DE2255308C3 - Vorrichtung zur Wegesteuerung des Druckmittels zu und von einem doppeltwirkenden pneumatischen Servomotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wegesteuerung des Druckmittels zu und von einem doppeltwirkenden pneumatischen Servomotor mit einem Drei/Zwei-Wege-Ventil und einem Steuerelement

Eine solche Vorrichtung ist bereits vorgeschlagen worden, bei der das Steuerelement einen in einer dreistufigen Bohrung verschiebbaren Differentialkolben und einen zwischen dessen Enden ungleichen Querschnittes befindlichen dünneren Verbindungsteil besitzt, wobei einerseits jedes Bohrungsende mit einer Endanschlußöffnung versehen ist, und zwar das engere Ende mit einer Endanschlußöffnung zum direkten Anschluß einer Druckluftquelle und das andere Ende mit einer Endanschlußöffnung, an die das an die Druckluftquelle anzuschließende Drei/Zwei-Wege-Ventil über eine Steuerleitung derart angeschlossen ist, daß dieses andere Bohrungsende je nach der Stellung des Drei/Zwei-Wege-Ventils mit der Druckluftquelle oder einer Entlüftungsöffnung verbunden ist, und wobei andererseits im Bereich des großen Bohrungsi'urchmessers ein Bypass vorhanden ist und in den Bereich des mittleren Bohrungsdurchmessers eine Luftaustrittsöffnung mündet und ferner zwei zum Anschluß je einer zum umschaltenden Servomotor führenden Verbindungsleitung dienende Anschlußöffnungen derart angeordnet sind, daß bei jeder Endstellung des Differentialkolbens eine der beiden Anschlußöffnungen mit der ihr benachbarten Endanschlußöffnung, die andere aber mit der Luftaustrittsöffnung verbunden ist Bei dieser Anordnung ist das Steuerelement möglichst unmittelbar neben dem Servomotor anzuordnen, hingegen kann das mit ihm durch nur eine einzige Leitung verbundene Drei/Zwei-Wege-Ventil verhältnismäßig weit weg angeordnet sein, ohne daß Verzögerungen auftreten, die durch das Ausströmen der Luft ins Freie bedingt sind, da die Luft bereits aus dem Steuerelement direkt ins Freie austritt

Bei dieser Vorrichtung wird es als nachteilig angesehen, daß sie in ihren Anwendungsmöglichkeiten beschränkt ist Der Differentialkolben nämlich ist durch eine Vielzahl von O-Ringen gegen seine Führungen abgedichtet, was naturgemäß große Reibungswider stände bedingt So muß also für die sichere Funktion eine Mindestdruckdifferenz zwischen Arbeitsdruck und Außenluftdruck überschritten werden, um den Differentialkolben jederzeit anstandslos in seine Endlagen verschieben zu können. Außerdem sind für dieses Gerät noch zwei Druckleitungen vom Drei/Zwei-Wege-Ventil zum Steuerelement notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Steuerelement derart zu verbessern, daß diese Reibungswiderstände vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Steuerelement mit einem Hilfsspeicher für Druckluft über eine Druckleitung verbunden ist und in seinem Inneren zwei ortsfeste konische Flächenpaare, bestehend jeweils aus einer Innenkonusfläche und einer Außenkonusfläche, aufweist wobei ins Zentrum jeder Fläche eine Bohrung mündet und zwischen den Flächen jedes Paares eine kappenförmige Dichtung frei verschiebbar derart angeordnet ist, daß jede Dichtung sowohl in der einen als auch in der anderen Endstellung eine der Bohrungen dicht abschließt und wobei die Bohrung der ersten Innenkonusfläche durch eine Leitung mit der Ein·/Ausgangs-Öffnung des Drei/Zwei-Wege-Ventils verbunden ist und die Bohrung der anschließenden ersten Außenkonusfläche durch eine Verbindungsbohrung mit einer ins Freie führenden Auslaßöffnung und der Raum zwischen diesen beiden ersten Konusflächen sowohl mit einer zu einer Arbeitskammer des pneumatischen Servomotors führenden Anschlußöffnung als auch mit der Bohrung der zweiten Innenkonusfläche verbindbar sind und wobei ferner der zwischen der zweiten Innenkonusfläche und der zweiten Außenkonusfläche liegende Raum mit einer zum Hilfsspeicher führenden Anschlußöffnung und die Bohrung dieser zweiten Außenkonusfläche mit einer zur anderen Arbeitskammer des pneumatischen Servomotors führenden Anschlußöffnung verbindbar sind und

die zwischen diesen zweiten Konusflächen liegende Dichtung derart mit einer Stange verbunden ist, daß je nach der Endstellung dieser Dichtung ein von der Stange betätigtes Ventil die Bohrung der zweiten AuBenkonusfläche von einer weiteren ins Freie führenden Auslaßöffnung trennt oder mit dieser verbindet

