DE2410183A1 - Vorrichtung zum umschalten eines hinund hergehenden antriebskolbens in einem pneumatischen antriebsaggregat - Google Patents

Description

Adeola AG, 6300 Zug (Schweiz)

Vorrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Antriebskolbens in einem pneumatischen Antriebsaggregat

Zum Umschalten eines hin- und hergehenden Kolbens in einem pneumatischen Antriebsaggregat wird üblicherweise ein mechanisch betätigtes 5-2-Wege-Ventil verwendet, mittels welchem xtfahlweise eine der beiden Kolbenflächen mit Druckluft beaufschlagt und gleichzeitig der Raum über der andern Kolbenfläche zum Ausströmenlassen der dort vorhandenen Druckluft mit der freien Atmosphäre verbunden wird. Solche Anordnungen eignen sich immer dann, wenn der Weg vom 5-2-Wege-ventil zum Antriebsaggregat kurz ist. Ist er aber lang, so behindert das durch die Leitungslänge bedingte langsame Entweichen der Luft ins Freie das rasche Verschieben des vom Luftdruck beaufschlagten Antriebskolbens im Arbeitsaggregat, weil dann

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die Druckdifferenz zwischen den beiden Kolbenflächen zu gering ist. Zur Behebung dieses Nachteils werden in 8.11 den Fällen, bei denen zwischen den Betätigungs- oder Bedienungsorgan und dem pneumatischen Antriebsaggregat eine stprend grosse Distanz besteht, die 5-2-Wege-Ventile als Solenoid-Ventile ausgebildet und direkt neben dem Antriebsaggregat angeordnet, während die Wahl des Ortes -für die Anbringung des Betätigungsorgans sozusagen vollständig frei ist. Es hat -dies allerdings den nicht zu unterschätzenden Nachteil, dass zusätzlich zu den pneumatischen Leitungen noch elektrische Leitungen nötig sind, wodurch bei Installations-, Revisionsund Reparaturarbeiten die Mithilfe eines Elektrikers nötig wird und in vielen Anwendungsfällen zusätzliche Schwierigkeiten wegen der beispielsweise in feuchten oder explosionsgefährdeten Räumen vorgeschriebenen Sicherheitsmassnahmen auftreten. Daher wird oft unter Verzicht auf elektrifizierte Ausführungen ein verhältnismässig langsames Arbeiten des pneumatischen Antriebsaggregates in Kauf genommen.

Nach einem unveröffentlichten Vorschlag dient der Behebung all dieser Nachteile eine Einrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Antriebskolbens, welcher aus einem 3-2-Wege-Ventil und einem Steuerelement gebildet wird, welch letzteres einen in einer dreistufigen Bohrung verschiebbaren Differentialkolben mit Enden ungleichen Querschnittes"und einem dazwischen befindlichen dünnem Verbindungsteil aufweist, wobei einerseits jedes Bohrungsende mit einer Endanschlussöffnung versehen ist, und zwar das engere Ende mit einer Endanschlussöffnung zum direkten Anschluss einer Druckluftquelle und das weitere Ende mit einer Endanschlussoffnung, an die das an eine Druckluftquelle anzuschli^ssende 3-2-Wege-Ventil über eine Steuerleitung derart angeschlossen ist, dass dieses weitere Bohrungsende je nach der Stellung des 3-2-Wege-Ventils mit der Druckluftquelle oder einer Entlüftungsöffnung verbunden ist, und wobei andererseits im Be-

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reich des grossen Bohrungsdurchmessars ein By-Pass vorhanden ist und in den Bereich des mittleren Bohrungsdurchmessers eine Luftaustrittsoffnung mündet und zwei zum Anschluss je einer zum umschaltenden Antriebsaggregat führenden Verbindungsleitung dienende Anschlussöffnungen derart angeordnet sind, dass bei jeder Endstellung des Differentialkolbens eine der beiden Anschlussöffnungen mit der ihr benachbarten Endanschlussoffnung, die andere aber mit der Luftaustrittsöffnung verbunden ist.

Bai dieser Anordnung ist zxvar das Steuerelement möglichst unmittelbar neben dem umzusteuernden Antriebsaggregat anzuordnen, das mit ihm durch nur eine einzige Leitung verbundene 3-2-Wege-Ventil kann jedoch verhältnismässig weit weg angeordnet sein, ohne dass Verzögerungen auftreten, die durch das Ausströmen der Luft ins Freie bedingt sind, da ja die Luft bereits aus dem Steuerelement'direkt ins Freie austritt.

Diese vorgenannte Einrichtung hat jedoch einen nicht zu vernachlässigenden Nachteil, nämlich den der Beschränktheit ihrer Anviendungsmöglichkeiten. Der Differentialkolben ist durch eine Vielzahl von O-Ringen gegen seine Führungen abgedichtet, was naturgemäss grosse Reibungswiderstände 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 dieses¹ Gerät noch 2 Druckleitungen vom Betätigungsventil zum Steuerelement notwendig.

