprechen.
Dadurch wird die Abtriebseinheit zuverlässig festgehalten, ohne einen übermäßigen Druckanstieg
in der gespeisten Arbeitskammer hervorzurufen.
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Besonders
zweckmäßig ist
eine dahingehende Auslegung, dass der vorgegebene Durchfluss im Bereich
des auslegungsbedingt zulässigen
Leckageabflusses liegt. Solange dann die beispielsweise zwischen
der Abtriebseinheit und dem Antriebsgehäuse oder im Bereich von Fluidleitungs-Verbindungsstellen
auftretende Leckage im zulässigen
Bereich liegt, wird diese ständig
kompensiert und die eingefahrene Abtriebseinheit bleibt in ihrer
Hubendlage fixiert. Erst wenn die im System auftretende Leckage
den zulässigen
Wert überschreitet,
treten wegen der zu geringen Luftnachfuhr die eingangs erwähnten Lageinstabilitäten der
Abtriebseinheit auf, was praktisch gleichbedeutend mit einer vorteilhaften
Verschleißanzeige ist,
weil anhand der gegebenenfalls im Bereich der Hubendlage auftretenden
hin und her gehenden Bewegungen der Abtriebseinheit darauf geschlossen werden
kann, dass eines oder mehrere der Bauteile des Antriebssystems seine
zuverlässige
Verschleißgrenze überschritten
hat und ausgetauscht werden sollte.
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In
den Unteransprüchen
sind noch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebssystems
definiert.
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Die
erfindungsgemäßen Maßnahmen
lassen sich besonders vorteilhaft bei einem als Linearantrieb ausgebildeten
Pneumatikantrieb umsetzen. Gleichwohl können sie beispielsweise auch
bei Drehantrieben oder Schwenkantrieben realisiert werden.
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Bei
dem als Linearantrieb ausgebildeten Pneumatikantrieb handelt es
sich vorzugsweise um einen Pneumatikzylinder, dessen Abtriebseinheit über eine
aus dem Antriebsgehäuse
herausragende Kolbenstange verfügt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung als Krustenbrecherzylinder
kann die Kolbenstange stirnseitig mit einem Stoßelement versehen sein, das
insbesondere geeignet ist, um die Kruste eines Aluminiumschmelzbades
zu durchstoßen.
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In
Abhängigkeit
vom Anwendungsfall können
in beide Steuerleitungen oder in nur eine Steuerleitung Steuerventilmittel
der geschilderten Art eingeschaltet sein. Dementsprechend ergibt
sich der erläuterte
Effekt bei beiden oder nur bei einer Hubendlage der Abtriebseinheit.
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In
jedem Fall ist es von Vorteil, wenn den Steuerventilmitteln eingangsseitig
ein Richtungsvorgabeventil vorgeschaltet ist, das mit einer den
Betriebsdruck liefernden Druckluftquelle verbunden oder verbindbar
ist und durch dessen Schaltstellung die Hubrichtung der Abtriebseinheit
vorgegeben wer den kann. Bei dem Richtungsvorgabeventil handelt es
sich insbesondere um ein 5/2-Wegeventil.
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Eine
besonders kompakte Anordnung ergibt sich, wenn zumindest die Steuerventilmittel
und der Pneumatikantrieb zu einer Baueinheit zusammengefasst sind.
Auch das gegebenenfalls vorhandene Richtungsvorgabeventil kann Bestandteil
dieser Baueinheit sein.
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Die
den Steuerventilmitteln zugeordneten Betätigungsmittel enthalten zweckmäßigerweise
unmittelbar am oder im Antriebsgehäuse angeordnete Ansprechmittel,
die bei oder ab einer bestimmten Position der Abtriebseinheit auf
diese ansprechen und das Umschalten der Steuerventilmittel aus der
Offenstellung in die Drosselstellung veranlassen. Dabei können die
Ansprechmittel zur rein mechanischen oder auch zur elektrischen
Betätigung
der Steuerventilmittel ausgebildet sein. Mechanische Ansprechmittel
enthalten zweckmäßigerweise
mindestens ein in den Hubweg der Abtriebseinheit ragendes, verschiebbar
gelagertes Stößelglied.
