DE202006020059U1 - Schaltventil für ein Druckmedium, insbesondere Notabschaltventil für eine pneumatische Klemm- und/oder Bremseinrichtung - Google Patents

Abstract

Schaltventil für ein Druckmedium, insbesondere Notabschaltventil für eine pneumatische Klemm- und/oder Bremseinrichtung,
(a) mit einem Ventilgehäuse (114) mit einem Eingangsport (110_I) und einem Ausgangsport (110_II) sowie einem Waste-Port (110_III) für das Druckmedium,
(b) mit einem Verschlusselement (128), welches in einer zwischen dem Eingangsport (110_I) und dem Ausgangsport (110_II) vorgesehenen Druckleitung (112) angeordnet ist,
(c) wobei das Verschlusselement (128) mittels einer ansteuerbaren Betätigungseinrichtung (122) zumindest ansteuerbar von einer Geschlossen-Stellung in eine Offen-Stellung bewegbar ist,
(d) wobei das Verschlusselement (128) mittels einer ersten Ventilfläche einen ersten Ventilquerschnitt (136) der Druckleitung (112) zwischen dem Eingangsport (110_I) und dem Ausgangsport (110_II) in der Offen-Stellung freigibt und in der Geschlossen-Stellung sperrt,
(e) wobei das Verschlusselement (128) mittels einer zweiten Ventilfläche (130a) einen zweiten Ventilquerschnitt (131) der Druckleitung (112), welcher den Teil der Druckleitung (112) zwischen dem Ausgangsport (110_II) und dem ersten Ventilquerschnitt (113) mit dem Waste-Port (110_III) verbindet, in der...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Schaltventil für ein Druckmedium, insbesondere ein Notabschaltventil für eine pneumatische Klemm- und/oder Bremseinrichtung, sowie eine Klemm- und/oder Bremseinrichtung mit einem derartigen Schaltventil. Schaltventile sind in den vielfältigsten Ausführungsformen bekannt und eignen sich in bestimmten Ausgestaltungen oder Kombinationen auch zur Notabschaltung von pneumatischen oder hydraulischen Systemen. Beim Einsatz als Notabschaltventil oder Notabschalteinrichtung ist es erforderlich, die auszulösende Aktion möglichst zeitnah zu einer Ansteuerung des betreffenden Notabschaltventils oder der Notabschalteinrichtung vorzunehmen. Dies sei am Beispiel einer Laserschneidemaschine erläutert, bei welcher ein Schneidkopf auf zwei translatorisch bewegbaren Achsen angeordnet ist. Bei derartigen Laserschneidemaschinen kann sich der Schneidkopf auf den Achsen mit einer Geschwindigkeit von ca. 180 m/min bewegen, also mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s. Selbst falls die Reaktionszeit zwischen einer Ansteuerung der Notabschalteinrichtung bzw. des Notabschaltventils der Hydraulik bzw. Pneumatik 0,1s beträgt, bewegt sich der Schneidkopf in dieser Zeit immer noch 30 cm. Hierdurch kann es insbesondere zu Verletzungen von Bedienpersonen kommen.
• Aus diesem Grund wurden Notabschaltventile bzw. Notabschalteinrichtungen für pneumatische oder hydraulische Systeme entwickelt, die derart kurze Reaktionszeiten gewährleisten können. Ein derartig bekanntes System ist in 1 schematisch dargestellt. Bei diesem System ist ein Schlitten 1, auf dem beispielsweise ein nicht näher dargestellter Laserschneidkopf angeordnet sein kann, auf einer Schiene 3 verschiebbar geführt. Die Führung kann in üblicher Weise mittels eines oder mehrerer Wälzlager (nicht dargestellt) erfolgen. Der Schlitten 1 weist einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei die Wälzlager an der horizontalen Unterseite des Schlittens und/oder an den Innenseiten der sich bis seitlich neben die Schiene 3 erstreckenden Schenkel angeordnet sein. An den Innenwandungen der Schenkel 5 ist des Weiteren jeweils mindestens eine Brems- und/oder Klemmeinrichtung 7 vorgesehen. Die Bremseinrichtung ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel pneumatisch betätigbar. Grundsätzlich lässt sich dieses Prinzip jedoch auch auf eine hydraulische Betätigung anwenden. Allerdings muss in diesem Fall anstelle eines Abblasens des Überdrucks des pneumatischen Druckmediums, bei dem es sich üblicherweise um Druckluft handelt, ein Sammeln des Waste-Mediums erfolgen und das Waste-Medium, beispielsweise das Hydrauliköl, wieder in das üblicherweise drucklose Reservoir für das Hydraulikmedium zurückgespeist werden.
• Wie in 1 dargestellt, wird das pneumatische Druckmedium M, üblicherweise Druckluft, der Brems- und/oder Klemmeinrichtung 7 über ein 3/2-Wegeventil 9 und ein Schnellschaltventil 11 zugeführt. Bei dem Schnellschaltventil 11 handelt es sich um ein spezielles, über eine Hilfsleitung 11a entsperrbares Rückschlagventil.
