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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen mit Fluiddruck, insbesondere Luftdruck antreibbaren und mit einer Schwenkwelle und einem Druckraum versehenen Schwenkantrieb. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Schwenkantrieb mit zumindest einer solchen Steuereinrichtung.
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Hydraulisch oder pneumatisch betriebene Schwenkantriebe werden insbesondere zur Betätigung von Absperrorganen, z.B. Ventilen, Drosselklappen oder dergleichen vor allem in petro- oder chemotechnischen Anlagen eingesetzt. Solche Schwenkantriebe zeichnen sich gattungsgemäß dadurch aus, dass sie lediglich Schwenkbewegungen – und keine Drehbewegungen – über einen bestimmten Schwenkwinkel hin- und hergehend auszuführen in der Lage sind. Die im Stand der Technik bekannten Schwenkantriebe haben ein Antriebsgehäuse, in dem eine nach außen gehende Schwenkwelle drehbar gelagert ist. Das Antriebsgehäuse erstreckt sich quer zur Wellenachse der Schwenkwelle und bildet in der Regel zwei koaxiale Zylinder aus, die an ihren freien Enden mit Zylinderdeckeln verschlossen sind. In den Zylindern sind Kolben verschieblich geführt, an deren gegenüberliegenden Innenseiten jeweils eine Zahnstange angebracht ist, die die Schwenkwelle beidseitig einfassen und dort mit einem auf der Schwenkwelle drehfest sitzenden Ritzel kämmen. Aufgrund dieser kinematischen Verbindung können sich die Kolben in den Zylindern nur gegenläufig bewegen. Deren Translationsbewegung wird in eine Drehbewegung der Schwenkwelle umgesetzt.
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Der Schwenkantrieb kann einfachwirkend oder doppeltwirkend ausgebildet sein. Im ersteren Fall begrenzen die Kolben entweder einen einzigen Druckraum mit ihren Innenseiten (Innendruckraum) oder jeweils einen Druckraum auf ihren Außenseiten (Außendruckräume). Der Innendruckraum bzw. die Außendruckräume sind über einen Zuführkanal bzw. Zuführkanäle mit einem von außen zugänglichen Druckmittelanschluss verbunden, über den sie mit einem Druckfluid aus einer Druckfluidquelle, in der Regel Druckluft, beaufschlagt werden können. Bei einem Innendruckraum werden die Kolben bei Druckbeaufschlagung nach außen verschoben und bei Außendruckräumen umgekehrt. Damit die Kolben nach einem so bewirkten Schwenkvorgang in ihre Ausgangsstellung wieder zurückgestellt werden, sind auf den den Druckräumen abgewandten Seiten der Kolben Rückstellelemente angeordnet, meist in Form von einfachen oder doppelten Schraubenfedern. Für die Rückstellung der Kolben und damit die Rückverschwenkung der Schwenkwelle wird der Druckraum ventilgesteuert belüftet. Beispiele für solche Schwenkantriebe sind der
DE 10 2004 056 515 B4 und
DE 10 2007 061 869 A1 zu entnehmen.
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Bei doppeltwirkenden Schwenkantrieben sind Druckräume auf beiden Seiten der Kolben vorhanden, wobei die Außendruckräume und der Innendruckraum gesonderte Druckfluidanschlüsse haben, die getrennt mit Druckfluid beaufschlagt werden können. Sollen die Kolben nach innen, d.h. in Richtung auf die Schwenkwelle bewegt werden, werden nur die Außendruckräume mit Druckfluid beaufschlagt. Umgekehrt geschieht dies nur mit dem Innendruckraum. Der jeweils nicht mit Druckluft beaufschlagte Druckraum wird ventilgesteuert belüftet. Beispiele für doppelt wirkende Schwenkantriebe lassen sich der
EP 1 416 165 B4 ,
DE 10 2007 012 238 A1 und
EP 2 325 500 A1 entnehmen.
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Das Öffnen und Schließen von mit solchen Schwenkantrieben versehenen Absperrorganen soll in der Regel relativ schnell ablaufen, um das Absperrorgan entsprechend zügig in eine Offen- oder in eine Schließstellung zu bringen. Dies führt jedoch dazu, dass die Strukturen von Schwenkantrieb und angeschlossenem Absperrorgan bei Erreichen der Endstellungen aufgrund der dann plötzlichen Verzögerung hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Um solche Beanspruchungen zu vermeiden, ist es bei Schwenkantrieben der vorbeschriebenen Art bekannt, eine Endlagendämpfung in Form eines fluidischen Stoßdämpfers vorzusehen (vgl.
EP 1 980 756 A2 ). Hierdurch soll eine Aufpralldämpfung im Endlagenbereich und damit eine Schonung der Struktur des Schwenkantriebs bewirkt werden.
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Die eigentlich gewünschte schnelle Verstellung des mit dem Schwenkantrieb betätigten Absperrorgan kann zudem dann von Nachteil sein, wenn in der Rohrleitung, in der das Absperrorgan installiert ist, inkompressible Medien, also Flüssigkeiten, transportiert werden. Ein zu schnelles Schließen des Absperrorgans führt dann zu hohen Druckstößen, die sich entgegen der vorherigen Fließrichtung nahezu ungedämpft ausbreiten und zu schweren Schäden an der Rohrleitung und den darin installierten Geräten führen können, meist dann auch verbunden mit dem Ausfließen der in dem Rohr befindlichen Flüssigkeit. Dies kann Umweltschäden nach sich ziehen.