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Um
insbesondere einen Einsatz mit unterschiedlichen Betriebsdrücken zu
ermöglichen,
ist es von Vorteil, wenn die Steuerventilmittel über Einstellmittel verfügen, die
eine variable Vorgabe des in der Drosselstellung freigegebenen Strömungsquerschnittes
ermöglichen.
Somit kann die in der Drosselstellung auftretende Strömungsrate
nach Bedarf justiert werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die
einzige Figur (1) zeigt ein Schaltbild eines
in besonders vorteilhafter Weise ausgestatteten pneumatischen Antriebssystems.
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Das
in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete pneumatische
Antriebssystem enthält einen
bevorzugt als Linearantrieb ausgebildeten Pneumatikantrieb 2 und
eine dessen Betriebsweise steuernde, insgesamt mit Bezugsziffer 3 bezeichnete Steuereinrichtung.
Diese Komponenten können
bei Bedarf zu einer kompakten Baueinheit zusammengefasst sein.
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Der
Pneumatikantrieb 2 enthält
ein Längsgestalt
aufweisendes, als Antriebsgehäuse 4 bezeichnetes
Gehäuse
und eine diesbezüglich
unter Ausführung
einander entgegengesetzter linearer Arbeitsbewegungen 5a, 5b bewegliche
Abtriebseinheit 6.
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Vorzugsweise
ist der Pneumatikantrieb 2 als mit einer Kolbenstange 7 ausgestatteter
Pneumatikzylinder konzipiert. Die Kolbenstange 7 ist Bestandteil
der Abtriebseinheit 6 und einenends an einem im Innern
des Antriebsgehäuses 4 verschiebbar
angeordneten Abtriebskolben 8 befestigt.
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Der
Abtriebskolben 8 unterteilt den Innenraum des Antriebsgehäuses 4 in
eine rückseitige
erste Arbeitskammer 12 und eine vordere, von der Kolbenstange 7 verschiebbar
durchsetzte zweite Arbeitskammer 13. Der stirnseitig aus
dem Antriebsgehäuse 4 herausragende
Endabschnitt der Kolbenstange 7 dient dem Kraftabgriff.
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Prinzipiell
könnte
der Pneumatikantrieb 2 auch ein kolbenstangenloser Linearantrieb
sein. An die Stelle der Kolbenstange 7 würde dann
ein anderes Kraftabgriffsglied treten, beispielsweise ein einen Längsschlitz
des Antriebsgehäuses 4 durchsetzender
Mitnehmer.
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Das
pneumatische Antriebssystem 1 eignet sich für beliebige
Anwendungen. In besonders vorteilhafter Weise lässt es sich bei der Herstellung und/oder
Verarbeitung von Aluminium ein setzen, wobei der Pneumatikantrieb 2 dann
einen sogenannten Krustenbrecherzylinder bildet. Die weitere Beschreibung
soll sich an diesem Einsatzfall orientieren, gilt jedoch auch für andere
Anwendungen.
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Bei
einem Einsatz als Krustenbrecherzylinder ist der Pneumatikantrieb 2,
abweichend von der Zeichnungsdarstellung, mit vertikaler Ausrichtung seiner
Längsachse
mit Abstand oberhalb eines Aluminiumschmelzbades installiert. Das
Antriebsgehäuse 4 ist
dabei ortsfest an einem Gestell fixiert und die Kolbenstange 7 ragt
nach unten. Bei maximal in das Antriebsgehäuse 4 eingefahrener
Abtriebseinheit 6 – im
Folgenden als "eingefahrene
Hubendlage" bezeichnet,
die in 1 strichpunktiert angedeutet ist – ist die
Abtriebseinheit 6 komplett nach oben aus der Schmelze herausgefahren.