• Das 3/2-Wegeventil 9 weist zwei Schaltstellungen a, b auf, wobei die Schaltstellung a im normalen Betriebsfall des 3/2-Wegeventils wirksam ist. Hierdurch wird in der normalen Betriebsweise das Druckmedium über das 3/2-Wegeventil 9 den beiden Schnellschaltventilen 11 zugeführt, wobei das Druckmedium durch das Sperren der jeweils äußeren Zweige der Schnellschaltventile 11 in Folge der Druckbeaufschlagung der Ventilelemente 11b gesperrt ist. Dieser jeweils äußere Zweig der Schnellschaltventile 11 ermöglicht das Abblasen von Druckmedium aus dem Schnellschaltventil 11 in die Umgebung, wenn das Ventilelement 11b durch entsprechende Druckverhältnisse an den Anschlüssen 11_I und 11_II des Schnellschaltventils 11 aus seiner sperrenden Lage herausbewegt wird. Das Schnellschaltventil 11 ist dabei jeweils so ausgebildet, dass ein Entsperren dann erfolgt, wenn der Druck am Anschluss 11_II um ca. 1 Bar oder mehr größer ist als am Anschluss 11_I .
• Das Schnellschaltventil 11 ist dabei so ausgestaltet, dass dieses Entsperren und damit das Abblasen des Druckmediums aus dem Druckraum der betreffenden Brems- und/oder Klemmeinrichtung 7 und der Zuführleitung zwischen dem Anschluss 11_II des Ventils 11 und der Brems- und/oder Klemmeinrichtung 7 mit einem entsprechend hohen Massenstrom erfolgt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Druck in der betreffenden Brems- und/oder Klemmeinrichtung 7 sehr rasch, das heißt innerhalb von ca. 20 bis 30 ms soweit abfällt, dass die Brems- und/oder Klemmeinrichtung 7 praktisch drucklos ist und damit in den bremsenden bzw. klemmenden Zustand gesteuert wird. Um einen entsprechend hohen Massenstrom des Druckmediums zu ermöglichen, mit dem dieses in die Umgebung abgeblasen wird, sind die Zuführleitungen zwischen der Brems- und/oder Klemmeinrichtung 7 und dem Anschluss 11_II des Schnellschaltventils 11 sowie die Leitungsquerschnitte innerhalb des Schnellschaltventils 11 und der Öffnungsquerschnitt nach dem Entsperren des Schnellschaltventils 11 entsprechend groß ausgebildet. Durch die Steuerung des Schnellschaltventils 11 mittels der pneumatischen Hilfsleitung 11a wird trotz der großen Leitungs- bzw. Öffnungsquerschnitte eine ausreichend schnelle Schaltfunktion des Schnellschaltventils 11 ermöglicht. Allerdings kann ein derartig beschaffenes Schnellschaltventil 11 nicht elektrisch angesteuert werden. Aus diesem Grund wird das elektrisch ansteuerbare 3/2-Wegeventil 9 im Zuführzweig für das Druckmedium eingesetzt. Wird dem 3/2-Wegeventil 9 ein elektrisches Notabschaltsignal S zugeführt, so wird das 3/2-Wegeventil 9 von der Schaltstellung a in die Schaltstellung b überführt, die in 1 als wirksame Schaltstellung dargestellt ist. In dieser Schaltstellung werden die Schnellschaltventile 11 bzw. deren Anschlüsse 11_I von der Druckquelle (nicht dargestellt) getrennt und die Anschlüsse 11_II mit dem Anschluss 9_III des 3/2-Wegeventils 9 verbunden, so dass über diesen Anschluss 9_III bzw. einer damit verbundenen Leitung das im Druckraum der Brems- und/oder Klemmeinrichtungen 7 und im Leitungssystem zwischen den Brems- und/oder Klemmeinrichtungen 7 und dem Anschluss 9_III des 3/2-Wegeventils 9 befindliche Druckmedium an die Umgebung abgegeben werden kann.
• Nach dem Umschalten des 3/2-Wegeventils 9 von der Schaltstellung a (normale Betriebsweise) in die Schaltstellung b (Notabschaltung) ergibt sich somit zunächst ein Abblasen von Druckmedium über den Anschluss 9_III des 3/2-Wegeventils 9, wobei zunächst der jeweils äußere Zweig der Schnellschaltventile 11 noch gesperrt bleibt. In Folge des Abblasens von Druckmedium am Anschluss 9_III des 3/2-Wegeventils 9 ergibt sich jedoch zwischen den Anschlüssen 11_II und 11_I des Schnellschaltventils 11 ein Druckabfall. Erreicht dieser Druckabfall einen bestimmten Schwellwert, beispielsweise ca. 1 Bar, so wird das Ventilelement 11b des Schnellschaltventils 11 aus seiner Absperrposition herausbewegt und damit das Schnellschaltventil 11 entsperrt. In Folge der großen Leitungsquerschnitte (s. oben) ergibt sich damit ein extrem rascher Druckabbau des Druckmediums im Druckraum der Brems- und/oder Klemmeinrichtungen 7. Ein derartiges bekanntes System zur Notabschaltung erreicht Reaktionszeiten von ca. 35 ms. Für bestimmte Anwendungsfälle sind derartige Reaktionszeiten jedoch immer noch nicht ausreichend. Zudem benötigt dieses System die Kombination von jeweils einem Schnellschaltventil, welches möglichst nahe am Druckraum der betreffenden Brems- und/oder Klemmeinrichtung angeordnet werden sollte und große Lei tungsquerschnitte bzw. einen großen Öffnungsquerschnitt im entsperrten Zustand aufweist und einem elektrisch ansteuerbaren Schnellschaltventil, welches nur geringe Schaltquerschnitte und kleine bewegte Massen für das