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Bei dem bekannten Schwenkantrieb mit Endlagendämpfung ist von Nachteil, dass sie in dem Schwenkantrieb integriert ist. Hierdurch ist zwar der Raumbedarf gering, was jedoch in der Praxis selten relevant ist. Die Endlagendämpfung hat durch deren Integration eine Komplizierung des Schwenkantriebs zur Folge. Eine nachträgliche Umrüstung vorhandener Schwenkantriebe ist nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu finden, mit der sich an Schwenkantrieben eine Endlagendämpfung verwirklichen lässt und die einfach aufgebaut ist und sich auch nachträglich an schon vorhandene Schwenkantriebe problemlos anbauen lässt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Schwenkantrieb mit einer solchen Endlagendämpfung bereitzustellen.
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Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuereinrichtung gelöst, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:
- (1) die Steuereinrichtung hat einen Belüftungskanal, der mit dem zumindest einen Druckraum des Schwenkantriebs verbindbar ist;
- (2) der Belüftungskanal teilt sich in Belüftungsrichtung in einen ersten und einen zweiten Kanalabschnitt mit jeweils einem Belüftungsausgang oder einem gemeinsamen Belüftungsausgang auf;
- (3) der zweite Kanalabschnitt ist im Vergleich zu dem ersten Kanalabschnitt gedrosselt;
- (4) in dem ersten Kanalabschnitt ist ein Steuerventil mit einem Ventileingang und einem Ventilausgang sowie mit einem Ventilelement angeordnet, mittels dem der erste Kanalabschnitt geöffnet oder geschlossen werden kann;
- (5) das Ventilelement ist mit einer Steuerwelle verbunden, die mit der Schwenkwelle des Schwenkantriebs drehfest verbindbar ist;
- (6) durch Verschwenken der Steuerwelle in einer Schwenkrichtung ist das Ventilelement aus einer Offenstellung in eine Schließstellung und durch Verschwenken in Gegenrichtung aus einer Schließstellung in eine Offenstellung bringbar.
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Grundgedanke der Erfindung ist es, eine separate Steuereinrichtung für die Fluiddrucksteuerung von Schwenkantrieben vorzusehen, die sich auch nachträglich an vorhandene Schwenkantriebe anbauen lässt. Mit Hilfe dieser Steuereinrichtung soll die Belüftung des jeweiligen Druckraumes – dies können bei außenliegenden Druckräumen auch beide Außendruckräume sein – in der Weise gesteuert werden, dass die Belüftung in einem ersten Schwenkwinkelbereich (weitgehend) ungedrosselt und damit die Schwenkbewegung der Schwenkwelle zügig abläuft und dass die Schwenkbewegung der Schwenkwelle in einem daran anschließenden Schwenkwinkelbereich durch Drosselung der Belüftung abgebremst wird. Konkret geschieht dies erfindungsgemäß dadurch, dass die Belüftung in dem ersten Schwenkwinkelbereich (weitgehend) über den ersten, dann geöffneten Kanalabschnitt erfolgt und das Steuerventil in dem ersten Kanalabschnitt zu Beginn des zweiten Schwenkwinkelbereiches geschlossen wird, so dass die Belüftung nur noch über den zweiten Kanalabschnitt erfolgen kann und damit einer Drosselung unterworfen wird, der das Ausströmen des Fluids aus dem fraglichen Druckraum bremst. Dabei wird die Steuerung des Steuerventils aus der Offen- in die Schließstellung und umgekehrt durch Übertragung der Schwenkbewegung der Schwenkwelle des Schwenkantriebs auf die Steuerwelle des Steuerventils bewirkt.
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Bestimmungsgemäß wird die erfindungsgemäße Steuereinrichtung derart an dem Schwenkantrieb angebracht und die Schwenkwelle und die Steuerwelle derart miteinander gekoppelt, dass die Drosselung der Belüftung im Endlagenbereich des Schwenkantriebs erfolgt und somit eine Endlagendämpfung bewirkt wird. Durch entsprechende Formgebung des Ventilelementes des Steuerventils kann die Erstreckung des zweiten Schwenkwinkelbereichs an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden. Entsprechendes gilt für die Drosselung in diesem Schwenkwinkelbereich. Es versteht sich, dass diese Steuereinrichtung vorgesehen sein kann sowohl für die Belüftung eines zuvor mit Druckfluid beaufschlagten inneren Druckraumes als auch für die Belüftung von Außendruckräumen. Die Steuereinrichtung ist auch für doppelt wirkende Schwenkantriebe geeignet. Dies kann beispielsweise durch Installation eines zusätzlichen Wechselventils geschehen, das die Steuereinrichtung entweder mit dem Innendruckraum oder mit den beiden Außendruckräumen verbindet, wenn diese jeweils zu belüften sind.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung zeichnet sich durch ihre Eigenschaft, auch nachträglich an vorhandene Schwenkantriebe angebaut werden zu können, aus. Außerdem ist sie konstruktiv einfach herzustellen und dank reiner mechanischen Elemente für einen robusten Einsatz geeignet. In Folge dessen hat die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eine hohe Zuverlässigkeit und bedarf so gut wie keiner Wartung.