Um auch diese letzten Mangel auszuschalten, hat man auch schon eine Vorrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Antriebskolbens in einem pneumatischen Antriebsaggregat vorgeschlagen, die sich dadurch von den bekannten Vorrichtungen unterscheidet, dass sie aus einem 3-2-Were-Vantil, einem Druckluftbahälter

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und einem mit diesen durch Druckleitungen verbundenen Steuerelement gebildet wird, welch letzteres in seinem Inneren zwei konische Flächenpaare, bestehend aus einer Innenkonusfläche und einer Aussenkonusflache, aufweist, wobei ins Zentrum jeder Fläche. eine Bohrung mündet und zwischen den Flächen jedes Paares eine kappenförmige Dichtung derart frei verschiebbar angeordnet ist, dass jede Dichtung sowohl in der einen als auch in dar anderen Endstellung eine der Bohrungen dicht abschliesst, und wobei die Bohrung der ersten Innenkonusfläche durch eine Leitung mit der Ein-Ausgangsöffnung des 3-2-Wege-Ventils verbunden, die Bohrung der anschliessenden ersten Aussenkonusfläche durch eine Verbindungsbohrung mit einer Auslassöffnung, der Raum zwischen diesen beiden ersten Konusflächen sowohl mit einer zu einer Arbeitskammer des pneumatischen Aggregates führenden Anschlussöffnung als auch mit dar¹ Bohrung der zweiten Innenkonusfläche verbunden sind, wobei der zwischen ihr und der zweiten Aussenkonusfläche liegende Raum mit einer zum Druckluftbehälter führenden Anschlussöffnung und die Bohrung dieser zweiten Aussenkonusfläche mit einer zur anderen Arbeitskammer des pneumatischen Aggregats führenden Anschlussöffnung verbunden sind und die zwischen diesen zweiten Konusflächen liegende Dichtung derart mit einer Stange verbunden ist, dass je nach der Endstellung der kappenförmigen Dichtung ein von der Stange betätigtes Ventil die Bohrung der zweiten Aussenkonusfläche von einer weiteren Auslassöffnung trennt oder mit dieser verbindet.

Bei den Steuerelementen dieser letztgenannten Vorrichtung stellte sich jedoch heraus, dass die Funktion der kappenförmigen Dichtungen schwierig zu beherrschen war. Der Aufbau des Steuerelements erforderte eine hohe Genauigkeit und die einzelnen Spiele der Ventile mussten äusserst präzise eingeregelt werden. Trotz aller Präzision ist es aber nicht gelungen, mit Hilfe dieser Vorrichtung die Luft aus der jeweils nicht unter Druck stehenden Kammer des Antriebsaggregats vollständig zu entfernen, sondern es blieb immer noch ein kleiner Restdruck, der sich manchmal störend bemerkbar machen konnte.

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Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, auch noch diese restlichen Mängel bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu beheben. Insbesondere sollte eine Vorrichtung geschaffen werden, deren Steuerelement nicht allzu hohe Anforderungen an die Einstellgenauigkeit seiner einzelnen Ventile stellt und das trotzdem einwandfrei funktioniert.

Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Arbeitskolbens in einem pneumatischen Antriebsaggregat, welche ein 3-2-Wege-Ventil, einen Druckluftbehälter und ein mit diesen durch Druckleitungen verbundenes Steuerelement aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass das Steuerelement eine Hauptleitung mit je einer Anschlussöffnung für die vom 3-2-Wege-Ventil kommende Steuerleitung und die mit der Arbeitskammer des Antriebsaggregats verbundene Druckleitung sowie mit einer als Haupt-Ventilkammer dienenden Erweiterung aufweist, in der ein Haupt-Ventilverschlussteil entgegen der Kraft einer Feder derart verschiebbar gelagert ist, dass er in seiner einen Endlage bei gespannter Feder die Hauptleitung freigibt und in seiner anderen Endlage aufgrund der Federspannung an einem ringförmigen Haupt-Ventilsitz in der Haupt-Ventilkammer anliegt und dadurch die Hauptleitung sperrt, dass eine hohle Stange, deren Innenraum am einen Ende mit dem Aussenraum des Steuerelementes verbunden ist, dicht im letzteren derart koaxial zum Haupt-Ventilsitz verschiebbar gelagert ist, dass ihr zweites, an der Stirnseite offenes Ende in ihrer ersten Endlage durch den Haupt-Ventilsitz hindurchragt und dicht am Haupt-Ventilverschlussteil anliegt, wobei es den letzteren in seiner einen Endlage festhält, und in ihrer zweiten Endlage vom Haupt-Ventilverschlussteil abgehoben ist, ■ sodass einerseits der Haupt-Ventilverschlussteil am Haupt-Ventilsitz anliegt und die Hauptleitung sperrt und andererseits der Innenraum der hohlen Stange mit dem in das Antriebsaggregat führenden Teil der Hauptleitung und der Atmosphäre verbunden ist, dass im Steuerelement des weitern eine Nebenleitung mit einer Anschlussöffnung für die mit der zweiten Kammer des Antriebsaggregats verbundene Druckleitung, und die zum Druckluftbehälter

