DE202013006621U1

DE202013006621U1 - Energieverbrauchsreduzierende Vorrichtung für pneumatische Antriebseinheiten

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Publication number: DE202013006621U1
Application number: DE201320006621
Authority: DE
Original assignee: Hypneu Hydraulik und Pneumatik GmbH
Current assignee: Hypneu Hydraulik und Pneumatik GmbH
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2013-08-06
Anticipated expiration: 2023-07-24

Abstract

Energieverbrauchsreduzierende Vorrichtung für pneumatische Antriebseinheiten mit mindestens einem Arbeitszylinder (M1), welcher mittels eines ersten Wegeventils (VW1) steuerbar und mit Druckluft aus einer Druckluftquelle (D) beaufschlagbar ist, wobei beim Ausfahren des Arbeitszylinders (M1) verdrängtes Volumen aus dem Arbeitszylinder-Kolbenstangenraum über ein Rückschlagventil (VRE) in einen Speicher (SP) gelangt und die im Speicher vorhandene Energiemenge dem Arbeitszylinder zur Realisierung der Rückhubbewegung wieder zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (VRE) entsperrbar ausgebildet und der Speicher (SP) mittels eines Druckreduzierventils (VDR) mit einem Vordruck beaufschlagbar ist, weiterhin dem Druckreduzierventil (VDR) ein Rückschlagventil (VR1) in Reihe geschalten ist, um den Speicherdruck zu halten, ein zweites Wegeventil (VW2) vorgesehen ist, welches mit Erreichen der Endlage des Arbeitszylinders (M1) das Totvolumen entlüftet, wobei für die Rückhubbewegung das erste und zweite Wegeventil (VW1/VW2) zurückgeschaltet und das Rückschlagventil (VRE) entsperrbar ist, wobei weiterhin das entsperrbare Rückschlagventil (VRE), der Speicher (SP), das Druckreduzierventil (VDR) nebst reihengeschaltetem Rückschlagventil (VR1) sowie das zweite Wegeventil (VW2) als vormontierter Nachrüstsatz ausgebildet sind, welcher an bauseits vorhandene Arbeitszylinder ankoppelbar ist, wobei die vorhandene Ansteuerung nebst Stromversorgung des ersten Wegeventils (VW1) funktionsseitig mit dem Nachrüstsatz verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine energieverbrauchsreduzierende Vorrichtung für pneumatische Antriebseinheiten mit mindestens einem Arbeitszylinder, welcher mittels eines ersten Wegeventils steuerbar und mit Druckluft beaufschlagbar ist, wobei beim Ausfahren des Arbeitszylinders verdrängtes Volumen aus dem Arbeitszylinder-Kolbenstangenraum über ein Rückschlagventil in einen Speicher gelangt und die im Speicher vorhandene Energiemenge dem Arbeitszylinder zur Realisierung der Rückhubbewegung wieder zuführbar ist, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 197 21 759 A1 ist ein Verfahren zur Energiereduzierung von pneumatischen Antrieben vorbekannt. Die dortige Lehre zielt darauf, die im Kolbenstangenraum eines Pneumatikzylinders vorhandene pneumatische Energie nicht an die Atmosphäre beim Ausfahren des Antriebs abzugeben, sondern damit einen Speicher aufzuladen. Diese Energiemenge soll dann dem Antrieb für die Rückhubbewegung wieder zugeführt werden. Weiterhin soll eine der Ausfahrbewegung proportional ansteigende Gegenkraft erzeugt werden, die es ermöglicht, den Antrieb wegabhängig und kontinuierlich abzubremsen, so dass ein sanftes Einfahren in die Endlage gesichert ist. Die Lösung der Aufgabe gemäß DE 197 21 759 A1 erfolgt durch eine Vielzahl von Verfahrensschritten, wobei zunächst in einem ersten Verfahrensschritt der Speicher mit einem Vordruck geladen wird. Im zweiten Verfahrensschritt wird der Zylinder zum Ausfahren veranlasst und es gelangt sein verdrängtes Volumen aus dem Kolbenstangenraum über ein 3/2-Wegeventil und ein Rückschlagventil in den Speicher, wodurch der Druck im Speicher ansteigt. Im anschließenden Verfahrensschritt erfolgt in der ausgefahrenen Stellung des Zylinders eine Entlüftung des Totvolumens über ein 3/2-Wegeventil. Im folgenden Verfahrensschritt wird ein Druckausgleich zwischen Kolbenraum und Speicher hergestellt, indem vorhandene Wegeventile zu- bzw. abgeschaltet werden, wodurch es zu einer weiteren Erhöhung des Drucks im Speicher kommt. Danach erfolgt die Einfahrbewegung des Zylinders wiederum durch ausgewähltes Zu- und Abschalten vorhandener Wegeventile, wodurch die im Speicher vorhandene pneumatische Energie in den Kolbenstangenraum des Zylinders geleitet wird und der Kolbenraum über ein Drosselrückschlagventil einer Entlüftung unterliegt. Nach Erreichen der eingefahrenen Stellung schließt sich ein abschließender Verfahrensschritt an, bei dem durch Entlüften der Speichervordruck auf den ursprünglichen Wert abgesenkt wird, was mittels Drucksensor einer Überwachung unterliegt.