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In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Ventilelement des Steuerventils eine mit der Steuerwelle verbundene Steuerscheibe zugeordnet ist, deren durch die Steuerwelle bewirkte Bewegung eine Stellungsänderung des Ventilelementes zur Folge hat. Diese Steuerscheibe kann beispielsweise als Kurvenscheibe oder dergleichen ausgebildet sein.
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Alternativ dazu wird vorgeschlagen, dass das Ventilelement des Steuerventils als Ventilwalze ausgebildet ist, die drehbar in eine Ventilhülse sitzt und eine Steuerausnehmung aufweist, die derart geformt ist, dass in einem ersten Schwenkwinkelbereich eine Fluidverbindung zwischen Ventileingang und Ventilausgang besteht und die Fluidverbindung in einem zweiten, daran anschließenden Schwenkwinkelbereich unterbrochen ist. Die Ventilwalze kann direkt mit der Schwenkwelle des Schwenkantriebes verbunden werden, und durch die Formgebung der Steuerausnehmung lassen sich die Schwenkwinkelbereiche, in denen die Fluidverbindung zwischen Ventileingang und Ventilausgang entweder offen oder unterbrochen ist, in weiten Grenzen beliebig einstellten. Innerhalb der Ventilhülse kann die Ventilwalze exakt geführt werden. Vorzugsweise ist die Steuerausnehmung in den Mantel der Ventilwalze eingeformt.
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In besonderer Ausgestaltung sind Ventileingang und Ventilausgang in Richtung der Drehachse hintereinander angeordnet und befindet sich die Steuerausnehmung in der Ventilwalze auf Höhe von Ventileingang und Ventilausgang. Die Steuerausnehmung ist dann so geformt, dass sie die Verbindung von Ventileingang und Ventilausgang über einen ersten Schwenkwinkelbereich offen lässt und dann über einen zweiten Schwenkwinkelbereich sperrt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ventilhülse als separates Teil ausgebildet ist, das drehbar gelagert ist. Auf diese Weise lassen sich nachträglich die Positionen von Ventileingang und Ventilausgang in Bezug auf die Ventilwalze und deren Steuerausnehmung einstellen, mit der Folge, dass der zweite Kanalabschnitt des Belüftungskanals an einem gewünschten Schwenkwinkel geschlossen wird, um dort eine Endlagendämpfung beginnen zu lassen. Vorzugsweise sollte die Verstellbarkeit mittels einer von außen zugänglichen Verstelleinrichtung bewirkbar sein, so dass sie auch nachträglich, das heißt nach einer Montage der Steuereinrichtung am Schwenkantrieb, angepasst werden kann. Insbesondere sollte die Ventilhülse von dem Ventileingang und dem Ventilausgang radial durchsetzt sein, damit eine Winkelverstellung der Ventilhülse eine entsprechende Verlagerung von Ventileingang und -ausgang zur Folge hat.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in den äußeren Mantel der Ventilhülse zwei Ringnuten eingeformt sind, wobei von der einen Ringnut der Ventileingang ausgeht und wobei in die andere Ringnut der Ventilausgang mündet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Winkelverstellung der Ventilhülse, ohne dass hierdurch Ventileingang bzw. Ventilausgang von den jeweils nachfolgenden Kanalabschnitten gesperrt werden.
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Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass in dem zweiten Kanalabschnitt eine einstellbare Drossel angeordnet ist. Hierdurch lässt sich die Drosselung und damit die Dämpfung der Schwenkbewegung der Schwenkwelle des Schwenkantriebes entsprechend den jeweiligen Anforderungen einstellen, und zwar auch nach der Montage der Steuereinrichtung. Zweckmäßigerweise ist eine einstellbare Drossel in dem Belüftungskanal vor dessen Aufteilung in den ersten und den zweiten Kanalabschnitt vorgesehen.
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Die Erfindung sieht des Weiteren vor, dass die Steuereinrichtung einen mit einer Fluiddruckquelle verbindbaren Fluiddruckeingang aufweist, an den sich ein Fluiddruckkanal anschließt, der mit dem Druckraum des Schwenkantriebes verbindbar ist. Auf diese Weise kann auch die Druckbeaufschlagung des Innendruckraumes bzw. der Außendruckräume des Schwenkantriebes über die Steuereinrichtung geführt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Steuereinrichtung eine Ventilanordnung aufweist, an die der Belüftungskanal und der Fluiddruckkanal angeschlossen sind und die einen Ventileingang hat, der mit dem zumindest einen Druckraum des Schwenkantriebs verbindbar ist, wobei die Ventilanordnung derart ausgebildet ist, dass im Wechsel entweder der Fluiddruckkanal mit dem Ventileingang verbunden und der Belüftungskanal geschlossen wird oder der Fluiddruckkanal geschlossen und der Belüftungskanal mit dem Ventileingang verbunden wird. Im ersten Fall erfolgt die Druckbeaufschlagung des zumindest einen Druckraums in dem Schwenkantrieb über die Fluiddruckquelle, den Fluiddruckeingang, den Fluiddruckkanal und den Ventileingang, wobei der Belüftungskanal geschlossen ist. Im zweiten Fall wird der zumindest eine Druckraum von der Fluiddruckbeaufschlagung abgetrennt, und es erfolgt durch Öffnung des Belüftungskanals eine Belüftung des Druckraumes über den Ventileingang und den Belüftungskanal. Durch diese Ausbildung wird die Steuerung von Druckbeaufschlagung und Belüftung des zumindest einen Druckraums in die Steuereinrichtung verlagert, mit dem Vorteil, dass sich eine sehr kompakte Steuerung des Druckraumes bzw. der Druckräume des Schwenkantriebes in beiden Richtungen ergibt.