führende Leitung sowie ebenfalls mit einer als Neben-Ventilkammer dienenden Erweiterung angeordnet ist, wobei die Einmündung des auf der Aggregatseite liegenden Nebenleitungsteils in die Neben-Ventilkammer als ringförmiger, konischer Neben-Ventilsitz ausgebildet ist, die dem letzteren gegenüberliegende Seite der Neben-Ventilkammer ih den auf der Aggregatseite liegenden Haupt-" leitungsabschnitt mündet, und in der Neben-Ventil-Kammer eine kappenförmige Dichtung mit einem als elastische Lippe ausgebildeten Rand derart koaxial zum konischen Neben-Ventilsitz verschiebbar gelagert ist, dass sie in ihrer ersten Endstellung dicht am Neben-Ventilsitz anliegt und dadurch einerseits die Nebenleitung sperrt und .andererseits den aggregatseitigen Hauptleitungsabschnitt mit dem druckluftbehälterseitigen Nebenleitungsteil verbindet, und in ihrer zweiten Endstellung vom Neben-Ventilsitz abgehoben ist und dadurch einerseits die Nebenleitung freigibt und andererseits mit ihrem Rand an den Seitehwänden der Neben- Ventilkammer dicht anliegt, sodass sie die Verbindung zwischen Haupt- und Nebenleitung unterbricht, dass ferner vom aggregatseitigen Nebenleitungsabschnitt eine in den Aussenraum des Steuerelements mündende Leitung abzweigt", in der ein aus einem ringförmigen Sperr-Ventilsitz und einem Sperr-Ventilverschlussteil bestehendes Sperrventil angeordnet ist, wobei der Sperr-Ventilkverschlussteil auf einer.Stange befestigt ist, deren anderes Ende mit der kappenförmigen Dichtung derart verbunden ist, dass bei der ersten Endstellung' der Dichtung das Sperrventil geöffnet und in· der zweiten Endstellung der Dichtung das Sperrventil geschlossen ist, und .dass die hohle Stange durch eine Steuerkammer hindurchführt, die durch eine zur hohlen Stange senkrecht verlaufende und mit dieser fest verbundene, elastische Membran in zwei Teilkammern unterteilt ist, von denen die eine, dem in den Steuerelementaussenraum mündende Stangenende zugewandte direkt mit dem steuerleitungsseitigen Hauptleitungsabschnitt und die andere direkt mit dem aggregatseitigen Nebenleitungsabschnitt verbunden ist, wobei das Ganze derart angeordnet ist, dass sich bei Überdruck in der einen oder der anderen Teilkammer die hohle Stange in die eine beziehungsweise andere Endstellung verschiebt.

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Nachfolgend wird zum besseren Verständnis und zur Erläuterung der Funktionsweise ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

die Fig. 1 einen Schnitt durch ein Steuerelement und ein 3-2-Wege-Ventil, einen Druckluftbehälter sowie ein Antriebsaggregat in schematischer Darstellung, wobei alle beweglichen Teile in der Lage gezeichnet sind, die sie während und bis zum Ende des Arbeitshubes das Arbeitskolbens des Antriebsaggregats einnehmen·, und

die Fig. 2 eine der Fig. 1 analoge Darstellung/, jedoch mit einer dem Leerhub des Arbeitskolbens entsprechenden Lage der beweglichen Teile.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem pneumatischen Antriebsaggregat 1, einem Steuerelement 2 für die Steuerung des letzteren, einem Druckluftbehälter 3, einem 3-2-Wege-Ventil ¹I als Steuerventil und diversen, die vorgenannten Einzelteile untereinander verbindenden Druckleitungen.

Das pneumatische Antriebsaggregat besteht aus einem Druckzylinder la, in welchem ein Arbeitskolben Ib verschiebbar gelagert ist. Der Arbeitskolben Ib unterteilt den Zylinderinnenraum in zwei Kammern Ic und Id, von denen bei diesem Ausführungsbeispiel die in der Zeichnung linke Kammer Ic die Arbeitskammer ist, also jene Kammer, in der die Luft unter Druck steht und den Kolben beaufschlagt, wenn dieser seinen Arbeitshub durchführt. Jede Kammer ist mittels einer Druckleitung Ie beziehungsweise If mit einer entsprechenden Anschlussöffnung im Steuerelement verbunden.

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Das 3-2-Wege-Ventil 4 hat drei Anschlüsse, von denen der eine über eine Druckleitung 4a mit dem Steuerelement 2 verbunden ist, während die anderen beiden über eine entsprechende Leitung 4b mit einem nicht dargestellten Druckluftnetz beziehungsweise direkt mit dem Freien verbunden sind. Je nach Stellung des Ventils kann dann entweder Druckluft vom Druckluftnetz in das Steuerelement fliessen oder fliesst aus diesem Druckluft ab ins Freie. Die beiden Figuren der Zeichnung verdeutlichen dies.

Der Druckluftbehälter 3 dient als Druckspeicher und ist über eine Leitung 3a an das Steuerelement 2 angeschlossen.

Das als Ganzes mit 2 bezeichnete Steuerelement ist ein metallischer, aus mehreren dicht miteinander verbundenen Teilstücken bestehender Block, der zahlreiche Bohrungen, Gänge, Kammern und darin gelagerte Stangen, Ventilkörper und sonstige Einzelteile aufweist. Im folgenden werden Lagebezeichnungen, wie z. B. links, rechts, seitlich, oben, unten, waagrecht, senkrecht etc. immer auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel bezogen. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die dort eingetragene Lage des Steuerelements keineswegs mit seiner wirklichen Lage zum Antriebsaggregat übereinstimmen muss.

An der linken Seitenfläche des Steuerelements ist in dessen unterem Teil eine in ihrem inneren Teil engere, stufenförmige Bohrung 5 a - 5b angeordnet, deren Mündung in die Seitenfläche mit einem kappenförmigen Deckel 6 dicht abgeschlossen ist. Im inneren Teil 5b der Bohrung ist ein zylindrischer Körper mittels zweier Dichtungsringe 8a dicht eingesetzt und mittels eines in eine entsprechende Nut in der Bohrungswand eingreifenden Sicherungsringes 8b festgehalten.

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Am in die Seitenwand mündenden Teil des äusseren Bohrungsabschnitts 5a ist in dessen VJand eine Ringnut 5c eingelassen, die als Halterung für eine elastische Membran 9 dient, welche die Bohrung abschliesst. Die Membran 9 liegt mit ihrem Rand in der Ringnut 5c und wird dort· vom Rand des Deckels 6 festgepresst. Der Innenraum 6a des Deckels hat im wesentlichen zylindrische Gestalt, wobei sein Durchmesser dem des äusseren Bohrungsabschnittes 5a und seine Tiefe der um die Dicke der Membran 9 verminderten Tiefe desselben entspricht.