Das in der DE 197 21 759 A1 beschriebene Verfahren erfordert bereits bauseitig das Anordnen und Vorsehen der Anzahl von Ventilen, des Drucksensors entsprechender Druckübersetzer und weiterer Maßnahmen, wodurch errichtungsseitig im Vergleich zu bis dahin in bekannten Arbeitszylindern höhere Kosten entstehen. Ein Nachrüsten vorhandener Hydraulik- oder Pneumatikanlagen ist nicht ohne weiteres möglich.
Bei dem pneumatischen Arbeitszylinder zur Energieeinsparung und Verbesserung der Dynamik nach DE 100 11 947 A1 ist um das Zylinderrohr ein Außenrohr angeordnet, welches einen Speicheranschluss aufweist, wobei zwischen Kolbenstangenanschluss und Speicheranschluss ein Wegeventil angeordnet ist. Zwischen dem Speicheranschluss und einer Druckluftquelle befinden sich ein Rückschlagventil sowie ein Druckminderventil. Vorzugsweise parallel zum Rückschlagventil und zum Druckminderventil ist ein weiteres Rückschlagventil angeordnet. Mit dieser Baueinheit soll die Energie, die für den Rückhub eines Pneumatikzylinders erforderlich ist, bei der Ausfahr- oder Einfahrbewegung gespeichert werden.
Hierfür bildet das Außenrohr mit dem Zylinderrohr ein abgeschlossenes Volumen, welches als zusätzliches Speichervolumen dient.
Auch bei dieser Lösung des Standes der Technik muss bereits bauseits der spezielle Arbeitszylinder mit Außenrohr und Speicheranschluss vorhanden sein.
Ein Nachrüsten wäre hier nur durch Austausch des teuersten Bauteils, nämlich des Arbeitszylinders selbst möglich.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte energieverbrauchsreduzierende Vorrichtung für pneumatische Antriebseinheiten mit mindestens einem Arbeitszylinder anzugeben, wobei die Vorrichtung in einfacher Weise bei bauseits bereits vorhandenen Pneumatik- oder Hydraulikanlagen nachgerüstet werden kann, um quasi im Sinne einer Folgeinvestition, die nur geringen Aufwand verursacht, drucklufterzeugungsbedingte Energieverbräuche in einem solchen Maße zu realisieren, dass ein insgesamt kostengünstiges Betreiben der diesbezüglichen Hydraulik- oder Pneumatikanlagen möglich wird.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lehre der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen beinhalten.
Es wird demnach von einer energieverbrauchsreduzierenden Vorrichtung für pneumatische Antriebseinheiten mit mindestens einem Arbeitszylinder ausgegangen, welcher mittels eines ersten Wegeventils steuerbar und mit Druckluft beaufschlagbar ist. Weiterhin wird beim Ausfahren des Arbeitszylinders verdrängtes Volumen aus dem Arbeitszylinder-Kolbenstangenraum über ein Rückschlagventil in einen Speicher überführt und die im Speicher vorhandene Energiemenge dem Arbeitszylinder zur Realisierung der Rückhubbewegung wieder zugeführt.