Erzielen von kurzen Schaltzeiten aufweisen kann. Das alleinige Verwenden eines 3/2-Wegeventils 9 würde es jedoch in Folge der geringen Schaltquerschnitte und des damit verbundenen geringen Massenstroms des Druckmediums beim Abblasen in der Betriebsweise "Notabschaltung" (Schaltstellung b) nicht ermöglichen, einen ausreichend schnellen Druckabfall des Druckmediums in der Druckkammer der Brems- und/oder Klemmeinrichtungen 7 zu erreichen. Bei dem bekannten System wird daher das 3/2-Wegeventil 9, welches elektrisch ansteuerbar ist und nur einen geringen Schaltquerschnitt aufweist, verwendet, um einen relativ schnell erzielbaren Druckabfall zwischen den Anschlüssen 11_II und 11_I der Schnellschaltventile 11 zu erreichen, wodurch die Schnellschaltventile 11 entsperrt und ein steiler Druckabfall des Drucks des Druckmediums in den Druckkammern der Brems- und/oder Klemmeinrichtungen 7 erzielt wird.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schaltventil für ein Druckmedium, insbesondere ein Notabschaltventil für eine pneumatische Klemm- und/oder Bremseinrichtung, zu schaffen, welches in Folge eines einfachen konstruktiven Aufbaus kostengünstig herstellbar ist und welches einen noch rascheren Abbau des Drucks in einer angeschlossenen Druckkammer gewährleistet. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brems- und/oder Klemmeinrichtung mit einem derartigen Schaltventil zu schaffen.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich die Vorteile des vorstehend erläuterten Stands der Technik gemäß 1 durch ein einziges Ventil erreichen lassen, wenn im Ventilgehäuse ein Verschlusselement verwendet wird, welches mittels zweier Ventilflächen zwei Ventilquerschnitte gleichzeitig öffnet bzw. schließt, wenn das Verschlusselement von einer Offen-Stellung in eine Geschlossen-Stellung bewegt wird bzw. umgekehrt. Eine erste Ventilfläche gibt dabei in der Offen-Stellung einen ersten Ventilquerschnitt der Druckleitung zwischen einem Eingangsport und einem Ausgangsport des Schaltventils in der Offen-Stellung frei und sperrt diesen in der Geschlossen-Stellung. Dabei handelt es sich bei dem Eingangsport um denjenigen Port, welcher mit einer Druckquelle für das Zuführen des Druckmediums verbunden wird und bei dem Ausgangsport um denjenigen Anschluss, der bei spielsweise mit dem Druckraum einer pneumatischen Klemm- und/oder Bremsvorrichtung verbunden werden kann.
• Das Verschlusselement gibt in der Geschlossen-Stellung mittels einer zweiten Ventilfläche einen zweiten Ventilquerschnitt der Druckleitung frei, welcher den Teil der Druckleitung zwischen dem Ausgangsport und dem ersten Ventilquerschnitt mit dem Ausgangsport verbindet, und sperrt diesen Querschnitt in der Offen-Stellung des Verschlusselements. Die Begriffe "Offen-Stellung" bzw. "Geschlossen-Stellung" des Verschlusselements beziehen sich somit auf das Schließen bzw. Öffnen des ersten Ventilquerschnitts mittels der ersten Ventilfläche.
• Erfindungsgemäß ist zumindest für die Bewegung des Verschlusselements in die Offen-Stellung eine ansteuerbare Betätigungseinrichtung vorgesehen.
• Des Weiteren ist die zweite Ventilfläche so am Verschlusselement vorgesehen ist, dass sie in der Offen-Stellung so vom Druckmedium beaufschlagt wird, dass auf die zweite Ventilfläche eine die Bewegung des Verschlusselements von der Offen-Stellung in die Geschlossen-Stellung wirkende Kraft ausgeübt wird.
• Hierdurch wird einer Deaktivierung der Betätigungseinrichtung durch die auf die zweite Ventilfläche wirkende Druckkraft das Verschlusselement in die Geschlossen-Stellung bewegt. Dabei müssen die Betätigungseinrichtung und die Geometrie des Ventils selbstverständlich so aufeinander abgestimmt sein, dass die Betätigungseinrichtung auf das Verschlusselement eine Kraft ausüben kann, die größer ist, als die auf die zweite Ventilfläche ausgeübte Druckkraft. Auf diese Weise ist es zudem möglich, eine einfache Betätigungseinrichtung zu verwenden, die lediglich eine Bewegung des Verschlusselements in die Offen-Stellung aktiv bewirkt, wie dies beispielsweise bei einem Elektromagneten der Fall ist.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Strömungsquerschnitte des zweiten Ventilquerschnitts und die Strömungsquerschnitte des Ausgangsports und der Druckleitung zwischen dem Ausgangsport und einem Waste-Port groß gewählt gegenüber dem ersten Ventilquerschnitt.
• Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass nach dem Bewegen des Verschlusselements in die Geschlossen-Stellung, in welcher das Zuführen von Druckluft vom Eingangsport zum Ausgangsport blockiert ist, ein Strömungspfad zwischen dem Ausgangsport und dem Waste-Port zur Verfügung steht, der einen großen Massenstrom des Druckmediums vom Ausgangsport zum Waste-Port ermöglicht.