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Die Ventilanordnung kann beispielsweise als Schaltventil ausgebildet sein, das zwischen den beiden vorbeschriebenen Zuständen hin- und her wechselt. Dies kann durch äußere Beeinflussung geschehen. Vorzugsweise ist hierfür ein auf Druckdifferenz reagierendes Wechselventil vorgesehen.
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Eine solche Druckdifferenz kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass in dem Fluiddruckkanal oder vor dem Fluiddruckeingang ein von außen steuerbares Zugangsventil angeordnet wird, mittels dem die Verbindung zur Fluiddruckquelle herstellbar oder trennbar ist, insbesondere im letzteren Fall verbunden mit gleichzeitiger Belüftung des Fluiddruckkanals. Hierdurch entsteht an dem Wechselventil eine Druckdifferenz, und zwar im ersten Fall durch Druckbeaufschlagung vom Fluiddruckkanal her und damit Öffnen des Fluiddruckkanals in Richtung Ventileingang und Schließen des Belüftungskanals und im zweiten Fall durch Druckbeaufschlagung in umgekehrter Richtung, so dass der Fluiddruckkanal geschlossen und der Zugang zu dem Belüftungskanal geöffnet wird.
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Auf der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass in dem Fluiddruckkanal eine einstellbare Drossel vorgesehen ist. Auch dies dient der Einstellung der Steuereinrichtung.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Schwenkantrieb mit einer Schwenkwelle und zumindest einem mit Fluiddruck beaufschlagbaren Druckraum, wobei dieser Schwenkantrieb erfindungsgemäß mit zumindest einer vorbeschriebenen Steuereinrichtung versehen ist, wobei der Belüftungskanal mit dem zumindest einen Druckraum des Schwenkantriebes verbunden ist und wobei das Ventilelement des Steuerventils derart ausgebildet ist sowie Steuerwelle und Schwenkwelle in einer solchen Schwenkwinkelstellung gekoppelt sind, dass sich zu Beginn eines Belüftungsvorgangs das Ventilelement in Offenstellung befindet und vor Erreichen der darauf folgenden Endstellung der Schwenkwelle in eine Schließstellung übergeht. Auf diese Weise wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung eine Endlagendämpfung des Schwenkantriebes verwirklicht, wobei in besonderer Ausbildung die Winkelstellung, bei der das Steuerventil in die Schließstellung übergeht, einstellbar ist.
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Wie schon eingangs im Einzelnen dargestellt, kann der Schwenkantrieb so ausgebildet sein, dass er einen Antriebsgehäuse aufweist, in dem die Schwenkwelle gelagert ist und von dem zumindest ein Zylinder ausgeht, der an seinem freien Ende mit einem Zylinderdeckel verschlossen ist und in dem jeweils ein Kolben verschieblich geführt ist, welcher derart kinematisch mit der Schwenkwelle verbunden ist, dass eine translatorische Bewegung des Kolbens eine Schwenkbewegung der Schwenkwelle zur Folge hat. Dabei kann der Druckraum auf einer Seite des Kolbens vorgesehen sein, während auf der anderen Seite Rückstellelemente angeordnet sind. Statt dieser einfach wirkenden Ausführungsform kommt aber auch eine doppelt wirkende Ausführungsform in Frage, bei der auf beiden Seiten des Kolbens Druckräume vorgesehen sind.