Erfindungsgemäß ist das Rückschlagventil entsperrbar ausgebildet und der Speicher mittels eines Druckreduzierventils mit einem Vordruck beaufschlagbar. Weiterhin ist dem Druckreduzierventil ein Rückschlagventil in Reihe geschaltet, um den Speicherdruck auch im abgeschalteten Zustand zu halten.
Ein zweites Wegeventil ist vorgesehen, welches mit Erreichen der Endlage des Arbeitszylinders das Totvolumen desselben entlüftet, wobei für die Rückhubbewegung das erste und zweite Wegeventil zurückgeschaltet und das Rückschlagventil entsperrbar ist.
Weiterhin ist das entsperrbare Rückschlagventil, der Speicher, das Druckreduzierventil nebst reihengeschalterem Rückschlagventil sowie das zweite Wegeventil als vormontierter Nachrüstsatz ausgebildet, welcher an bauseits vorhandene Arbeitszylinder ankoppelbar ist, wobei die vorhandene Ansteuerung nebst Stromversorgung des ersten Wegeventils funktionsseitig mit dem Nachrüstsatz verbunden ist und insofern mitgenutzt wird.
Der vorbeschriebene Nachrüstsatz ist an beliebiger Stelle, auch entfernt vom jeweiligen Arbeitszylinder anordenbar, so dass keine bauraumseitigen Eingrenzungen gegeben sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reihenschaltung aus Druckreduzierventil und Rückschlagventil ein zweites Rückschlagventil antiparallel geschaltet.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung des Nachrüst- und Zusatzmoduls wird die Abluft pneumatischer Antriebe nicht mehr an die Atmosphäre abgegeben, sondern im Speicher aufgefangen. Die im Speicher vorhandene Energie ist nutzbar, um den Arbeitszylinder-Rückhub auszuführen. Das bedeutet, dass für diesen Rückhub keine Druckluft aus dem Druckluftnetz erforderlich ist. Eine hohe Einsparung von Druckluft ist dabei möglich.
Beim Zuschalten der Druckluft erfolgt eine einmalige Befüllung des Speichers sowie der Abluftkammer des Arbeitszylinders mit einem Vordruck. Die Ausfahrbewegung wird bei einer Ausführungsform über ein monostabiles 5/2-Wegeventil realisiert, dabei wird die Abluft aus dem Zylinder in den Speicher verdrängt und der Speicherdruck steigt bis in den Bereich des Betriebsdrucks.
Beim Rückschalten des im Nachrüstsatz vorhandenen Wegeventils kehrt die Funktion um und der Antrieb verfährt in seine Ausgangslage, und zwar ohne Zuführung externer pneumatischer Energie.
Ein besonderer Vorteil des Nachrüstsatzes liegt darin, dass dieser an beliebige pneumatische Antriebe anpassbar ist, und zwar durch Variation des Speichervordrucks einerseits als auch des Speichervolumens andererseits. Die Ansteuerung kann durch ein klassisches binäres Steuerungssignal realisiert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie einer Figur näher erläutert werden.
Die Figur zeigt hierbei einen Prinzip-Hydraulikschaltplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei mit der gestrichelten Linie die Baugruppen und Elemente des Nachrüstsatzes gekennzeichnet sind.
Über eine vorhandene Steuerung SPS sind das erste Wegeventil VW1 und das zweite Wegeventil VW2 steuerbar.
Über eine Druckluftquelle D, ein Druckreduzierventil VDR sowie ein erstes Rückschlagventil VR1 wird der Speicher SP mit einem reduzierten Vordruck beaufschlagt. Das nachgeschaltete Rückschlagventil VRE wird über strichlinierte Verbindung zum Wegeventil VW1 entsperrt und gibt den Speicher SP auf dem Zylinder M1 frei, um diesen ausfahren zu können.
Die Entkopplung des Druckreduzierventils VWR erfolgt mit Hilfe des Rückschlagventils VR1, um den Druck im Speicher SP bei Abschaltung zu halten.
Durch Setzen des Steuerungsausgangs schaltet das erste Wegeventil VW1 um und beaufschlagt somit den Kolbenraum des Zylinders M1. Dieser fährt aus und verdrängt sein Kolbenstangenvolumen über das entsperrbare Rückschlagventil VRE in den Speicher, wodurch der Speicherdruck im Speicher SP ansteigt.