In Ausgestaltung der Erfindung sind die die Konusflächen tragenden ortsfesten Teile des Steuerelementes, die Hohlkörper darstellen, innerhalb des Mantels des Steuerelementes dicht in dieses eingesetzt, bzw. mindestens einer dieser Hohlkörper besteht aus einem Stück mit dem Steuerelement

Aus der DE-AS 12 38 335 ist eine Vorrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Arbeitskolbens '5 in einem pneumatischen Antriebsaggregat bekannt geworden. Die Bewegung des Kolbens erfolgt bei der bekannten Vorrichtung in einer Richtung durch eine Feder und in der anderen Richtung durch Druckluft Eine solche Feder wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht verwendet

In der DE-PS 6 44 545 wird ein Verrieplungs^chloß für die Steuerung eines hydraulisch betätigten Kolbens erläutert Die Betätigung des Kolbens erfoigt in beiden Hubrichtungen durch Druckflüssigkeit Zwischen dem Verriegelungsschloß und der Druckquelle sind zwei Leitungen erforderlich. Bei langen Leitungen treten hier hohe Reibungswiderstände auf. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist nur eine Leitung erforderlich. Hierdurch wird eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit erreicht da das aus dem Arbeitszylinder ausströmende Druckmedium nicht mehr zum Steuerventil zurückgeführt werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie schematisch einen Servomotor, einen Hilfsspeicher für Druckluft und ein Drei/Zwei-Wege-Ventil in einer ersten Arbeitsstellung, in

F i g. 2 einen Längsschnitt durch dieselbe Vorrichtung in einer zweiten Arbeitsstellung und in

F i g. 3 einen Schnitt nach der in F i g. 1 gezeichneten Linie IH-III.

Das in F i g. 1 dargestellte Steuerelement hat eine im wesentlichen zylindrische Form. Es weist als äußeres Gerüst einen hohlzylindrischen Mantel 1 auf, der an seinem Umfang vier öffnungen besitzt An seinem einen Ende ist in ihn ein zylindrischer Hohlkörper 2 fest eingepaßt, dessen äußerer Durchmesser genau dem Innendurchmesser des Mantels 1 entspricht, der an seinem lußeren Umfang einen O-Ring 2a zu seinem Abdichten gegen die Mantelinnenfläche trägt und der durch einen Sicherungsring 2b im Mantel festgehalten ist Gegen den Außenraum des Mantels verjüngt sich der Hohlkörper 2 zu einem mit einem Innengewinde versehenen Druckleitungsanschlußnippel 2c Seine Innenfläche erweitert sich nach dem AnschluBnippel hin zu einet Innenkonusfläche 2d, um dann wieder in ihrem letzten Abschnitt in eine Zylinderflache 2e aberzugehen. Der ganze Höhlkörper 2 nimmt etwa ein Viertel der Länge des ganzen Mantels 1 ein.

Anschließend an den Hohlkörper 2 ist in den Mantel 1 ein im wesentlichen aus zwei nur teilweise einseitig offenen, mit einer Trennwand versehenen Hohlzylindem verschiedener Durchmesser bestehender Hohlkörper 4 eingesetzt Ein Hohlzylinder Aa mit dem größeren Durchmesser ist in den Mantel eingepaßt und trägt an seinem äußeren Umfang drei Dichtungsringe 4c An dem dem Hohlkörper 2 abgewandten Ende befindet sich eine Nut Ad, welche mit der Innenwand des Mantels 1 einen ringförmigen Kanal bildet In die Nut Ad münden auf ihren Umfang verteilt Bohrungen Ae der Wand des Hohlzylinders Aa und die Bohrung einer auf dieser Höhe in der Wand des Mantels 1 angebrachten, mit einem Innengewinde versehenen Anschlußöffnung 16 für eine Druckleitung.