Ein stirnseitig am äußeren Ende
der Kolbenstange 7 angeordnetes Stoßelement 14 ist dabei
zur Oberfläche
des nicht näher
gezeigten Metallschmelzbades beabstandet. Durch gesteuerte Druckbeaufschlagung
kann die Abtriebseinheit 6 zu der ausfahrenden Arbeitsbewegung 5a angetrieben
werden, wobei sie nach Zurücklegen
einer gewissen Wegstrecke in das Metallschmelzbad eintaucht, und
zwar unter Durchstoßen
der sich an der Oberfläche
der Schmelze eventuell gebildeten Materialkruste mittels des Stoßelementes 14.
Die Materialkruste wird dadurch aufgebrochen. Die Abtriebseinheit 6 bewegt
sich dann bis zu ihrer der eingefahrenen Hubendlage entgegengesetzten,
nicht näher dargestellten
ausgefahrenen Hubendlage. Beide Hubendlagen sind zweckmäßigerweise
dadurch vorgegeben, dass die Abtriebseinheit 6 in nicht
weiter dargestellter Weise auf eine gehäusefeste Anschlagfläche auftrifft,
die insbesondere an der zugeordneten stirnseitigen Abschlusswand 2a, 2b des
Antriebsgehäuses 4 vorgesehen
sein kann.
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Durch
Umsteuerung der Druckluftbeaufschlagung kann die ausgefahrene Abtriebseinheit 6 zu
ihrer einfahrenden Arbeitsbewegung 5b angetrieben werden,
wobei sie wieder komplett nach oben aus der Metallschmelze herausgezogen
wird, bis sie sich letztlich wieder in der eingefahrenen Hubendlage
befindet.
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Die
die gewünschte
Arbeitsbewegung 5a, 5b hervorrufende Druckbeaufschlagung
wird durch ein Richtungsvorgabeventil 11 der Steuereinrichtung 3 bestimmt.
Dieses ist einerseits an eine unter dem gewünschten Betriebsdruck stehende
Druckluft zur Verfügung
stellende Druckluftquelle 15 sowie an die Atmosphäre 16 angeschlossen.
Andererseits ist es über
eine erste fluidische Steuerleitung 17 an die erste Arbeitskammer 12 und über eine
zweite fluidische Steuerleitung 18 an die zweite Arbeitskammer 13 angeschlossen.
Es kann wahlweise in einer von zwei Schaltstellungen positioniert
werden, wobei jeweils einer Arbeitskammer 12 oder 13 Druckluft
zugeführt wird,
während
gleichzeitig die jeweils andere Arbeitskammer 13 oder 12 entlüftet wird.
Am einfachsten lässt
sich diese Funktionalität
wie abgebildet durch ein 5/2-Wegeventil realisieren.
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Die
Betätigung
des Richtungsvorgabeventils 11 erfolgt vorzugsweise elektrisch
oder elektromagnetisch. Es kann sich um ein direkt betätigtes oder um
ein vorgesteuertes Ventil handeln. Zur Realisierung der gewünschten
Funktionalität
kann es sich auch aus mehreren funktionell verknüpften Einzelventilen zusammensetzen,
beispielsweise aus zwei 3/2-Wegeventilen.
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In
den Verlauf der ersten Steuerleitung 17 sind erste Steuerventilmittel 22 eingeschaltet.
In vergleichbarer Weise finden sich im Verlauf der zweiten Steuerleitung 18 zweite
Steuerventilmittel 23. Beide Steuerventilmittel 22, 23 können wahlweise
die aus der Zeichnung ersichtliche Offenstellung 24 oder
eine unter anderem als Luftsparstellung fungierende Drosselstellung 25 einnehmen.