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Vorzugsweise hat der Schwenkantrieb zwei gegenüberliegende Zylinder, die an ihren freien Enden jeweils mit einem Zylinderdeckel verschlossen sind und in denen jeweils ein Kolben verschieblich geführt ist, wobei die Kolben derart kinematisch mit der Schwenkwelle verbunden sind, dass eine gegenläufige Bewegung der Kolben eine Schwenkbewegung der Schwenkwelle zur Folge hat. Auch hier ist eine einfach wirkende Ausbildung möglich, bei der nur ein Innendruckraum vorgesehen ist, der von den gegenüberliegenden Innenseiten der Kolben begrenzt wird. Stattdessen kann auch vorgesehen sein, dass die Außenseiten der Kolben jeweils einen Außendruckraum begrenzen, also zwei Druckräume vorhanden sind, die jeweils gemeinsam mit Druck beaufschlagt werden. Auf den jeweils anderen Seiten der Kolben sind dann Rückstellelemente vorgesehen, die beispielsweise als Rückstellfedern ausgebildet sind. Selbstverständlich kann der Schwenkantrieb auch doppelt wirkend ausgebildet sein, so dass sowohl der Innendruckraum als auch beide Außendruckräume im Wechsel mit Fluiddruck beaufschlagt werden können, wobei der jeweils andere Druckraum bzw. die jeweils anderen Druckräume belüftet werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen Fluiddruckeingang und Ventilanordnung oder vor dem Fluiddruckeingang ein von außen steuerbares Zugangsventil angeordnet ist, mittels dem die Verbindung zur Druckluftquelle herstellbar oder trennbar ist, im letzteren Fall insbesondere verbunden mit gleichzeitiger Belüftung des Fluiddruckkanals. Mit Hilfe dieses Zugangsventils wird die Verbindung zur Druckluftquelle gesteuert, wobei im Falle des Einsatzes eines Wechselventils im Fluiddruckkanal mit Hilfe des Zugangsventils das Wechselventil gesteuert werden kann. Wird die Fluiddruckquelle von dem Fluiddruckkanal getrennt, und wird dann gleichzeitig der Fluiddruckkanal belüftet, entsteht an dem Wechselventil eine Druckdifferenz, die bewirkt, dass das Wechselventil den Fluiddruckkanal schließt und den Belüftungskanal öffnet, so dass der Druckraum des Schwenkantriebes in oben beschriebenen Sinn entlastet wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Dabei zeigen die 1 bis 9 die erfindungsgemäße Steuereinrichtung teilweise zusammen mit dem Schwenkantrieb bei Druckbeaufschlagung von dessen Innendruckraum und die 10 bis 18 bei dessen Belüftung. Im Einzelnen zeigen
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1 und 10 den Schwenkantrieb mit der Steuereinrichtung, diese in der sich aus 2 ergebenden vertikale Schnittebene B-B;
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2 und 11 die Steuereinrichtung in einer ersten Seitenansicht;
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3 und 12 die Steuereinrichtung in der sich aus 2 ergebenden horizontalen Schnittebene D-D;
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4 und 13 eine Draufsicht auf die Steuereinrichtung;
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5 und 14 den Schwenkantrieb mit der Steuereinrichtung, diese in der sich aus 4 ergebenden vertikalen Schnittebene A-A;
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6 und 15 die Steuereinrichtung in der sich aus 7 ergebenden horizontalen Schnittebene E-E;
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7 und 16 eine Frontansicht der Steuereinrichtung;
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8 und 17 die Steuereinrichtung in der sich aus 9 ergebenden horizontalen Schnittebene C-C zusammen mit dem Schwenkantrieb;
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9 und 18 die Steuereinrichtung in einer zweiten Seitenansicht.
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Die in allen Figuren dargestellte Steuereinrichtung
1 ist in den
1,
5,
8,
10,
14 und
17 zusammen mit einem schematisch im Horizontalschnitt von oben dargestellten Schwenkantrieb
2 gezeigt, wie er sich beispielsweise aus der
DE 10 2004 056 515 B4 und
DE 10 2007 061 869 A1 ergibt. Deren Inhalt wird zum Inhalt auch der vorliegenden Beschreibung gemacht.
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Der Schwenkantrieb 2 hat ein Zylindergehäuse 3, das endseitig durch Zylinderköpfe 4, 5 verschlossen ist. In dem Zylindergehäuse 3 sind zwei Kolben 6, 7 an den Innenwandungen des Zylindergehäuses 3 verschieblich und abdichtend geführt. Auf den einander abgewandten Seiten werden die Kolben 6, 7 jeweils von einem Federpaket 8, 9 mit mechanischen Druckkräften beaufschlagt. Die Federpakete 8, 9 stützen sich an den Innenseiten der Zylinderköpfe 4, 5 ab. Auf den einander zugewandten Seiten weisen die Kolben 6, 7 hier nur durch jeweils einen Strich symbolisierte Zahnstangen 10, 11 auf, die sich entgegengesetzt parallel zur Bewegungsachse der Kolben 6, 7 erstrecken und an den einander zugewandten Seiten jeweils eine Verzahnung aufweisen. In der Mitte zwischen den Kolben 6, 7 ist eine Schwenkwelle 12 drehbar in dem Zylindergehäuse 3 gelagert. Ihre Drehachse erstreckt sich jeweils senkrecht zur Zeichnungsebene. Die Zahnstangen 10, 11 fassen die Schwenkwelle 12 an gegenüberliegenden Seiten ein und kämmen dort mit einem Ritzel, das drehfest auf der Schwenkwelle 12 angeordnet ist.
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Die beiden Kolben 6, 7 schließen mit ihren einander zugewandten Seiten einen Innendruckraum 13 ein. Bei Druckbeaufschlagung des Innendruckraumes 13 mit Druckluft werden die Kolben 6, 7 in entgegen gesetzten Richtungen gegen die Wirkung der Federpakete 8, 9 auseinander bewegt. Durch das Kämmen der Verzahnungen an den Zahnstangen 10, 11 mit dem Ritzel auf der Schwenkwelle 12 wird dann diese entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Wird der Innendruckraum 13 belüftet, zwingen die Federpakete 8, 9 die Kolben 6, 7 wieder in eine Bewegung in Richtung auf die Schwenkwelle 12. Dies hat zur Folge, dass die Schwenkwelle 12 in entgegengesetzter Richtung, also im Uhrzeigersinn, verschwenkt wird.