Eine einseitig an ihrer Stirnseite offene, hohle Stange 10 verläuft koaxial zum Deckel 6 und zu der abgestuften Bohrung 5a 5b und ist einerseits im Deckel 6 und andererseits im zylindrischen Körper 7 axial verschiebbar aber dicht gelagert. Dazu dienen zwei Dichtungsringe 11a und 11b, die in je einer Ringnut von je einer koaxialen Bohrung 12 beziehungsweise 13a - 13b im Deckel 6 beziehungsweise -im zylindrischen Körper 7 angeordnet sind, wobei der Dichtungsring 11b im Abschnitt 13a der Führungobohrung im zylindrischen Körper 7 angeordnet ist, während der Abschnitt 13b einen grösseren Durchmesser als der äussere Stangendurchmesser in diesem Bereich aufweist.

Die Stange 10 durchdringt die elastische Membran 9 in deren Zentrum und ist mit ihr dort fest verbunden. Dazu weist die Stange auf der dem Deckel zugewandten Seite der Membran eine flanschförmige Verdickung 10a auf, die wiederum auf ihrer der Membran zugewandten Seite mit einer Ringnut versehen ist, in der ein Dichtungsring 10b sitzt. Zwischen dieser Verdikkung 10a und der Membran 9 ist auf der Stange eine rotationssymmetrische Metallkappe 10c befestigt, deren Wölbung von der ■ Membran weg verläuft und deren grösster Durchmesser etwas kleiner als der des Deckelinnenraums 6a ist. An der anderen Membranseite ist bezüglich dieser symmetrisch eine zweite, der ersten gleiche Metallkappe 1Od auf der Stange 10 fixiert. Das Ganze wird durch eine Mutter 1Oe derart zusammengehalten, dass die Membran 9 und die Stange 10 fest miteinander verbunden

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sind und ein Durchbiegen der Membran in der einen oder der anderen Richtung unbedingt eine entsprechende Verschiebung der Stange zur Folge hat. Die beiden Metallkappen dienen dabei als Begrenzungsmittel, indem sie entweder an der durch die unterschiedlichen Durchmesser der beiden Teilbohrungen 5a und 5b gebildeten Schulter oder an der inneren Stirnseite des Deckels 6 anstehen und somit eine erste, innere, in der Pig. I dargestellte, und eine zweite, äussere, in der Fig. 2 gezeigte Endstellung der Stange festlegen. Der aus dem Deckelinnenraum 6a und der Bohrung 5a gebildete Raum dient als Steuerkammer und wird durch die Membrane 9 in zwei Teilkammern aufgeteilt.

Das deckelseitige Ende der Stange 10 weist eine Querbohrung 1Of auf, die ihren Innenraum mit dem Aussenraum des Steuerelementes verbindet. Damit' aus dieser Querbohrung austretende Druckluft nicht einfach so ins Freie strömt, ist am Ende der Stange 10 eine mit der hohlen Seite zum Deckel 6 zeigende Glocke 14 mittels einer Mutter 14a festgeschraubt. Dadurch wird die ausströmende Luft umgeleitet und tritt nicht mehr als scharf gebündelter Luftstrom aus.

Der zylindrische Körper 7 weist an seinem gegen das Innere des Steuerelements gerichteten Ende eine koaxiale zylindrische Ausnehmung 15 auf, deren Tiefe etwa einem Drittel der Länge des Körpers 7 entspricht. Die Bohrung 13b mündet in diese im Durchmesser grössere Ausnehmung 15₃ und zwar mit einem etwas in die Ausnehmung vorspringenden Öffnungsrand 16, der als Haupt-Ventilsitz ausgebildet ist. Der Boden der Ausnehmung hat also eine ringförmige Vertiefung, die von der Aussenwand des Haupt-Ventilsitzes 16 einerseits und der Viand der Ausnehmung andererseits begrenzt wird.

Im Grund der Bohrung 5a - 5b im Metallblock des Steuerelements ist eine zylindrische, koaxiale Vertiefung 17 eingelassen, in welcher eine Schraubenfeder 18 sitzt. Das freie Ende der Schraubenfeder 18 trägt einen zylindrischen Haupt-Ventilver-

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19" und 1st bestrebt, diesen gegen den Haupt-Ventilsitz 16 zu pressen. · '

Die Länge der hohlen Stange 10 ist gerade so bemessen, dass sie mit ihrem offenen Ende in der in der Fig. 1 dargestellten Endstellung durch den Haupt-Ventilsitz 16 hindurchragt und den Haupt-Ventilverschlussteil 19 dadurch vom Haupt-Ventilsitz abhebt. Gleichzeitig schliesst dann der Haupt-Ventilverschlussteil die stirnseitige Öffnung der hohlen Stange. Wenn sich die Stange in der in der Fig. 2 dargestellten Endlage befindet, ragt ihr offenes Ende nicht durch den Haupt-Ventilsitz hindurch, der Haupt-Ventilverschlussteil sitzt aber auf diesem direkt auf. Dadurch ist der Bohrungsabschnitt 13b mit dem Innenraum der hohlen Stange 10 verbunden. Die Kombination Stange - Haupt-Ventilsitz - Haupt-Ventilverschlussteil bildet also ein 3-2-Wege-Ventil.