• In Folge des kleinen Strömungsquerschnitts des zweiten Ventilquerschnitts kann dieser sehr schnell bei einer entsprechenden Bewegung des Verschlusselements verschlossen werden, wodurch sich eine sehr kurze Schaltzeit des Schaltventils erreichen lässt und dessen Einsatz als Notabschaltventil ermöglicht.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die ansteuerbare Betätigungseinrichtung als elektromagnetische Betätigungseinrichtung ausgebildet, wobei das Verschlusselement bei einer Bestromung des Elektromagneten in die Geschlossen-Stellung überführt oder in der Geschlossen-Stellung gehalten wird.
• Dabei kann im Ventil ein federndes Element vorgesehen sein, welches das Verschlusselement derart beaufschlagt, dass dieses bei einem Deaktivieren des Elektromagneten in die Geschlossen-Stellung bewegt wird. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei einem Ausfall der Energieversorgung für den Elektromagneten das Ventil in eine Stellung gebracht wird, in welcher ein am Ausgangsport angeschlossener Druckraum, beispielsweise einer Brems- und/oder Klemmeinrichtung, nicht mit Druck beaufschlagt werden kann.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Verschlusselement verschiebbar im Gehäuse geführt sein. Hierdurch ergibt sich eine sehr einfach und kostengünstig zu realisierende Konstruktion des Schaltventils.
• Das Verschlusselement kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung einen vorzugsweise zylindrischen Verschlusskolben aufweisen, wobei die Umfangsfläche des Verschlusskolbens die erste Ventilfläche bildet. Eine Verjüngung des Verschlusskolbens oder eine Ausnehmung in dessen Wandung können dazu dienen, um bei einer Bewegung des Verschlusskolbens in Richtung seiner Längsachse einen Ventilquerschnitt, der zunächst mittels der Aussenwan dung des Verschlusskolbens abgedichtet ist, bei einer entsprechenden Bewegung des Verschlusskolbens freizugeben.
• Das Verschlusselement kann erfindungsgemäß eine zur Richtung der Verschiebbewegung schräg verlaufende zweite Ventilfläche aufweisen, so dass bei einer Beaufschlagung der Ventilfläche durch den Druck des Druckmediums eine Druckkraft auf die zweite Ventilfläche ausgeübt wird, welche die Bewegung des Verschlusselements von der Offen-Stellung in die Geschlossen-Stellung bewirkt oder diese Bewegung unterstützt.
• Der Verschlusskolben kann einen zylindrischen Stift aufweisen, welcher an einem Ende mit einem scheibenförmigen Kopf verbunden ist, wobei die erste Ventilfläche durch die Umfangsfläche des Stifts gebildet ist und die zweite Ventilfläche durch die vordere oder rückwärtige Stirnfläche des scheibenförmigen Kopfs, die senkrecht oder schräg zur Längsachse des Verschlusskolbens verlaufen.
• Zusätzlich kann der scheibenförmige Kopf von der Betätigungseinrichtung, beispielsweise dem Elektromagneten beaufschlagt werden, vorzugsweise an der vorderen oder rückwärtigen Stirnfläche.
• Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Ventilgehäuse zumindest zweiteilig ausgebildet sein, um eine einfache Montage des Schaltventils, insbesondere das Einsetzen des Verschlusselements in das Gehäuse, zu ermöglichen. Bei einer dreiteiligen Ausbildung des Gehäuses können zwischen einem oberen und unteren Gehäuseteil die Betätigungseinrichtung und das Verschlusselement gehalten bzw. geführt sein, wobei ein drittes Gehäuseteil, beispielsweise ein Montagering, zur Verbindung der beiden anderen Gehäuseteile vorgesehen ist, welches auch für die Montage des gesamten Schaltventils an einer weiteren Einrichtung, beispielsweise einer Brems- und/oder Klemmeinrichtung, dienen kann.
• Mittels eines derartigen Schaltventils lässt sich eine Brems- und/oder Klemmeinrichtung, insbesondere für eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine, realisieren, wobei die Brems- und/oder Klemmeinrichtung eine Notabschaltfunktion aufweist. Hierzu wird der Ausgangsport des Schaltventils mit dem Druckraum der Brems- und/oder Klemmeinrichtung verbunden, wobei das dem Druckraum zugeführte Druckmedium ein Betätigungselement beaufschlagt, welches im drucklosen Zustand Brems- und/oder Klemmkräfte auf ein Objekt ausübt und bei Beaufschlagung mit Überdruck die Brems- und/oder Klemmkräfte reduziert oder vollständig aufhebt.
• Wird somit das Schaltventil in die Geschlossen-Stellung gesteuert, beispielsweise durch einen Wegfall der Bestromung einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, so kann der im Druckraum wirkende Arbeitsdruck des Druckmediums innerhalb sehr kurzer Zeit auf 0 oder zumindest soweit reduziert werden, dass die Brems- und/oder Klemmeinrichtung wieder in den bremsenden oder klemmenden Zustand überführt wird.
• Das Schaltventil kann dabei im oder am Gehäuse der Brems- und/oder Klemmeinrichtung angeordnet sein. Das Gehäuse des Schaltventils kann auch zumindest teilweise mit dem Gehäuse der Brems- und/oder Klemmeinrichtung integriert ausgebildet sein.
• Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können der Eingangsport und der Ausgangsport des Schaltventils mit im Gehäuse der Brems- und/oder Klemmeinrichtung ausgebildeten Druckleitungen für das Zuführen bzw. Abführen des Druckmediums verbunden sein.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
• 1 die vorstehend erläuterte schematische Darstellung einer Schlittenführung mit Notabschaltung nach dem Stand der Technik;
• 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltventils mit in der Offen-Stellung befindlichem Verschlusselement, wobei 2a das an einer einen Druckraum aufweisenden Einrichtung angeordnete Schaltventil im Längsschnitt zeigt und 2b eine vergrößerte Darstellung des in 2a gekennzeichneten Bereichs;
• 3 eine Darstellung analog 2b, jedoch mit einem in der Geschlossen-Stellung befindlichen Verschlusselement und
• 4 eine Darstellung analog 3, jedoch mit einem in der Geschlossen-Stellung befindlichen Verschlusselement einer weiteren Ausführungsform eines Schaltventils nach der Erfindung.
• 2a zeigt schematisch eine Einrichtung 100, die einen Druckraum 102 aufweist. Bei der Einrichtung 100 kann es sich beispielsweise um eine Brems- und/oder Klemmeinrichtung handeln. Die Einrichtung 100 weist ein Gehäuse 104 auf, in dem der Druckraum 102 ausgebildet ist. Des Weiteren ist in der Wandung des Gehäuses 104 eine Druckleitung 106 vorgesehen, die einen Anschlussport 108 in der Aussenwandung des Gehäuses 104 aufweist. Der Druckraum 102 bzw. ein sich in 2a nach oben erstreckender Teil des Druckraums 102 ist mittels eines Schaltventils 110 verschlossen. Das Schaltventil 110 bzw. der wesentliche Teil des Schaltventils und des Anschlussbereichs des Gehäuses 104 der Einrichtung 100, der in 2a mit einem strichpunktierten Kreis gekennzeichnet ist, ist in 2b vergrößert dargestellt. Wie aus 2b ersichtlich, endet die Druckleitung 106 im Gehäuse 104 an der Innenwandung des Druckraums und ist an dieser Schnittstelle mit einer Druckleitung 112 des Schaltventils 110 gekoppelt. Die Eingangsöffnung 113 der Druckleitung 112 bildet den Eingangsport 110_I des Schaltventils 110. Das Schaltventil 110 weist ein dreiteiliges Gehäuse 114 auf, welches aus einem oberen Gehäuseteil 116, einem unteren Gehäuseteil 118 und einem Montagering 120 besteht. Das obere Gehäuseteil 116 und das untere Gehäuseteil 118 sind, wie in 2 ersichtlich, bündig aufeinandergesetzt und weisen jeweils einen Schulterbereich 116a bzw. 118a auf.
• Das untere Gehäuseteil 116 liegt mit seinem Schulterteil 118a auf der oberen, stirnseitigen Wandung des Gehäuses 104 der Einrichtung 100 auf und greift mit seinem unteren Bereich in den oberen Bereich des Druckraums 102 ein. Der Schulterbereich 116a des oberen Gehäuseteils 116 liegt auf dem Schulterbereich 118a des unteren Gehäuseteils 118 auf und wird an seiner oberen Stirnseite vom Montagering 120 übergriffen. Der Montagering 120 kann dann in nicht näher dargestellter Weise auf dem Gehäuse 104 der Einrichtung 100 befestigt sein, beispielsweise durch Verschrauben. Die Montage des Schaltventils 110 auf dem Gehäuse 104 der Einrichtung 100 muss selbstverständlich weitestgehend dicht gegenüber dem Druckraum 102 erfolgen. Hierzu können an den sich einander berührenden Flächen Dichtelemente, beispielsweise Dichtringe vorgesehen sein (nicht dargestellt). Innerhalb des oberen Gehäuseteils 116 und des unteren Gehäuseteils 118 ist eine Betätigungseinrichtung 122 angeordnet und durch die beiden Gehäuseteile 116, 118 in ihrer Position fixiert.
• Die Betätigungseinrichtung 122 kann, wie in 2 und 3 dargestellt, als Elektromagnet 124 ausgebildet sein. Der Elektromagnet 124 weist eine Spule 126 auf, deren Anschlüsse nicht dargestellt sind. Die Anschlüsse werden von einer Steuereinheit, die eine Strom- bzw. Spannungsquelle umfassen kann, mit Strom beaufschlagt, wenn ein Aktivieren des Elektromagneten 124 erforderlich ist. Das Beaufschlagen mit Strom kann durch eine Notabschalt-Aktion ausgelöst werden, beispielsweise durch das Drücken eines Notschalters oder durch das Erfassen eines unzulässigen Betriebszustandes mittels Sensoren, wobei die nicht dargestellte Steuereinheit das Drücken eines Notschalters oder entsprechend unzulässige Betriebszustände erfasst und als Reaktion die Bestromung des Elektromagneten 124 deaktiviert. Denn, wie aus der nachstehenden Beschreibung deutlich wird, ist das in den 2 und 3 dargestellte Schaltventil so ausgebildet, dass der Druckraum 102 nur dann mit Druck beaufschlagt werden kann, wenn die Betätigungseinrichtung 122 und damit der Elektromagnet 124 aktiviert sind.
• Bei einem Aktivieren des Elektromagneten 124 wird ein Verschlusselement 128, welches zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil 116, 118 verschiebbar geführt ist, angezogen und das Schaltventil in eine Offen-Stellung überführt.