Die an seinem freien Ende zylindrische Innenwand des Hohlzylinders Aa verengt sich nach innen zu einer Innenkonusfläche Af, um schließlich wieder zylindrisch mit kleinerem Durchmesser zu werden. Mit dem Hohlzylinder Aa ist ein gegen diesen abgeschlossener Hohlzylinder Ab mit kleinerem Außendurchmesser koaxial verbunden. Er ragt bis in den Innenraum des Hohlkörpers 2 hinein. Seine freie Stirnseite ist parallel zu der Innenkonusfläche 2d konisch abgeschrägt und ebenfalls als Außenkonusfläche Ag ausgebildet Seine zentrale Bohrung reicht nur bis etwa auf die Höhe eines mittleren O-Rings 4c Auf diese Weise ist diese vom Innenraum des Hohlzylinders Aa, weicher bis etwa zur Mitte des Hohlkörpers 4 reicht, getrennt

Am äußeren Umfang des Hohlzylinders 4s ist eine Nut angebracht die mit der Innenwand des Mantels 1 eine.i ringförmigen Kanal 5b bildet, in welchen Bohrungen Ah durch die Wand des Hohlzylinders Aa zur Verbindung mit dessen Innenraum münden. Weiter mündet in den Kanal Ab eine in der Wand des Mantels 1 angebrachte Anschlußöffnung lc welche zum Anschließen der einen Leitung zu einem Servomotor 12 des pneumatischen Aggregates dient Der kleinere Hohlzylinder Ab besitzt noch zwei gegenüberliegende Verbindungsbohrungen Ai, die so angebracht sind, daß sie über eine Nut Ak und eine mit einem schalldämpfenden Filtereinsatz Ie versehene Auslaßöffnung la den Innenraum des Hohlzylinders 4t» direkt mit dem Außenraum des Mantels 1 verbinden.

Der von der Innenfläche 2e umschlossene zylindrische Raum ist mit dem Kanal 5b durch sechs achsparallel verlaufende Verbindungsbohrungen 5a verbunden.

An den freien Rand des Hohlzylinders Aa ist ein Hohlkörper 6 angeschlossen und mit der zylindrischen Außenwand seines unteren Teils 6a mittels eines O-Ringes 66 gegen die Innenwand des Mantels 1 abgedichtet Die Außenwand des unteren Teils 6a besitzt an ihrem untersten Ende eine mit der Innenwand des Mantels 1 einen ringförmig verlaufenden Kanal bildende Nut 6c In sie münden auf den Umfang verteilte Durchbohrungen 6d der Wand des unteren Teils 6a und eine in der Wand des Mantels 1 angebrachte, zum Anschließen an die andere Leitung zum Servomotor 12 dienende Anschlußöffnung ld Der in den Innernaum des größeren Hohlzylinders Aa ragende Teil 6e des Hohlkörpers 6 verjüngt sich konisch und endet in einem zylindrischen Rohr, dessen Stirnseite parallel zu der Sitzfläche Af konisch abgeschrägt und ebenfalls als AußenkonusfiS"he 6/ ausgebildet ist Die Außenwand des Teiles 6ehat einen solchen Durchmesser, daß sie mit der Innenwand des Hohlzylinders 4ä einen Kanal 5c bildet, der durch die Bohrungen Ae in ύνι Nut Ad mündet

Direkt anschließend an den Hohlkörper 6 sitzt mit seinem Wulst Ta in die Innenwand des Mantels 1 eingepaßt und m';»els eines O-Ringes Tb abgedichtet ein im wesentlichen hohlzylindrischer Ventilträger 7. Das freie Ende seines Wulstes Ta ist durch einen Segerring 7c im Mantel 1 fixiert Der VentiltrSger 7 ragt an seinem

freien Ende etwas über die Stirnseite des Mantels i hinaus und besitzt eine durch einen weiteren Sicherungsring Td einerseits und eine Stufe Te in der Bohrungen andererseits !befestigten, seinen Innenraum nach außen abschließenden, in eine Auslaßöffnung 8a eingebauten, schalldämpfenden Filter 8.

Der Ventilträger 7 hat solche äußere Abmessungen, daß der Teil seiner äußeren Wand, welcher auf der in den Inneraum des Hohlkörpers 6 zeigenden Seite des Wulstes 7a liegt, und seine parallel zu der inneren Verjüngung des Hohlkörpers abgeschrägte Stirnseite mit der Innewand des letzteren einen in die Bohrung %d mündenden Ringkanal bilden. Seine zylindrische Bohrung ist als zylindrischer Ventilsitz Tf ausgebildet. Ein dazu passendes Ventil besteht aus einer zylindrischen Stange 9, welche axial durch den Ventilsitz Tf in den Innenraum des Ventilträjfers einerseits und durch den Hohlkörper 6 in den konischen Innenraum des größeren ι iCiM^yiinucrS 4ä äuuCrCrSCiiS TCiCiIt und iVCiChc 5Γΐ beiden Enden mit Gewinden versehen ist und einen Dichtungsring 9a hat, der auf einem auf die Stange 9 geschraubten und mit einer Mutter 9c festgezogenen Trägerring 9baufgeklebt ist.