Senkrecht zur hohlen Stange 10 führt von der Oberseite des Steuerelements her eine Leitung 20 durch das letztere und mündet in eine Querbohrung 21 des zylindrischen Körpers 7. Die Querbohrung wiederum mündet in den weiteren Bohrungsabschnitt 13 b, sodass also die Leitung 20 mit der Ausnehmung 15 verbunden beziehungsweise verbindbar ist.

Von der Unterseite des Steuerelements führt eine weitere Leitung 22 bis auf die Höhe der Vertiefung 17 und mündet dort innerhalb der Schraubenfeder 18 in die Ausnehmung 15. Die Leitung 22 weist eine als Anschlussöffnung 22 a ausgebildete Mündung in den Aussenraum des Steuerelements auf, an welche die gleichzeitig als Speise- und Steuerleitung dienende Druckleitung 4a vom 3-2-Wege-Ventil angeschlossen ist.

Desgleichen weist auch die Leitung 20 eine Anschlussöffnung 20a auf, von welcher die Druckleitung Ie zur Arbeitskammer des Antriebsaggregats wegführt. Die Leitung 20, die Quer-.bohrung 21, der Bohrungsabschnitt 13b, die als Haupt-Ventilkammer dienende Ausnehmung 15 und die Leitung 22 bilden zusammen die Hauptleitung des Steuerelements. Die Haupt-Ventilkammer teilt

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sie in zwei Abschnitte, und zwar in einen aggregatseitigen und· einen steuerleitungsseitigen Abschnitt.

Im rechten oberen Teil des Steuerelements ist eine in fünf koaxiale Abschnitte 23a, 23b, 23c, 23d und 23e unterteilte, rotationssymmetrische Ausnehmung mit zur hohlen Stange 10 paralleler Achse angeordnet. Der äusserste Abschnitt 23a ist zylindrisch und sowohl im Durchmesser als auch in der Länge der grösste. Er ist etwa so lang wie die restlichen vier Abschnitte zusammen. Der zweite Abschnitt 23b ist ebenfalls zylindrisch und hat nur einen unwesentlich kleineren Durchmesser, sodass zwischen den beiden eine ringförmige Schulter gebildet wird. Seine Länge beträgt etwa ein Achtel der des ersten Abschnittes. Der folgende Abschnitt 23c ist zylindrisch, etwa zweieinhalb mal so lang wie der vorhergehende Abschnitt und sein Durchmesser ist ungefähr um die doppelte Länge des Abschnitts 23b kleiner als der des letzteren. An den Abschnitt 23c schliesst sich ein gegen innen konisch verjüngender Abschnitt 23d an, wobei sich der Durchmesser bis etwa auf die doppelte Länge des Abschnitts 23b reduziert. Als letzter Abschnitt 23e folgt noch ein zylindrisches Sackloch mit kegeligem Boden. Die letzten beiden Abschnitte werden von der Leitung 20 vollständig durchdrungen, sodass also eine Verbindung vom aggregatseitigen Hauptleitungsabschnitt zur fünfteiligen Ausnehmung besteht.

Ein rotationssymmetrischer Einsatz 24, dessen Gestalt am ehesten mit der eines hohlen Kegelstumpfs verglichen werden kann, ist mit seinem zylindrischen Pussteil über einen Dichtungsring 24a dicht in den inneren Teil des ersten Abschnitts 23a eingesetzt und stützt sich an der durch den engeren Abschnitt 23b gebildeten Schulter ab,-Sein im Durchmesser kleinerer Kopfteil zeigt gegen das Innere des Steuerelements, wobei seine Stirnfläche in der Trennungsebene zwischen den beiden Abschnitten 23c und 23d liegt. Der Einsatz 24 weist eine axiale Bohrung 24b auf, die den Durchmesser seiner Stirnfläche hat, sodass die

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letztere eigentlich nur aus ihrem Begrenzungsrand besteht. Die vom letzteren ausgehende, sich konisch erweiternde äussere Begrenzungsfläche 24c des Einsatzes 24 dient als Neben-Ventilsitz für einen Neben-Ventilverschlussteil, der aus einer kappenförmigen Dichtung 25 aus. Kunststoff mit einem elastischen, lippenförmigen Rand besteht. Die Dichtung ist so bemessen, dass sie einerseits mit ihrer inneren Oberfläche genau auf den Neben-Ventilsitz passt und andererseits ihr lippenförmiger Rand einen Durchmesser aufweist, der nur geringfügig kleiner ist als der des dritten Abschnitts 23c. Wenn die Dichtung 25 auf dem Kopf des Einsatzes 24 aufsitzt, reicht ihr Rand bis zur Grenzfläche zwischen dem zweiten und dritten Abschnitt.

Im Neben-Ventilsitz 24c ist eine flache Ringnut 24d eingelassen, die mit. der axialen Bohrung 24b durch eine Querbohrung 24e verbunden ist. Ihre Funktion wird noch erläutert werden.

Anschliessend an den Einsatz 24 ist in den äussersten Abschnitt 23a ein beidseitig offenes Rohrstück 26 mittels seiner flanschartigen Verdickung 26a eingesetzt und mittels eines Dichtungsringes 26b abgedichtet. Die ,flanschartige Verdickung 26a stützt sich dabei an der Pussstirnfläche des Einsatzes 24 ab. An ihr wiederum liegt der umgebördelte Rand eines in den Aussenraum des Steuerelements vorspringenden Bechers 27 an, welcher die ganze Ausnehmung gegen aussen abschliesst. Das Ganze, also der Becher, das Rohrstück und der Einsatz, wird von einem in einer entsprechenden Ringnut in der Wand des äussersten Abschnittes der Ausnehmung sitzenden Sicherungsring 28 zusammengehalten.