• Das Verschlusselement 128 umfasst, wie in den 2 und 3 dargestellt, einen scheibenförmigen Kopf 130, der im oberen Gehäuseteil 116, welches im Wesentlichen topfförmig ausgebildet ist, verschiebbar geführt ist. Die untere Stirnseite des scheibenförmigen Kopfs 130 ist mit einem im Wesentlichen zylindrischen Stift 132 verbunden. Die rückwärtige, das heißt untere Stirnseite 130a des scheibenförmigen Kopfs 130 liegt in der in 2 dargestellten Offen-Stellung des Verschlusselements 128 bzw. des Schaltventils 110 auf der oberen Stirnseite des Elektromagneten 124 auf und wird mit einer entsprechenden Haltekraft in dieser Position fixiert, da der Elektromagnet 124 in der Offen-Stellung aktiviert ist. Befindet sich das Verschlusselement 128 in seiner Ausgangsposition beim Aktivieren des Elektromagneten 124 nicht in der in 2 dargestellten Offen-Stellung, so wird das Verschlusselement 128 in Richtung auf die obere Stirnseite des Elektromagneten 124 bewegt bis die Offen-Stellung gemäß 2 erreicht ist.
• In dieser Position verbindet eine Druckleitung 112, die im unteren Gehäuseteil 118 vorgesehen ist, die Druckleitung 106 im Gehäuse 104 mit dem Druckraum 102. Dies wird ermöglicht durch einen Bereich reduzierten Durchmessers 132a des zylindrischen Stifts 132. Während der Stift mit seinem untersten Bereich noch im unteren Gehäuseteil 118 in einer Bohrung 134 geführt ist, wird durch den Bereich reduzierten Durchmessers 132a ein Ventilquerschnitt 136 freigegeben, welcher dem Querschnitt der Druckleitung 112 entspricht, mit dem diese in die Innenwandung der Bohrung 134 mündet. Auf diese Weise wird das Zuführen von Druckmedium vom Anschlussport 108 über die Druckleitung 106 und den ersten Teilbereich der Druckleitung 112 in die weiteren Teilbereiche der Druckleitung 112 (s. unten) und schließlich in den Druckraum 102 ermöglicht. Das Druckmedium strömt über den ersten Teilbereich der Druckleitung 112 und den Ventilquerschnitt 136 in den Ringraum der Bohrung 134 und von dieser in einen weiteren Teilbereich der Druckleitung 112, der von der unteren Wandung des topfförmigen unteren Gehäuseteils 118, der unteren Stirnseite des Elektromagneten 124 und einem Ringraum um den zylindrischen Stift 132 innerhalb des Elektromagneten 124 gebildet ist. Hierzu weist der Elektromagnet 124 eine ringförmige Gestalt auf, wobei der Stift 132 den Elektromagneten 124 durchgreift und einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser des ringförmigen Magneten 124.
• Die untere Wandung des topfförmigen unteren Gehäuseteils 118 weist insgesamt drei Durchbrüche 138 auf, von denen in 2 bzw. 3 in der gewählten Schnittdarstellung lediglich ein Durchbruch 138 sichtbar ist. Durchbrüche 138 sind entlang der Achse des zylindrischen Stifts 132 mit einem Winkelabstand von 120° verteilt angeordnet und bilden den Ausgangsport 110_II des Schaltventils 110.
• Damit kann in der in 2 dargestellten Offen-Stellung das Druckmedium über den ersten Teil der Druckleistung 112 zwischen der Innenwandung des Druckraums 102 und dem Ventilquerschnitt 136 in den Ringraum um den Bereich reduzierten Durchmessers 132a des Stifts 132 eintreten, von diesem Ringraum in den weiteren Bereich der Druckleitung 112 der vom unteren Gehäuseteil 118 und dem Elektromagneten 124 sowie der unteren Stirnseite des scheibenförmigen Kopfs 130 eingeschlossen ist und gelangt schließlich über die Durchbrüche 138 in den Druckraum 102. Durch die Beaufschlagung des Druckraums 102 mit dem Druck des Druckmediums können entsprechende Brems- und/oder Klemmkräfte der Einrichtung 100 reduziert oder vollkommen aufgehoben werden. Wird eine derartige Einrichtung 100 beispielsweise in Form einer Brems- und/oder Klemmeinrichtung 7 gemäß dem in 1 dargestellten System eingesetzt, so wird der Schlitten 1 gelöst und kann entsprechend translatorisch verschoben werden.
• Wird eine nicht zulässige Betriebsweise detektiert, so kann, wie vorstehend erläutert, die Notabschaltfunktion ausgelöst werden, beispielsweise durch Drücken eines Notschalters. Hierdurch wird mittels der nicht näher dargestellten Steuereinrichtung die Bestromung des Elektromagneten 124 aufgehoben. Da auf die untere Stirnseite 130a des scheibenförmigen Kopfs 130 in dem betreffenden ringförmigen Bereich der Druck des Druckmediums wirkt, wird auf diesen ringförmigen Bereich und damit auf das gesamte Verschlusselement 128 eine Kraft in Richtung der Längsachse des Verschlusselements 128 ausgeübt. Auf diese Weise wird das Verschlusselement in extrem kurzer Zeit in seiner axialen Richtung bewegt, bis die obere Stirnseite des Kopfs 130 an der oberen Innenwandung des topfförmigen oberen Gehäuseteils 116 anschlägt. Diese Stellung ist in 3 dargestellt. Der Öffnungsquerschnitt des Ringraums innerhalb des Elektromagneten 124 um den Stift 132 bildet den zweiten Ventilquerschnitt, über den das Druckmedium in der Geschlossen-Stellung an die Umgebung abgegeben wird.