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Die Schwenkwelle 12 ist dazu bestimmt, an ihrem unteren Ende mit einem Absperrorgan, beispielsweise einem Kugelventil, verbunden zu werden, das durch Verschwenkung einer zugehörigen Ventilwelle mit daran angeschlossenem Ventilelement mit Hilfe des Schwenkantriebes 2 in der vorbeschriebenen Weise aus einer Offenstellung in eine Schließstellung und umgekehrt gebracht werden kann.
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Die Steuereinrichtung 1 ist aus einem quaderförmigen Hauptblock 14 und einem an dessen ersten Seitenwand 14a angebrachten, ebenfalls quaderförmigen, jedoch kleineren Nebenblock 15 zusammengesetzt, wobei Hauptblock 14 und Nebenblock 15 aus Metall, beispielsweise Aluminium, bestehen und über Schrauben miteinander verbunden sind. Wie insbesondere aus den 5 und 14 zu ersehen ist, beinhaltet der Hauptblock 14 ein Steuerventil 16. Dies besteht im Wesentlichen aus einer Ventilhülse 17 mit kreisförmigem Querschnitt und einer darin drehbar geführten Ventilwalze 18 als Ventilelement. Die Ventilhülse 17 ist in einer gestuften Bohrung des Hauptblocks 14 verdrehbar eingesetzt. Die Ventilwalze 18 hat einen zylindrischen Mantel, in den eine in etwa halbkreisförmige Steuerausnehmung 19 (siehe insbesondere 14) eingeformt ist.
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Die Ventilhülse 17 weist im oberen Bereich an ihrer Außenseite eine sie umgebende ringförmige Schneckenverzahnung 20 auf, die mit einer dazu tangentialen Schneckenwelle 21 kämmt, die an der zweiten Seitenwand 22 des Hauptblocks 14 derart zugänglich ist, dass sie von außen durch Einstecken eines Schlüssels verdreht werden kann. Auf diese Weise kann die Ventilhülse 17 in ihrer Winkelstellung relativ zu dem Hauptblock 14 und auch zu der Ventilwalze 18 verstellt werden.
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Die Ventilwalze 18 ragt oben- und untenseitig aus dem Hauptblock 14 heraus. Ihr unteres Ende 23 ist als Steuerwelle dazu bestimmt und auch so ausgebildet, dass sie mit dem aus dem Schwenkantrieb 12 nach oben herausragenden Ende von dessen Schwenkwelle 12 in koaxialer Ausrichtung verbunden werden kann, so dass eine Schwenkbewegung der Schwenkwelle 12 eine entsprechende Schwenkbewegung der Ventilwalze 18 relativ zu der Ventilhülse 17 zur Folge hat.
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Der Innendruckraum 13 des Schwenkantriebes 2 ist über eine Fluidleitung 24 mit einem Kanalabschnitt 25 verbunden, der sich von der zweiten Seitenwand 22 aus quer und horizontal durch den Hauptblock 14 bis zu dem Nebenblock 15 erstreckt, wo der Kanalabschnitt 25 als Ventileingang in ein Wechselventil 26 mündet, das ein in dem Wechselventil 26 horizontal und frei bewegliches, hutförmiges und aus einem elastischen Material bestehendes Ventilelement 27 aufweist. Von der anderen Seite mündet in das Wechselventil 26 ein Fluiddruckkanal 28, dessen Verlauf sich insbesondere aus den 3 und 12 ersehen lässt. In ihn eingesetzt ist eine verstellbare Drossel 29, mit dem sich der Durchflussquerschnitt des Fluiddruckkanals 28 und damit dessen Drosselung einstellen lässt.
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Der Fluiddruckkanal 28 ist – wie sich insbesondere aus den 1 und 2 sowie 10 und 11 ersehen lässt – über einen Fluiddruckeingang 30 mit einer Fluiddruckleitung 31 verbunden, die bis zu einer Druckluftquelle 32 geht. In die Fluiddruckleitung 31 ist ein Magnetventil 33 eingesetzt, über das der Fluiddruckkanal 28 in der einen Stellung mit der Druckluftquelle 32 verbunden werden kann (siehe 1 und 2) oder in der anderen Stellung die Fluiddruckleitung 31 und damit auch der Fluiddruckkanal 28 belüftet werden können (siehe 10 und 11).
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Wie insbesondere aus den 1 und 3 sowie 10 und 12 zu ersehen ist, geht von dem Wechselventil 26 eine Belüftungskanal 34 aus. Er verläuft zunächst parallel zu und oberhalb von dem Kanalabschnitt 25 und biegt dann rechtwinkelig in der Mitte des Hauptblocks 14 in Richtung auf das Steuerventil 16 ab. An der Abbiegung ist eine weitere Drossel 35 eingesetzt, mit der sich wie bei der Drossel 29 der Durchflussquerschnitt des Belüftungskanals 34 von außen einstellen lässt. Der Belüftungskanal 34 mündet in einen ersten Ringnut 36, der in die Ventilhülse 17 eingeformt ist und sie vollständig umschließt (siehe insbesondere die 3 und 5 sowie 12 und 14).