Das Rohrstück 26 erstreckt sich beidseitig seiner Verdickung 26a, und zwar gegen aussen etwa bis zur Mündung der Ausnehmung in die Seitenfläche des Steuerelements, und gegen innen etwa bis in den Bereich des Pusses des Einsatzes 24. Sein Aussendurchmesser ist derart, dass zwischen ihm und

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der inneren Oberfläche des Einsatzes ein iim Querschnitt etwa U-förmiger Hohlraum 29 entsteht, in den- die Bohrung 24b des Einsatzes 24 mündet. Die Schenkel des ü reichen bis zur flanschartigen Verdickung des Rohrstücks.

Das innere Ende des Rohrstücks 26 ist nicht vollständig offen, sondern die Stirnfläche weist nur eine koaxiale Durchbohrung 26c auf, deren Durchmesser gleich gross ist wie der der Bohrung 24b im Einsatz. Die Innenseite des ringförmigen Bodens des Rohrstücks ist nicht eben, sondern weist rund um die Bohrung 26c einen ringförmigen, als Sperr-Ventilsitz ausgebildeten Wulst 26d auf. -

Eine Stange 30 verläuft koaxial zu den Bohrungen 24b und 26c und ragt durch beide hindurch. Auf ihrem inneren Ende ist mittels einer Schraube und einer metallenen Verstärkungskappe 25a die Dichtung 25 starr befestigt, während ihr anderes, in das Rohrstückinnere ragendes. Ende einen aus einem metallenen Träger 31a und einem darauf befestigten Dichtungsring 31b bestehenden Sperr-Ventilverschlussteil trägt, der mittels einer Mutter 31c fixiert ist.

Der Durchmesser der Stange 30 ist wesentlich kleiner als der der Bohrungen 24b beziehungsweise 26c, sodass also durch diese Druckluft ungehindert durchströmen kann. Die Länge der Stange 30 ist so bemessen, dass der Sperr-Ventilverschlusßteil beziehungsweise der Dichtungsring 31b vom Sperr-Ventilsitz 26d abgehoben ist, wenn die kappenförmige Dichtung 25 an ihrem Ventilsitz 24c aufliegt. Diese Lage der Stange SEi erste Endstellung genannt. In ihrer zweiten Endstellung ist die Dichtung 25 vom Neben-Ventilsitz abgehoben und liegt mit ihrer Verstärkungskappe 25a an der konischen Wand des vierten Ausnehmungsabschnittes 23d an, während sich der Dichtungsring 31b des Sperr-Ventilverschlussteils gegen den Sperr-Ventilsitz 26d presst. Die letzteren beiden bilden also ein Sperrventil.

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Im Becher 27 ist ein weiteres Ventil angeordnet, welches Luft nur aus dem Rohrstück in den Becher strömen lässt, der seinerseits mit dem Aussenraum des Steuerelements durch eine Durchbohrung 27a seiner Wand verbunden ist. Das besagte Ventil besteht aus einer sich am Becherboden abstützenden Schraubenfeder 32a, die eine auf einer Trägerplatte 32b befestigte Dichtungsscheibe 32c leicht gegen den Öffnungsrand des Rohrstücks 26 drückt.

Auf der Hinterseite des Steuerelements ist eine weitere Anschlussöffnung 33 angeordnet, die sich" in eine in den zweiten Ausnehmungsabschnitt 23b, und zwar in den ausserhalb des Einsatzes 24 liegenden Teil mündende Leitung fortsetzt. An diese Leitung ist die zum Druckluftbehälter 3 führende Druckleitung 3 a angeschlossen.

Eine durch das Steuerelement von oben her bis in den im Quer-

schnitt U-förmigen Hohlraum 29 führende Durchbohrung 34 weist ebenfalls eine Anschlussöffnung 34a auf, in der die zur zweiten Kammer Id des Antriebsaggregates führende Druckleitung If befestigt ist. Die Durchbohrung 34, der Hohlraum 29, die Bohrung 24b, die als Neben-Ventilkammer dienenden Abschnitte 23d, 23c und 23b der Ausnehmung und die zur Anschlussöffnung 33 führende, nicht näher bezeichnete Leitung bilden zusammen eine Nebenleitung, die durch den Neben-Ventilsitz 24c in zwei Abschnitte, nämlich einen druckluftbehälterseitigen und einen aggregatseitigen, unterteilt ist.

Im Steuerelement sind noch zwei sich aus einzelnen Bohrungsabschnitten zusammensetzende Verbindungsleitungen 35 und 36 angeordnet, wobei die eine die Leitung 22 mit dem Innenraum 6a -des Deckels 6 verbindet, während die andere zwischen dem auf der anderen Membranseite liegenden Innenraum der Bohrung 5a und dem Hohlraum 29 eine Verbindung herstellt.

Im folgenden wird die Punktionsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erklärt.