• In dieser in 3 dargestellten Geschlossen-Stellung ist der Ventilquerschnitt 136 des ersten Teils der Druckleitung 112 durch den unteren Bereich des zylindrischen Stifts 132 bzw. des Verschlusselements 128 abdichtend verschlossen. Das Nachströmen von Druckmedium ist somit in dieser Geschlossen-Stellung unterbunden. Gleichzeitig ist durch die Bewegung des Verschlusselements 128 die untere Stirnseite 130a des Kopfs 130 von der oberen Stirnseite des Elektromagneten 124 abgehoben, wodurch Druckmedium aus dem Druckraum 102, die Bohrungen 138, den Raum oberhalb der Bohrungen 138 und unterhalb der unteren Stirnseite des Elektromagneten 124, den Ringraum um den Stift 132 innerhalb des Elektromagneten 124 und den Raum zwischen der oberen Stirnseite des Elektromagneten 124 und die untere Stirnseite 130a des Kopfs 130 in Richtung auf Auslassöffnungen 140 strömen, die den Waste-Port 110_III des Schaltventils 110 bilden. Die Auslassöffnungen 140 sind durch mehrere Bohrungen in der seitlichen Aussenwandung des oberen Gehäuseteils 116 des Schaltventils 110 gebildet. Da die Druckleitung 112 innerhalb des Schaltventils 110 zwischen den Auslassöffnungen 140 und den Bohrungen 138a durchweg vergleichsweise hohe Strömungsquerschnitte aufweist, kann sich der Druck im Druckraum 102 in Folge eines durch die großen Strömungsquerschnitte großen Massenstroms sehr rasch abbauen. Damit ist eine extrem schnelle Notabschaltung der Einrichtung 100 möglich.
• 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schaltventils, die sich von der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass der zylindrische Stift 132 des Verschlusselements 128 in einer Bohrung im Gehäuse 114, genauer gesagt im unteren Gehäuseteil 118 des Gehäuses 114 und in einer damit fluchtenden Bohrung im Kern des Elektromagneten 124 geführt ist. Hierdurch wird eine verkippungs- und klemmfreie Führung des Stifts 132 und damit des Verschlusselements 128 erreicht.
• Des Weiteren ist bei dieser Ausführungsform der Teil der Druckleitung 112, der sich von der Eingangsöffnung 113 im Gehäuse 114 bzw. im unteren Gehäuseteil 118 bis zum Ventilquerschnitt 136 erstreckt, mit einem sich fluchtend erstreckenden weiteren Teil der Druckleitung 112 in Strömungsrichtung jenseits des Ventilquerschnitts verbunden. Dieser Teil mündet in eine axial verlaufende Bohrung 142 als weiteren Teil der Druckleitung 112, die den Ausgangsport 110_II bzw. einen Teil des Ausgangsports 110_II des Schaltventils 110 bildet. Der andere Teil des Ausgangsports 110_II wird gebildet durch die Querschnittsöffnung von zwei axial verlaufenden Bohrungen 144, die ebenfalls mit dem Druckraum 102 verbunden sind. Die in 4 rechts dargestellte Bohrung 144 ist im unteren Teil in der Zeichnungsebene nach hinten gekröpft, da sie nicht den ersten Teil der Druckleitung 112, der sich an die Eingangsöffnung 113 anschließt, verlaufen darf.
• Selbstverständlich könnte die Bohrung 142 auch direkt im Gehäuse 114 bzw. im unteren Gehäuseteil 118 strömungstechnisch mit den Bohrungen 144 verbunden sein, wobei sich in diesem Fall der Ausgangsport 110_II des Schaltventils 110 durch die mit dem Druckraum 102 verbundenen Querschnittsöffnungen gebildet wird.
• Die axial verlaufenden Bohrungen 144 erstrecken sich bis an die untere Stirnseite 130a des scheibenförmigen Kopfs 130 des Verschlusselements 128, wobei die Summe der Querschnittsflächen der Bohrungen 144 so groß gewählt ist, dass sich ein ausreichend schneller Druckabbau im Druckraum 102 beim Überführen des Schaltventils in die Geschlossen-Stellung ergibt.
• Wie aus 4 ersichtlich, ist erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel der scheibenförmige Kopf in radialer Richtung bis über den Kern oder Anker des Elektromagneten 124 hinaus, wobei auch die Bohrungen 144 in dem den Kern oder Anker des Elektromagneten 124 umgebenden Bereich des Gehäuses 114 ausgebildet sind. Hierdurch wird eine Beeinträchtigung der Geometrie des Elektromagneten und des Verlaufs der magnetischen Kraftlinien vermieden.
• Im Übrigen ist die Funktionsweise der Ausführungsform nach 4 praktisch identisch mit der Funktionsweise der anhand der 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen, so dass diesbezüglich auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen werden kann.
• Anders als bei der Ausführungsform nach den 2 und 3 besteht das Gehäuse 114 jedoch nur aus zwei Teilen, nämlich dem oberen Gehäuseteil 116 und dem unteren Gehäuseteil 118. diese können beispielsweise mittels einer nicht näher dargestellten Schraubverbindung miteinander verbunden sein. Das obere Gehäuseteil bildet dabei lediglich den Waste-Port 110_III und einen Anschlag für das Verschlusselement 128, so dass eine druckdichte Verbindung der Gehäuseteile 116, 118 nicht erforderlich ist.