In dem zwischen den beiden Konusflächen 4fund 6f gebildeten Raum befindet sich eine aus Gummi oder Kunststoff bestehende ka.ppenförmige Dichtung 10 mit lippenförmigem Rand 10« und eine auf dieser angebrachte metallische Kappe 10i>, durch deren gemeinsame zentrale Bohrung die Stange 9 ragt, welche an dieser mittels zweier Gegenmuttern 9d und 9e befestigt sind. Desgleichen befindet sich zwischen den beiden Konusflächen 2a' und 4g eine kappenförmige Dichtung 11 mit ebenfalls lippenförmigem Rand 11a.

Für den Zusammenbau des Steuerelementes ist es zweckmäßig, die verschiedenen Hohlkörper einzeln anzufertigen und dann in den Mantel einzusetzen, jedoch ist es auch möglich, eines oder mehrere der Innenteile mit dem Mantel aus einem Stück zu formen.

In den F i g. 1 und 2 sind schematisch der Servomotor 12 mit seinem Arbeitskolben 12a, ein Betätigungs-Drei/ Zwei-Wege-Ventil 13 und ein Hilfsspeicher 14 für Druckluft dargestellt. Das Drei/Zwei-Wege-Ventil weist drei Anschlußöffnungen auf, von denen zwei, nämlich eine Druckluftzufuhröffnung 13c/ und eine Druckluftablaßöffnung 13c abwechselnd mit der dritten, nämlich der Ein-/Ausgangs-Öffnung verbunden werden können, welch letztere über eine Leitung 13a an das Steuerelement angeschlossen ist

Für die Einleitung des Arbeitshubs des Arbeitskolbens 12a ist das Drei/Zwei-Wege-Ventil 13 so gestellt, daß es den Druckjnschlußnippel 2c über die Leitung 13a, welche relativ lang sein kann und keinen besonders großen Querschnitt haben muß, mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten primären Druckluftquelle, z. B. einem Druckluftreservoir, verbindet

Die Druckluft tritt nun über den Anschlußnippel 2c in das Steuerelement eia Sie trifft dort auf die kappenförmige Dichtung 11 und drückt diese gegen ihre Außenkonusfläche 4g, so daß ein Zwischenraum zwischen der Dichtung 11 und der Innenkonusfläche 2c/ entsteht, durch welchen die Preßluft weiter in die Verbindungsbohrung 5a und Kanäle 5b, um von dort über die Anschlußöffnung lein die eine Arbeitskammer 126 des Servomotors 12 strömt und den Kolben 12a in die in F i g. 1 dargestellte Lage schiebt.

Ein Teil der zuströmenden Preßluft gelangt nicht in

ίο den Servomotor 12, sondern vom Kanal 5b über die Bohrung 4A in den oberen Innenraum des größeren Hohlzylinders 4a. Dort trifft sie auf die Dichtung 10 und drückt diese gegen ihre Außenkonusfläche 6f. Dadurch wird die mit ihr verbundene Stange 9 nach unten verschoben und der Dichtungsring 9a von seinem Ventilsitz Tf abgehoben. Auf diese Weise kann die aus der Arbeitskammer 12c des Servomotors 12 ausströmende Luft schnellstens über die Anschlußöffnung id.

der! Bohnin^een

den Ksns! 5dl den Ventilsitz Tf und den Innenraum des Ventilträgers 7 durch den schalldämpfenden Filter 8 ins Freie entweichen. Die Druckluft strömt durch den zwischen der Dichtung 10 und der Innenkonusfläche 4/'gebildeten Hohlraum in den Kanal 5c und von dort über die Bohrung 4e, die Anschlußöffnung \b und die Druckleitung 14a in den Hilfsspeicher 14, bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat.