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Ura den Arbeitskolben Ib in die in der Pig. I dargestellte Endlage zu verschieben können, also den Kolben seinen Arbeitshub durchführen zu lassen, wird das 3-2-Wege-Ventil 4 so gestellt, dass Druckluft vom nicht dargestellten Druckluftnetz über die Druckleitung 4a und die Anschlussöffnung 22a in die Leitung 22 strömt. Gleichzeitig beaufschlagt diese Druckluft, die ja über die Verbindungsleitung 35 auch in den linken Teil 6a der Steuerkammer 6a - 5a gelangt, die Membrane 9 und, sofern der Druck im rechten Teil der Steuerkammer kleiner ist, was sicher der Fall ist, wie sich aus dem Folgenden ergeben wird, biegt sie in Richtung auf das Innere des Steuerelements durch. Dadurch wird die hohle Stange 10 in ihre erste Endlage verschoben, sodass ihr Ende den Haupt-Ventilverschlussteil 19 vom Haupt-Ventilsitz 16 abhebt und somit die Druckluft durch die Haupt-Ventilkammer 15, die Bohrung 13b, die Querbohrung 21 und die Leitung 20 über die Anschlussöffnung 20a und die Druckleitung Ie ungehindert in die Arbeitskammer Ic des Antriebsaggregats strömen kann. Die Hauptleitung ist in dieser Stellung also frei. Da der Haupt-Ventilverschlussteil 19 durch die Schraubenfeder fest gegen das Ende der hohlen Stange 10 gepresst wird, kann die Druckluft nicht durch das Innere der letzteren entweichen, sondern muss durch die Hauptleitung weiterströmen.

Der aggregatseitige Hauptleitungsabschnitt 20 steht aber auch mit der durch die Abschnitte 23d, 23c und 23b der oberen Ausnehmung im Steuerelement gebildeten Neben-Ventilkammer in Verbindung, sodass die Druckluft auch die kappenförmige Dichtung 25 beaufschlagt und dadurch fest gegen den Neben-Ventilsitζ 24c presst. Die Druckluft kann daher nicht durch die axiale Bohrung 24b in den Hohlraum 29 gelangen, sondern drückt den elastischen, lippenförmigen Rand der Dichtung 25 nach innen und strömt dann in den Abschnitt 23b, von dem sie über die zur Anschlussöffnung 33 führenden Leitung und die Druckleitung 3a in den Druckluftbehälter 3 gelangt, sodass dieser nun unter dem Betriebsdruck steht.

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Die kappenförmige Dichtung sitzt auf ihrem Ventilsitz, die Stange 30 befindet sich also in ihrer ersten Endstellung. Daher ist der Dichtungsring 31b vom Sperr-Ventilsitz 26d abgehoben, das Sperrventil also offen. Die von der nicht unter Druck stehenden Kammer Id des Antriebsaggregats kommende Luft kann also ungehindert über die Durchbohrung 34, den Hohlraum 29, die Bohrung 26 c, das Rohrstück 26 und den Becher-27 ins Freie ausströmen. Die Dichtungsscheibe 32c wird durch die ausströmende Luft automatisch vom Ende des Rohrstückes 26 abgehoben. Da alle Luft über das geöffnete Sperrventil abströmen kann, herrscht also auch in der Verbindungsleitung 36 und somit in der rechten Teilkammer der Steuerkammer kein Druck.

Zur Einleitung des Leerhubs des Arbeitskolbens, also zur Verschiebung in die in der Fig. 2 dargestellte Endlage, wird das 3-2-Wege-Ventil umgestellt, sodass die Druckleitung 4a entlüftet wird. Sobald nun der Druck in der Hauptleitung nachgelassen hat, beispielsweise um eine halbe Atmosphäre bei 5 atü Betriebsdruck, biegt sich der elastische, lippenförmige Rand der Dichtung 25 wieder nach aussen und wird dabei von der nun aus dem Druck-luftbehälter 3> der ja noch unter dem ursprünglichen Betriebsdruck steht, strömenden Luft unterstützt, sodass sich ihr Rand schliesslich vollständig an die Wand des Abschnitts 23c anlegt. Wegen der Druckdifferenz links und rechts der kappenförmigen Dichtung wird diese schliesslich von ihrem Sitz 24c abgehoben und so mit der Stange 30 in ihre zweite Endposition verschoben. Nunmehr ist die Hauptleitung beziehungsweise deren Teil 20 von der Nebenleitung abgetrennt, während die letztere nun'frei ist. Die Druckluft kann somit vom Druckluftbehälter 3 über die Druck- . ' leitung 3a, die Nebenleitung, also die Anschlussöffnung 33_S die Ventilkammer 23b-23c, die Querbohrung 24e und die axiale Bohrung 24b, den Hohlraum 29, die Durchbohrung 34 und die Anschlussöffnung 34a, und die Druckleitung If in die rechte Kammer Id des· Antriebsaggregats strömen und dort den Kolben Ib beaufschlagen. Gleichzeitig gelangt die Druckluft aber' auch über die Verbindungsleitung 36 in-die rechte Teilkammer der Steuerkammer 5a-6a, beaufschlagt die Membrane und biegt diese nun nach aussen durch,

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da ja der Druck auf der Gegenseite durch das Entlüften nachge- . lassen hat. Dadurch wird die hohle Stange 10 in ihre zweite Endlage verschoben, bei der nun ihr inneres Ende nicht mehr durch den Haupt-Ventilsitz 16 durchragt, sondern abgehoben vom Haupt-Ventilverschlussteil 19 innerhalb der Bohrung 13b liegt, während der Haupt-Ventilverschlussteil 19 auf seinem Ventilsitz 16 aufliegt und somit die Hauptleitung sperrt. Nun ist aber der Innenraum der hohlen Stange Ic mit der Bohrung 13b verbunden, sodass die aus der jetzt nicht mehr unter Druck stehenden Kammer Ic kommende Luft über die Druckleitung Ie, die Anschlussöffnung 20a, die Leitung.20, die Querbohrung 21, die Bohrung 13b und das Innere der hohlen Stange 10 durch dessen Querbohrung 1Of ins Freie strömen kann.