Claims (14)

1. Schaltventil für ein Druckmedium, insbesondere Notabschaltventil für eine pneumatische Klemm- und/oder Bremseinrichtung, (a) mit einem Ventilgehäuse (114) mit einem Eingangsport (110_I ) und einem Ausgangsport (110_II ) sowie einem Waste-Port (110_III ) für das Druckmedium, (b) mit einem Verschlusselement (128), welches in einer zwischen dem Eingangsport (110_I ) und dem Ausgangsport (110_II ) vorgesehenen Druckleitung (112) angeordnet ist, (c) wobei das Verschlusselement (128) mittels einer ansteuerbaren Betätigungseinrichtung (122) zumindest ansteuerbar von einer Geschlossen-Stellung in eine Offen-Stellung bewegbar ist, (d) wobei das Verschlusselement (128) mittels einer ersten Ventilfläche einen ersten Ventilquerschnitt (136) der Druckleitung (112) zwischen dem Eingangsport (110_I ) und dem Ausgangsport (110_II ) in der Offen-Stellung freigibt und in der Geschlossen-Stellung sperrt, (e) wobei das Verschlusselement (128) mittels einer zweiten Ventilfläche (130a) einen zweiten Ventilquerschnitt (131) der Druckleitung (112), welcher den Teil der Druckleitung (112) zwischen dem Ausgangsport (110_II ) und dem ersten Ventilquerschnitt (113) mit dem Waste-Port (110_III ) verbindet, in der Offen-Stellung sperrt und in der Geschlossen-Stellung freigibt, und (f) wobei die zweite Ventilfläche (130a) so am Verschlusselement (128) vorgesehen ist, dass sie in der Offen-Stellung so vom Druckmedium beaufschlagt wird, dass auf die zweite Ventilfläche (130a) eine die Bewegung des Verschlusselements (128) von der Offen-Stellung in die Geschlossen-Stellung wirkende Kraft ausgeübt wird.
2. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsquerschnitte des zweiten Ventilquerschnitts (131) sowie die Strömungsquerschnitte des Ausgangsports (110_II ) und der Druckleitung (112) zwischen dem Ausgangsport (110_II ) und dem Waste-Port (110_III ) groß sind gegen den ersten Ventilquerschnitt (136).
3. Schaltventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ansteuerbare Betätigungseinrichtung (122) als elektromagnetische Betätigungseinrichtung ausgebildet ist, wobei das Verschlusselement bei einer Bestromung des Elektromagneten (124) in die Offen-Stellung überführt oder in der Geschlossen-Stellung gehalten wird.
4. Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (128) verschiebbar im Gehäuse (114) geführt ist.
5. Schaltventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (128) als vorzugsweise zylindrischer Verschlusskolben (128) ausgebildet ist und dass die Umfangsfläche die erste Ventilfläche bildet.
6. Schaltventil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (128) eine zur Richtung der Verschiebebewegung schräg verlaufende zweite Ventilfläche (130a) aufweist.
7. Schaltventil nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskolben (128) einen vorzugsweise zylindrischen Stift (132) aufweist, welcher an einem Ende mit einem scheibenförmigen Kopf (130) verbunden ist, wobei die erste Ventilfläche durch die Umfangsfläche des Stifts gebildet ist und die zweite Ventilfläche durch die vordere oder rückwärtige Stirnfläche des scheibenförmigen Kopfs (130).
8. Schaltventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere oder rückwärtige Stirnseite des scheibenförmigen Kopfs (130) von einem Elektromagneten (124) beaufschlagt wird.
9. Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (114) zumindest zweiteilig ausgebildet ist.
10. Schaltventil nach einem der Ansprüche 7 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der scheibenförmige Kopf (130) in radialer Richtung bis über die Betätigungseinrichtung (122) hinaus erstreckt und dass die zweite Ventilfläche durch einen Teil des Bereichs der vorderen oder rückwärtigen Stirnfläche des scheibenförmigen Kopfs (130) gebildet ist, welcher sich in radialer Richtung bis über die Betätigungseinrichtung (122) hinaus erstreckt.
11. Brems- und/oder Klemmeinrichtung, insbesondere für eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine, mit einem Schaltventil (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brems- und/oder Klemmeinrichtung ein Gehäuse (104) aufweist, in welchem ein Druckraum (102) zu Aufnahme eines Druckmediums vorgesehen ist, wobei das im Druckraum (102) enthaltene Druckmedium ein Betätigungselement beaufschlagt, welches im drucklosen Zustand Brems- und/oder Klemmkräfte auf ein Objekt ausübt und bei Beaufschlagung mit Überdruck die Brems- und/oder Klemmkräfte reduziert oder vollständig aufhebt.
12. Brems- und/oder Klemmeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (110) im oder am Gehäuse (104) der Brems- und/oder Klemmeinrichtung angeordnet ist.
13. Brems- und/oder Klemmeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (114) zumindest teilweise mit dem Gehäuse (104) der Brems- und/oder Klemmeinrichtung integriert ausgebildet ist.
14. Brems- und/oder Klemmeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsport (110_I ) und der Ausgangsport (110_II ) des Schaltventils (110) mit im Gehäuse (104) der Brems- und/oder Klemmeinrichtung ausgebildeten Druckleitungen (106) für das Zuführen bzw. Abführen des Druckmediums verbunden ist.