Zweckmäßigerweise sind
die Steuerventilmittel 22, 23 jeweils als Zweistellungsventil
konzipiert und enthalten ein nur symbolisch angedeutetes Steuerventilglied 26,
das durch seine momentan eingenommene Stellung entweder die Offenstellung 24 oder
die Drosselstellung 25 definiert.
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Durch
Beaufschlagungsmittel 27, insbesondere von Federmitteln
gebildet, sind die Steuerventilmittel 22, 23 ständig in
Richtung der Offenstellung beaufschlagt. Die Grundstellung der Steuerventilmittel 22, 23 ist
also die Offenstellung 24.
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In
der Offenstellung 24 wird der Druckluft ein maximaler Strömungsquerschnitt
zur Verfügung
gestellt. Dieser ist vorzugsweise so gewählt, dass die Druckluft beim
Hindurchströmen
der Steuerventilmittel 22, 23 keine oder zumindest
keine nennenswerte Drosselung erfährt. Der hierbei freigegebene
Strömungsquerschnitt
kann insbesondere dem Nennquerschnitt der jeweils zugeordneten Steuerleitung 17, 18 entsprechen.
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Auch
in der Drosselstellung 25 steht der Druckluft ein freier
Strömungsquerschnitt
zum Übertritt
in die angeschlossene Arbeitskammer 12 oder 13 zur
Verfügung.
Der in der Drosselstellung 25 freigegebene Strömungsquerschnitt
ist allerdings geringer als derjenige der Offenstellung, sodass
die hindurchströmende
Druckluft gedrosselt wird. Solange Druckluft durch die in Drosselstellung
befindlichen Steuerventilmittel 22 oder 23 hindurch
in die jeweils angeschlossene Arbeitskammer 12 oder 13 zuströmt, herrscht
am Ventilausgang der Steuerventilmittel 22, 23 ein
geringerer Luftdruck als an dem dem Richtungsvorgabeventil 11 zugeordneten
Ventileingang. Der Eingangsdruck entspricht normalerweise dem durch
die Druckluftquelle 15 zur Verfügung gestellten Betriebsdruck,
sofern nicht zwischen die Druckluftquelle 15 und die Steuerventil mittel 22, 23 eine
zur Druckreduzierung dienende Drosselstelle eingeschaltet ist (nicht
dargestellt).
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Der
in der Drosselstellung 25 freigegebene Strömungsquerschnitt
weist vorzugsweise eine dahingehende Größe auf, dass in der Drosselstellung 25 unter
Berücksichtigung
des eingangsseitig an den Steuerventilmitteln 22, 23 anstehenden
Luftdruckes ein Durchfluss vorgegeben ist, der im Bereich des aufgrund
von Leckage auftretenden Luftabflusses angesiedelt ist, welcher
in dem den Steuerventilmitteln 22, 23 nachgeordneten
Systemabschnitt toleranzbedingt zulässigerweise auftritt.
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Ein
gewisser Leckageabfluss ist aufgrund nicht komplett ausschließbarer Systemundichtigkeiten
nicht vermeidbar. Geringe Mengen an Druckluft können insbesondere an Leitungsverbindungsstellen oder
in den dynamisch abgedichteten Bereichen zwischen der Abtriebseinheit 6 und
dem Antriebsgehäuse 4 auftreten.
Liegt die Drosselstellung vor, wird in die angeschlossene Arbeitskammer 12 oder 13 stets Druckluft
etwa in dem Maße
nachgespeist, wie sie zeitgleich durch Leckage entweicht. Selbst
wenn dieser Durchflusswert nicht exakt einstellbar ist, sollte er sich
doch zumindest im Bereich des zulässigen Leckagedurchsatzes bewegen,
wobei man sicherheitshalber eine Vorgabe wählen kann, die im Vergleich
zu dem zulässigen
Leckagedurchsatz eine etwas größere Zuströmrate aufweist.