Zur Einleitung des Leerhubs des Arbeitskolbens 12a wird das Ventil 13 so gestellt, daß es die Leitung 13a direkt mit der Außenluft verbindet (Fig. 2). Durch den nun im Steuerelement herrschende" Überdruck wird die Dichtung 11 gegen ihre obere !nnenkonusfläche 2d gepreßt, so daß sich zwischen ihr und ihrer unteren Außenkonusfläche 4g ein Hohlraum befindet. Die aus der Arbeitskammer 12fcdes Servomotors 12 strömende Luft kann daher über die Anschlußöffnung Ic die Kanäle 5b und 5a und den Hohlraum zwischen der Dichtung 11 und deren Außenkonusfläche 4g in den Innenraum des kleineren Hohlzylinders 4b und von dort durch die Verbindungsbohrung 4/ und den in der Auslaßöffnung la befestigten Filter Ie ins Freie gelangen.

Gleichzeitig entweicht die im Innencaum des Hohlzylinders 4a befindliche Druckluft durch die Bohrungen 4h, so daß durch die Druckwirkung der im Hilfsspeicher 14 befindlichen Luft die Dichtung 10 gegen ihre Innenkonusfläche 4f gepreßt wird und die mit ihr verbundene Stange 9 das Ventil Tf,9a verschließt. Die im Hilfsspeicher 14 befindliche Druckluft strömt nun über die Anschlußöffnung Xb und den Kanal 5c durch den jetzt zwischen der Dichtung 10 und .hrer unteren Außenkonusfläche 6f liegenden Hohlraum in den Kanal 5b und von da durch die Bohrung 6c/ und die Anschlußöffnung Ic/ in die Arbeitskammer 12c des Servomotors 12, wodurch sie den Arbeitskolben in seine in F i g. 2 gezeigte Ausgangslage zurückschiebt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Wegesteuerung des Druckmittels zu und von einem doppeltwirkenden pneumatischen Servomotor, mit einem Drei/Zwei-Wege-Ventil und einem Steuerelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement mit einem Hilfsspeicher (14) für Druckluft über eine Druckleitung (t4a) verbunden ist und in seinem Inneren zwei ortsfeste konische Flächenpaare, «° bestehend jeweils aus einer Innenkonusfläche (2d, 4Q und einer Außenkonusfläche (4g, 6/Jt aufweist, wobei ins Zentrum jeder Fläche eine Bohrung mündet und zwischen den Flächen jedes Paares eine kappenförmige Dichtung (10, 11) frei verschiebbar derart <5 angeordnet ist, daß jede Dichtung sowohl in der einen als auch in der anderen Endstellung eine der Bohrungen dicht abschließt, und wobei die Bohrung der ersten Innenkonusfläche (2d)durch eine Leitung (13a; mit der Ein-/Ausgangs-Öffnung (i3b) des *> Drei/Zwei Wege-Ventils (13) verbunden ist und die Bohrung der anschließenden ersten Außenkonusfläche (4g) durch eine Verbindungsbohrung (4i) mit einer ins Freie führenden Auslaßöffnung (IaJ und der Raum zwischen diesen beiden ersten Konusflächen (2d, 4g) sowohl mit einer zu einer Arbeitskammer (\2b) des pneumatischen Servomotors (12) führenden Anschlußöffnung (IcJaIs auch mit der Bohrung der zweiten Innenkonusfläche (4f) verbindbar sind und wobei ferner der zwischen der zweiten Innenkonusfläche (4f) und der zweiten Außenkonusfläche (6f) hegende Raum mit einer zum Hilfsspeicher (14) führenden AnschluJöffnung (\b) und die Bohrung dieser zweite.1 Außenkonusfläche (6f) mit einer zur anderen Arbeitskamr er (12cjdes pneumatischen Servomotors (12) führenden Anschlußöffnung (Xd) verbindbar sind und die zwischen diesen zweiten Konusflächen (4F, 6f) liegenden Dichtung (10) derart mit einer Stange (9) verbunden ist, daß je nach der Endstellung dieser Dichtung (10) ein von der Stange (9) betätigtes Ventil (7f, 9a) die Bohrung der zweiten Außenkonusfläche (%f) von einer weiteren ins Freie führenden Auslaßöffnung (6a) trennt oder mit dieser verbindet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Konusflächen (24 4g, 4F, 6f) tragenden ortsfesten Teile des Steuerelementes, die Hohlkörper (2, 4, 6) darstellen, innerhalb des Mantels (1) des Steuerelementes dicht in dieses eingesetzt sind bzw. daß mindestens einer dieser Hohlkörper (2, 4, 6) aus einem Stück mit dem Steuerelement besteht