Zur Wiedereinleitung des Arbeitshubes des Kolbens Ib"wird das 3-2-Wege-Ventil 4 wieder in die in der Fig. 1 dargestellte Lage umgestellt. Sobald der Druck in der Leitung,22 und damit auch im linken Teil der Steuerkammer grosser wird"als der Restdruck im anderen Kammerteil, biegt sich die Membrane wieder in die andere Richtung durch und der Zyklus kann von vorne beginnen.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Vorrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Arbeitskolbens in einem pneumatischen Antriebsaggregat, welche ein 3-2-Wege-Ventil, einen Druckluftbehälter und ein mit diesen durch Druckleitungen verbundenes Steuerelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (2) eine Hauptleitung (22,15,13b,21,20) mit je einer Anschlussöffnung (22a,20a) für die vom 3-2-Wege-Ventil (4) kommende Steuerleitung (4a) und die mit der Arbeitskammer (lc) des Antriebsaggregate (I) verbundene Druckleitung (Ie) sowie mit einer als Haupt-Ventilkammer dienenden Erweiterung (15) aufweist, in der ein Haupt-Ventilverschlussteil (19) entgegen der Kraft einer Feder (18) derart ver- · schiebbar gelagert ist, dass er in seiner einen Endlage bei gespannter Feder die Hauptleitung freigibt und in seiner anderen Endlage aufgrund der Federspa.nnung an einem ringförmigen Haupt-Ventilsitz (l6) in der Haupt-Ventilkammer anliegt und dadurch die Hauptleitung sperrt, dass eine hohle Stange (10), deren Innenraum am einen Ende mit dem Aussenraum des Steuerelementes verbunden ist, dicht im letzteren derart koaxial zum Haupt-Ventilsitz (16) verschiebbar gelagert ist, dass ihr zweites, an der Stirnseite offenes Ende in ihrer ersten Endlage durch den Haupt-Ventilsitz hindurchragt und dicht am Haupt-Ventilverschlussteil (19) anliegt, wobei es den letzteren in seiner einen Endlage festhält, und in ihrer zweiten Endlage vom Haupt-Ventilverschlussteil abgehoben ist, sodass einerseits der Haupt-Ventilverschlussteil (19) am Haupt-Ventilsitζ (16) anliegt und die Hauptleitung sperrt und andererseits der Innenraum der hohlen Stange (10) mit dem in das Antriebsaggregat führenden Teil (13b,21,20) der Häuptleitung und der Atmosphäre verbunden ist, dass im Steuerelement des weitern eine Nebenleitung (34,29,24b und 24e,23d,23c,23b,33) mit einer' Anschlussöffnung (33>34a) für die mit der zweiten Kammer (Id) des Antriebsaggregats verbundene Druckleitung (If) und die zum Druckluftbehälter (3) führende Leitung (3a) sowie ebenfalls mit .einer als Neben-Ventilkammer dienenden Erweiterung (23d,23c,23b) . angeordnet ist, wobei die Einmündung des auf der Aggregatseite liegenden Nebenleitungsteils (34.29,24b) in die Neben-Ventilkam-

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   mer als ringförmiger, konischer Neben-Ventilsitζ (24c) ausgebildet· ist, die dem letzteren gegenüberliegende Seite der Neben-Ventilkammer in den auf der Aggregatseite liegenden Hauptleitungsabschnitt (20) mündet und in der Neben-Ventil-Kammer eine kappenförmige Dichtung (25) mit einem als elastische Lippe ausgebildeten Rand derart koaxial zum konischen Neben-Ventilsitz (24c) verschiebbar gelagert ist, dass sie in ihrer ersten Endstellung dicht am Neben-Ventilsitz anliegt und dadurch einerseits die Nebenleitung sperrt und andererseits den aggregatseitigen Hauptleitungsabschnitt mit dem druckluftbehälterseitigen Nebenleitungsteil (23b,33) verbindet, und in ihrer zweiten Endstellung vom Neben-Ventilsitz abgehoben ist und dadurch einerseits die Nebenleitung freigibt und andererseits mit ihrem Rand an den Seitenwänden der Neben-Ventilkammer dicht anliegt, sodass sie die Verbindung zwischen Haupt- und Nebenleitung unterbricht, dass ferner vom aggregatseitigen Nebenleitungsabschnitt (29,34g, 24b,24e) eine in den Aussenraum des Steuerelements mündende Leitung (26,27a) abzweigt, in der ein aus einem ringförmigen Sperr-Ventilsitz (26d) und einem Sperr-Ventilverschlussteil (31a,b,c) bestehendes Sperrventil angeordnet ist, wobei der Sperr-Ventilverschlussteil auf einer Stange (30) befestigt ist, deren ande-ä res Ende mit der kappenförmigen Dichtung (25) derart verbunden ist, dass bei der ersten Endstellung der Dichtung das Sperrventil geöffnet und in der zweiten Endstellung der Dichtung das Sperrventil geschlossen ist, und dass die hohle Stange (10) durch eine Steuerkammer (5a-6a) hindurchführt, die durch eine zur hohlen Stange senkrecht verlaufende und mit dieser fest verbundene, elastische Membrane (9) in zwei Teilkammern (5a bzw. 6a) unterteilt ist, von denen die eine, dem in den Steuerelementaussenraum mündenden Stangenende zugewandte direkt mit dem steuerleitungsseitigen Hauptleitungsabschnitt (22) und die andere direkt mit dem aggregatseitigen Nebenleitungsabschnitt verbunden ist, wobei das Ganze derart angeordnet ist, dass sich bei Überdruck in der einen oder der anderen Teilkammer die hohle Stange (10) in die eine beziehungsweise andere Endstellung verschiebt.

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