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Um
eine exakte, anwendungsspezifische Justierung zu ermöglichen,
können
die Steuerventilmittel 22, 23 über symbolisch durch einen
Pfeil angedeutete Einstellmittel 28 verfügen, die
eine variable und insbesondere stufenlose Vorgabe des in der Drosselstellung 25 freigegebenen
Strömungsquerschnittes
ermöglichen.
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Den
beiden Steuerventilmitteln 22, 23 sind jeweils
Betätigungsmittel 32 zugeordnet,
die ein von der Axialposition der Abtriebseinheit 6 positionsabhängiges Aktivieren
und vorzugsweise auch Deaktivieren der Steuerventilmittel 22, 23 ermöglichen.
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Bei
der besonders robusten Bauform des Ausführungsbeispiels sind die Betätigungsmittel 32 für ein mechanisches
Betätigen
der Steuerventilmittel 22, 23 ausgebildet. Sie
enthalten Ansprechmittel 33, die hier in Gestalt eines
in der Längsrichtung
der Abtriebseinheit 6 verschiebbar gelagerten Stößelgliedes
ausgeführt
sind und die ausgehend von je einer der beiden Abschlusswände 2a, 2b axial
in den Innenraum des Antriebsgehäuses 4 hinein-
und dabei dem Abtriebskolben 8 entgegenragen.
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Die
Ansprechmittel 33 sind mit dem Steuerventilglied 26 bewegungsgekoppelt
und nehmen daher in der Grundstellung der Steuerventilmittel 22, 23 eine
aufgrund der Aktion der ebenfalls zu den Betätigungsmitteln 32 gehörenden Beaufschlagungsmittel 27 weitestmöglich axial
in den Innenraum des Antriebsgehäuses 4 hineinragende
Ansprechstellung ein.
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Die
sich einer Hubendlange annähernde
Abtriebseinheit 6 trifft mit ihrem Abtriebskolben 8 vor
Erreichen der Hubendlage auf die sich in ihrer Ansprechstellung
befindlichen Ansprechmittel 33. Dabei gehören diese
Ansprechmittel 33 wie auch die zugeordneten Betätigungsmittel 32 zu
denjenigen Steuerventilmitteln 22 oder 23, die
für die
Drucklufteinspeisung in die jeweils jenseitige Arbeitskammer 12, 13 verantwortlich
sind. Mit anderen Worten kooperiert die Abtriebseinheit 6 im
Bereich der eingefahrenen Hubendlage mit denjenigen Betätigungsmitteln 32, die
den für
die Druckluftzufuhr in die zweite Arbeitskammer 13 verantwortlichen
zweiten Steuerven tilmitteln 23 zugeordnet sind. In der
ausgefahrenen Hubendlage kooperiert die Abtriebseinheit 6 mit
den für die
Speisung der ersten Arbeitskammer 12 verantwortlichen ersten
Steuerventilmitteln 22.
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Die
Anordnung ist so getroffen, dass die Abtriebseinheit 6 auf
die Ansprechmittel 33 erstmals einwirkt, wenn sie sich
bis auf eine Wegstrecke "S" der zugeordneten
Hubendlage angenähert
hat. Beim Zurücklegen
dieser restlichen Wegstrecke "S", die praktisch den
Ansprechbereich der Ansprechmittel 33 definiert, werden
die Ansprechmittel 33 durch die Abtriebseinheit 6 zurückgeschoben,
was bei gleichzeitiger Komprimierung der federnden Beaufschlagungsmittel 27 ein
Umschalten der zugeordneten Steuerventilmittel 22 oder 23 aus
der bis dahin eingenommenen Offenstellung in die Drosselstellung
hervorruft.
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Kehrt
sich die Bewegungsrichtung der Abtriebseinheit 6 anschließend wieder
um, werden die zuvor in die Drosselstellung geschalteten Steuerventilmittel 22 oder 23 durch
die zu den Betätigungsmitteln 32 gehörenden Beaufschlagungsmittel 27 in
die Offenstellung zurückgeschaltet.