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Hier teilt sich der Belüftungskanal 34 in zwei Kanalabschnitte 37, 38 auf. Der erste Kanalabschnitt 37 verläuft durch das Steuerventil 16, indem er einen sich radial durch die Ventilhülse 17 erstreckenden Ventileingang 39 durchläuft und – wenn der Ventileingang 39 frei ist – in die Steuerausnehmung 19 mündet (siehe 3). In Achsrichtung der Ventilwalze 18 bzw. der Ventilhülse 17 befindet sich unterhalb des Ventileingangs 39 ein die Ventilhülse 17 ebenfalls radial durchsetzender Ventilausgang 46 (siehe insbesondere die 8 und 17). Auch er gehört zu dem ersten Kanalabschnitt 37. Der Ventilausgang 40 mündet in eine zweite, in die Außenseite der Ventilhülse 17 eingeformte Ringnut 41, die gleichfalls noch zu dem ersten Kanalabschnitt 37 gehört (siehe Schnittebene C-C). Wie sich insbesondere aus den 5 und 14 ersehen lässt, setzt sich der erste Kanalabschnitt 37 in zu der zweiten Ringnut 41 radialer Richtung fort und mündet – wie die 8 und 17 zeigen – in einen Belüftungsquerkanal 42 mit jeweils einem Belüftungsausgang auf den beiden Seitenwänden 14a, 22. Die Figuren zeigen auch, dass eine der beiden Belüftungsausgänge 43 über Belüftungsleitungen 54, 55 mit den Außenräumen des Schwenkantriebes 2 verbunden ist, in denen die Federpakete 8, 9 angeordnet sind.
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Der zweite Kanalabschnitt 38 bleibt zunächst in der Schnittebene D-D (3 und 12). Er durchläuft die erste Ringnut 36 und geht von dieser – in axialer Ausrichtung zu dem Belüftungskanal 34 – in einen zu dem zweiten Kanalabschnitt 38 gehörenden Drosselabschnitt 45 über, in dem eine von außen einstellbare Drossel 46 eingesetzt ist. Mit dieser Drossel 46 kann der Durchflussquerschnitt des Drosselabschnittes 45 und damit der Drosselwiederstand in dem zweiten Kanalabschnitt 29 eingestellt werden. Hinter der Drossel 46 biegt der zweite Kanalabschnitt 38 nach unten ab und mündet dort zusammen mit dem ersten Kanalabschnitt 37 in den Belüftungsquerkanal 42, und zwar auf Höhe der zweiten Ringnut 41.
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Die Höhe der Steuerausnehmung 19 ist – wie insbesondere aus 14 zu ersehen ist – so bemessen, dass Ventileingang 39 und Ventilausgang 40 miteinander in Verbindung stehen, wenn sich die Steuerausnehmung 19 in einer Winkelstellung befindet, in der sie Ventileingang 39 und Ventilausgang 40 gegenübersteht und beide folglich freigibt.
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Die 1 bis 9 zeigen die Kombination aus Steuereinrichtung 1 und Schwenkantrieb 2 bei Druckbeaufschlagung des Innendruckraumes 13 des Schwenkantriebes 2. Das Magnetventil 33 ist aktiviert, so dass die Druckluftquelle 32 über die Fluiddruckleitung 31 und den Fluiddruckeingang 30 Verbindung zu dem Fluiddruckkanal 28 hat (siehe 1 und 2). Aufgrund des auf das Ventilelement 27 des Wechselventils 26 wirkenden Drucks wird das Ventilelement 27 – wie insbesondere aus den 1 und 3 zu ersehen ist, auf die Eingangsöffnung des Belüftungskanals 34 gepresst und verschließt diese Öffnung. Über den flexiblen Rand des Ventilelementes 27 kann die Druckluft in den Kanalabschnitt 25 und von dort über die Fluiddruckleitung 24 in den Innendruckraum 13 des Schwenkantriebes 2 einströmen. Dies hat zur Folge, dass die beiden Kolben 6, 7 gegen die Wirkung der Federpakete 8, 9 auseinander getrieben werden. Dadurch wird die Schwenkwelle 12 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Gewöhnlich ist dabei die Verbindung zwischen Schwenkantrieb 2 und Absperrorgan so, dass das Absperrorgan geöffnet wird. Aufgrund dessen kann eine Flüssigkeit die Rohrleitung, in der das Absperrorgan installiert ist, frei durchströmen.