Mit Erreichen der Endlage des Zylinders M1 wird ein vorhandener Endlagenschalter betätigt. Dieser schaltet das zweite Wegeventil VW2 zum Zweck der Entlüftung des Totvolumens der Kolbenstangenseite des Zylinders M1. Damit kann der Zylinderantrieb seine volle Kraft entwickeln.
Nach Abschalten des Steuerungsausgangs SPS erfolgt das Zurückschalten der Wegeventile VW1 und VW2 sowie das Entsperren des Rückschlagventils VRE. Auf diese Weise wird der Speicher SP und die Kolbenstangenseite des Zylinders M1 verbunden und der Antrieb kann einfahren.
Der im gestrichelten Rahmen gezeigte Nachrüstsatz kann ohne großen Aufwand mit der bauseits vorhandenen Technik verbunden werden. Hier kommen üblicherweise Schnellverbindungen und entsprechende Druckschläuche zum Einsatz. Bauraumbegrenzungen sind nicht vorhanden, da der Nachrüstsatz an jeder beliebigen Stelle einsetzbar und damit anordenbar ist. Die elektrische Ansteuerung erfolgt aus der vorhandenen SPS-Steuerung und über die Stromversorgung des vorhandenen Wegeventils VW1.
Es hat sich gezeigt, dass mit dem Einsatz des erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes im Vergleich zu Antrieben mit herkömmlicher Abluftdrosselung eine Energieeinsparung bis zu 50% erreicht werden kann. Damit sind die Kosten für die Anschaffung und das Installieren des Nachrüstsatzes bereits nach kurzer Zeit amortisiert. Bereits vorhandene installierte Druckluftnetze müssen bei Neuinbetriebnahme weiterer Arbeitszylinder nicht mehr verstärkt werden, so dass sich auch hieraus zusätzliche Vorteile ergeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19721759 A1 [0002, 0002, 0003]
DE 10011947 A1 [0004]

Claims

Energieverbrauchsreduzierende Vorrichtung für pneumatische Antriebseinheiten mit mindestens einem Arbeitszylinder (M1), welcher mittels eines ersten Wegeventils (VW1) steuerbar und mit Druckluft aus einer Druckluftquelle (D) beaufschlagbar ist, wobei beim Ausfahren des Arbeitszylinders (M1) verdrängtes Volumen aus dem Arbeitszylinder-Kolbenstangenraum über ein Rückschlagventil (VRE) in einen Speicher (SP) gelangt und die im Speicher vorhandene Energiemenge dem Arbeitszylinder zur Realisierung der Rückhubbewegung wieder zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (VRE) entsperrbar ausgebildet und der Speicher (SP) mittels eines Druckreduzierventils (VDR) mit einem Vordruck beaufschlagbar ist, weiterhin dem Druckreduzierventil (VDR) ein Rückschlagventil (VR1) in Reihe geschalten ist, um den Speicherdruck zu halten, ein zweites Wegeventil (VW2) vorgesehen ist, welches mit Erreichen der Endlage des Arbeitszylinders (M1) das Totvolumen entlüftet, wobei für die Rückhubbewegung das erste und zweite Wegeventil (VW1/VW2) zurückgeschaltet und das Rückschlagventil (VRE) entsperrbar ist, wobei weiterhin das entsperrbare Rückschlagventil (VRE), der Speicher (SP), das Druckreduzierventil (VDR) nebst reihengeschaltetem Rückschlagventil (VR1) sowie das zweite Wegeventil (VW2) als vormontierter Nachrüstsatz ausgebildet sind, welcher an bauseits vorhandene Arbeitszylinder ankoppelbar ist, wobei die vorhandene Ansteuerung nebst Stromversorgung des ersten Wegeventils (VW1) funktionsseitig mit dem Nachrüstsatz verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachrüstsatz an beliebiger Stelle, auch entfernt vom jeweiligen Arbeitszylinder in Pneumatikanlagen anordenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reihenschaltung aus Druckreduzierventil (VDR) und erstem Rückschlagventil (VR1) ein zweites Rückschlagventil (VR2) antiparallel geschalten ist.