Die Ansprechmittel 33 folgen praktisch der zurückweisenden
Abtriebseinheit 6 nach, bis sie wieder bei der anfänglichen Ansprechstellung
angelangt sind.
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Ein
typischer Arbeitszyklus des beispielhaften pneumatischen Antriebssystems 1 läuft wie
folgt ab.
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Ausgangspunkt
ist die strichpunktiert angedeutete eingefahrene Hubendlage der
Abtriebseinheit 6. Hier befinden sich die zweiten Steuerventilmittel 23 aufgrund
der aktivierten Betätigungsmittel 32 in der
Drosselstellung, während
die ersten Steuerventilmittel 22 die Offenstellung einnehmen.
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Um
nun die ausfahrende Arbeitsbewegung 5a hervorzurufen, wird
durch das die abgebildete Schaltstellung einnehmende Richtungsvorgabeventil 11 Druckluft
in die erste Steuerleitung 17 eingespeist, während gleichzeitig
die zweite Steuerleitung 18 entlüftet wird. Anfänglich ist
die Ausfahrgeschwindigkeit der Abtriebseinheit 6 dabei
noch etwas reduziert, weil die Druckluft nur gedrosselt aus der
zweiten Arbeitskammer 13 ausströmen kann. Sobald jedoch die
Abtriebseinheit 6 den Ansprechbereich der den zweiten Steuerventilmitteln 23 zugeordneten
Ansprechmittel 33 verlassen hat, steht der durch die Offenstellung 24 der
zweiten Steuerventilmittel 23 definierte vollständige Abströmquerschnitt
zur Verfügung.
Die Abtriebseinheit 6 bewegt sich jetzt mit hoher Geschwindigkeit
in Richtung ihrer ausgefahrenen Hubendlage, wobei sie in der Lage
ist, eine eventuell im Verfahrweg befindliche Metallkruste eines
Metallschmelzbades zu durchstoßen.
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Kurz
vor Erreichen der ausgefahrenen Hubendlage beginnend, kooperiert
die Abtriebseinheit 6 mit den Betätigungsmitteln 32 der
ersten Steuerventilmittel 22 und schaltet diese in die
Drosselstellung 25 um, sodass die pro Zeiteinheit weiter
zuströmende Druckluftmenge
reduziert wird.
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Anschließend wird
durch beispielsweise zeitgesteuerte oder auch positionsabhängig gesteuerte Betätigung das
Richtungsvorgabeventil 11 in die zweite Schaltstellung
umgeschaltet. Es findet dann der gleiche Bewegungsablauf wie eben
geschildert statt, wobei nun aber die Abtriebseinheit 6 die
einfahrende Abtriebsbewegung 5b ausführt und die Metallschmelze
wieder verlässt.
Sobald die Abtriebseinheit 6 dabei auf die Ansprechmittel 33 der
zweiten Steuerventilmittel 23 trifft, beginnt das Umschalten
der Letztgenannten in die Drosselstellung 25, sodass der ab
dann in die zweite Arbeitskammer 13 zuströmende Luftstrom
reduziert wird.
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Aufgrund
der oben erläuterten
Abmessungen des in der Drosselstellung 25 freigegebenen Strömungsquerschnittes
wird hierbei in die zweite Arbeitskammer 13 fortlaufend
Druckluft zumindest in einem Maße
nachgespeist, dass die auftretende Leckage ausgeglichen wird. Dadurch
verharrt die Abtriebseinheit 6 normalerweise unbeweglich
in der eingefahrenen Hubendlage. Das Gesamtsystem befindet sich
mithin in Ruhe und es treten keine mechanischen Belastungen auf.
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Ein
neuer Arbeitszyklus beginnt mit dem neuerlichen Umschalten des Richtungsvorgabeventils 11.