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Soll das Absperrorgan geschlossen werden, wird das Magnetventil 33 deaktiviert, so dass es in die in den 10 und 11 dargestellte Stellung bewegt wird. Dadurch wird die Verbindung zur Druckluftquelle 32 unterbrochen, und es werden gleichzeitig die Fluiddruckleitung 31 und der Fluiddruckkanal 28 belüftet. Hierdurch wechselt das am Ventilelement 27 des Wechselventils 26 wirkende Druckfälle in der Weise, das jetzt ein hoher Druck über den Kanalabschnitt 25 auf das Ventilelement 27 wirkt, während es auf der anderen Seite druckentlastet ist. Dies führt dazu, dass das Ventilelement 27 aus der in den 1 und 3 dargestellten Stellung in die in den 10 und 12 gezeigte Stellung verschoben wird. In dieser Stellung schließt es die Verbindung zwischen Kanalabschnitt 25 und Fluiddruckkanal 28 und öffnet gleichzeitig die Verbindung zwischen dem Kanalabschnitt 25 und dem Belüftungskanal 34. Hierdurch kann Druckluft aus dem Innendruckraum 13 des Schwenkantriebes 2 in den Belüftungskanal 34 und von dort in die erste Ringnut 36 einströmen.
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Zu Beginn dieses Vorganges befindet sich die Steuerausnehmung 19 der Ventilwalze 18 noch in der sich aus den 3 und 8 ersichtlichen Stellung, in der der Ventileingang 39 und der Ventilausgang 40 von der Ventilwalze 18 nicht abgedeckt ist, so dass die Druckluft über den Ventileingang 39 in die Steuerausnehmung 19 einströmen kann und von dort über den Ventilausgang 40 in die zweite Ringnut 41 und dann in den Belüftungsquerkanal 42 weiter strömen kann. Diesen Weg nimmt die Druckluft in erster Linie, da die in dem Drosselabschnitt 45 des zweiten Kanalabschnittes 38 sitzende Drossel 46 derart eingestellt ist, dass die Drosselung und damit der Strömungswiderstand in diesem zweiten Kanalabschnitt 38 deutlich höher ist als in dem ersten Kanalabschnitt 37. Entsprechend schnell werden sich die Kolben 6, 7 des Schwenkantriebes 2 einander annähern und dabei das Ventilelement des angeschlossenen Absperrorgans in Richtung Schließstellung bewegen. Die Schwenkbewegung der Schwenkwelle 12 des Schwenkantriebes 2 im Uhrzeigersinn wird auf die Ventilwalze 18 übertragen, so dass auch sie sich aus der in den 3 und 8 gezeigten Stellung im Uhrzeigersinn verdreht. Dies hat zur Folge, dass die in Schwenkrichtung vorne liegende Kante der Steuerausnehmung 19 sich immer mehr dem Ventileingang 39 und dem Ventilausgang 40 annähert. Bei einem bestimmten Schwenkwinkel streicht diese Kante an Ventileingang 39 und Ventilausgang 40 vorbei, und der Vollkörper der Ventilwalze 18 verschließt beide. Diese Situation ist in den 12 und 17 ersichtlich.
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Bestimmungsgemäß geschieht das Schließen von Ventileingang 39 und Ventilausgang 40 in einer Winkelstellung der Ventilwalze 18 und damit auch der Schwenkwelle 12 mit einem vorgegebenen Winkelabstand zur Schließstellung des angeschlossenen Absperrorgangs. Diese Winkelstellung lässt sich mit Hilfe der Schneckenwelle 21 einstellen. Hierdurch kann die Winkelstellung von Ventileingang 39 und Ventilausgang 40 in beiden Schwenkrichtungen verstellt werden. Auf diese Weise lässt sich der Endlagenbereich des Absperrorgans, bei dem die Schließgeschwindigkeit reduziert ist, verlängern oder verkürzen.
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Sind Ventileingang 39 und Ventilausgang 40 verschlossen, wie in den 12 und 17 zu sehen ist, kann die Druckluft nur noch über den zweiten Kanalabschnitt 38 und damit über dessen Drosselabschnitt 45 ausströmen. Die Drossel 46 erzeugt einen im Vergleich zu dem Strömungswiderstand in dem ersten Kanalabschnitt 37 deutlich höheren Strömungswiderstand. Dies führt zu einem entsprechend langsameren Ausströmen der Druckluft aus dem Innendruckraum 13. Hierdurch verzögert sich die Bewegung der Kolben 6, 7 und damit die Schwenkbewegung der Schwenkwelle 12 des Schwenkantriebes 2, so dass das angeschossene Absperrorgan über einen Endlagenbereich entsprechend langsam geschlossen wird. Folglich werden mechanische Stöße am Ende des Schwenkvorganges deutlich reduziert. Außerdem wird die Gefahr, dass es in der durch die Rohrleitung fließenden Flüssigkeit zu gefährlichen Druckstößen kommt, vermieden.
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Soll das Absperrorgan wieder geöffnet werden, wird das Magnetventil 33 erneut in die aus den 1 und 2 sich ergebenden Stellung gebracht. Der von der Druckluftquelle 32 kommende Druck bewegt das Ventilelement 27 des Wechselventils 26 wieder zurück in die Stellung, die in den 1 und 3 gezeigt ist. Die Druckluft kann dann an dem Ventilelement 27 vorbei in den Kanalabschnitt 25 und von dort in den Innendruckraum 13 des Schwenkantriebes 2 gelangen. Gleichzeitig wird der Belüftungskanal 34 wieder verschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004056515 B4 [0003, 0037]
- DE 102007061869 A1 [0003, 0037]
- EP 1416165 B4 [0004]
- DE 102007012238 A1 [0004]
- EP 2325500 A1 [0004]
- EP 1980756 A2 [0005]