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Tritt
mit zunehmender Betriebsdauer des pneumatischen Antriebssystems 1 ein
vermehrter Verschleiß auf,
der zu einer Erhöhung
des Leckageabflusses führt,
reicht die in der Drosselstellung 25 nachgespeiste Druckluft
nicht mehr aus, um die Abtriebseinheit 6 in der eingefahrenen
Hubendlage zu fixieren. Vor allem bei vertikalem Einbau hat die
Abtriebseinheit 6 daher die Tendenz, sich aus der eingefahrenen
Hubendlage zu entfernen. Sobald sie jedoch den Ansprechbereich der
Ansprechmittel 33 verlassen hat – beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall,
wenn sich die Abtriebseinheit 6 um die Wegstrecke "S" aus der eingefahrenen Hubendlage herausbewegt
hat –,
wird durch vorübergehendes
Umschalten der zweiten Steuerventilmittel 23 in die Offenstellung 24 verstärkt Druckluft
in die zweite Arbeitskammer 13 nachgeführt, bis die Abtriebseinheit 6 wieder in
die eingefahrene Endlage zurückkehrt
und dann die zweiten Steuerventilmittel 23 wieder die Drosselstellung 25 einnehmen.
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Diese
von außen
her erkennbare Oszillationsbewegung mit geringfügigem Hub der Abtriebseinheit 6 fungiert
als Verschleißanzeige.
Sie ist Ausdruck für
eine über
dem zulässigen
wert liegende Systemleckage und mithin ein Zeichen für Ver schleiß einer
oder mehrerer Systemkomponenten. Dies schafft die Möglichkeit,
verschlissene Bauteile frühzeitig
auszuwechseln, um ständig
einen zuverlässigen
Betrieb des Antriebssystems 1 zu gewährleisten.
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Die
geschilderte Verschleißanzeige
funktioniert selbstverständlich
auch in Bezug auf die ersten Steuerventilmittel 22, wenn
die Abtriebseinheit 6 in der ausgefahrenen Hubendlage einer
in Einfahrrichtung wirkenden Gegenkraft ausgesetzt ist, beispielsweise
wenn der Pneumatikantrieb 2 mit einer anderen Ausrichtung
als der oben beschriebenen eingesetzt wird.
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Anstelle
mechanischer Ansprechmittel 33 können auch berührungslos
arbeitende Ansprechmittel eingesetzt werden, insbesondere sogenannte Reed-Schalter
oder andere Positionssensoren. In diesem Fall würde das Umschalten der Steuerventilmittel 22, 23 unter
Vermittlung elektrischer Signale stattfinden.
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Beim
Ausführungsbeispiel
sind die Steuerventilmittel 22, 23 mit dem Pneumatikantrieb 2 zu
einer kompakten Baueinheit zusammengefasst. Bei Bedarf kann auch
noch das Richtungsvorgabeventil 11 in diese Baueinheit
eingegliedert werden, zusammen mit den vorhandenen Steuerleitungen 17, 18.
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Abweichend
vom Ausführungsbeispiel
können
Steuerventilmittel auch in den Verlauf nur einer der beiden Steuerleitung 17, 18 eingeschaltet
sein. Insbesondere bei einem Einsatz als Krustenbrecherzylinder
würde es
prinzipiell genügen,
nur der mit der zweiten Arbeitskammer 13 kommunizierenden
zweiten Steuerleitung 18 die erfindungsgemäßen Steuerventilmittel 23 zuzuordnen.
Die erste Steuerleitung 17 könnte in diesem Fall eine einfache
Leitung ohne eingeschaltete Ventilmittel sein.
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Anstelle
nur eines einzigen Pneumatikantriebes 2 können auch
mehrere Pneumatikantriebe in dem pneumatischen Antriebssystem 1 enthalten sein.
Jedem Pneumatikantrieb 2 sind dabei vorzugsweise eigene
Steuerventilmittel 22, 23 zugeordnet. Das Richtungsvorgabeventil 11 kann
dann bei Bedarf für
die gleichzeitige Ansteuerung mehrerer Pneumatikantriebe 2 eingesetzt
werden.