DE2536901B2 - Pneumatisches Servomotorsystem - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Servomotorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beispiele solcher pneumatischer Servomotorsysteme sind aus dem Buch »Pneumatische Steuerungen kurz w und bündig« von W. De ρ per t/K. S toi I; 1973, Seite bis 98 bekannt. Bei derartigen Servomotorsystemen wird beim Betrieb durch die verschiedenen Entlüftungsleitungen Luft abgegeben. Die pneumatisch betätigbaren Arbeitsmotoren enthalten meistens zu ihrer Betätigung dienende Zylinder und Kolben. Die pneumatisch arbeitenden Hauptsteuereinrichtungen enthalten normalerweise entweder Membranen oder ebenfalls Zylinder und Kolben und v/erden pneumatisch durch Vorsteuereinrichtungen betätigt. Die Luftabgabe durch &o die Entlüftungsleitungen erfolgt daher im allgemeinen stoßweise. Zur Betätigung der Steuereinrichtungen werden wesentlich kleinere Luftmengen benötigt als für die Betätigung der Arbeitsmotoren. Dementsprechend sind auch die bei den einzelnen Entlüftungsvorgängen abzuführenden Steuerluftmengen wesentlich kleiner als die Arbeitsluftmengen.

LJm die Lärmerzeugung des Servomotorensystems möglichst gering zu halten, wird im bereits zitierten Buch vorgeschlagen, an jedem Ventilausgang, d. h. an jede Entlüftungsleitung einen Schalldämpfer anzuschließen. Häufig werden auch Organe an die Entlüftungsleitungen angeschlossen, die sowohl einen Schalldämpfer als auch ein ölfilter enthalten.

Für ein Servomotorsystem ist daher meistens eine verhältnismäßig große Anzahl Schalldämpfer und gegebenenfalls Filter erforderlich. Dadurch werden die Kosten des Systems erheblich vergrößert.

Aus der FR-PS 15 70 374 ist ferner ein zylindrisches Gehäuse bekannt, das gleichzeitig als Schalldämpfer und als Sammel-Behälter zum Sammeln der über zwei Leitungen zugeführten Gase oder Flüssigkeiten dient. Die letzteren können etwa von Pumpen oder Kompressoren herstammen. Das Gehäuse ist durch radiale Zwischenwände in drei Kammern unterteilt. Die Zwischenwände sind mit Durchgangsöffnungen versehen. Die Eingänge münden beide in die erste Kammer. Die zugeführten Gase oder Flüssigkeiten vermischen sich also in der ersten Kammer und strömen dann über die zweite Kammer in die dritte Kammer und von dieser durch eine Austrittsöffnung nach außen.

Wenn man diesen vorbekannten Sammler in ein Servomotorsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 einbauen würde, so würden alle Entlüftungsleitungen in die erste Kammer führen. Da dieser während des Betriebes bei den einzelnen Entlüftungsvorgängen stoßweise Luft zugeführt würde, würden in der ersten Kammer kurzzeitig große Überdrücke entstehen. Dies wäre insbesondere beim Entlüften leistungsstarker Arbeitsmotoren der Fall. Diese Überdrücke könnten dann Rückwirkungen auf die übrigen Organe, insbesondere die Steuereinrichtungen, haben und dadurch den Betriebsablauf stören.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Servomotorsystem zu schaffen, bei dem für das ganze System nur ein einziger Schalldämpfer und/oder ein einziges Filter erforderlich sind und bei dem stoßweise Entlüftungsvorgänge trotzdem keine Störungen verursachen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur der Zeichnung zeigt ein schematisch dargestelltes Servomotorsystem mit einem zwei Kammern aufweisenden Sammelbehälter.

Das dargestellte Servomotorsystem weist als Druckluftquelle ein Gebläse 1 auf. Der Ausgang des Gebläses 1 ist mit einem Druckluftspeicher 2 verbunden. Die Anlage weist ein von einem mechanisch betätigbaren VrWegeventil 3 vorgesteuertes pneumatisch betätigbares V₂-Wegeventil 4 auf. Das letztere ist mit einem zu seiner Betätigung dienenden, etwa eine Membrane enthaltenden Betätigungs-Organ 4a versehen. Ferner ist ein pneumatisch betätigbarer, als Arbeitszylinder 5 mit einem Kolben 5a ausgebildeter Arbeitsmotor dargestellt.

Das Servomotorsystem enthält des weiteren einen Abluftsammelbehälter 6, der durch eine Trennwand 6a in zwei Kammern, nämlich eine erste Kammer 6c sowie eine zweite Kammer 6c/unterteilt wird. Die Trennwand 6a ist mit einer Bohrung versehen, die einen die beiden Kammern 6c, 6d verbindenden Durchgang 6b bildet.

Der Sammelbehälter 6 weist auf der sich in der Zeichnung rechts befindenden Seite in die erste Kammer 6c mündende Eingangs-Anschlüsse 6e, von denen zwei dargestellt sind, sowie mehrere in die zweite Kammer 6c/ mündende Eingangs-Anschlüsse 6fauf. Die erste Kammer 6c ist auf der den Eingangs-Anschlüssen €e abgewandten Seite mit einem eine Ausgangsöffnung bildenden Anschluß 6g versehen. Die lichte Weite der Anschlüsse 6e ist größer als diejenige der Anschlüsse 6/ und diejenige des Anschlusses Sg noch größer als diejenige der Anschlüsse Se. Die in der Zeichnung etwas vereinfacht dargestellten Anschlüsse 6e, 6f, 6g können beispielsweise als Schraub- oder Kiemm-Anschlüsse ausgebildet sein.

Das Servomotorsystem weist des weiteren eine kombinierte Schalldämpfer und ölfiltereinrichtung 7 auf.

Das mechanisch betätigbare V?-Wegeventil 3 ist über eine Leitung 11 mit dem Druckluftspeicher ?.. über eine Leitung 12 mit dem Betätigungs-Organ 4a des ⁵/2-Wegeventils 4 und über eine Leitung 13 mit einem der Eingangs-Anschlüsse 6/ des Sammelbehälters 6 verbunden. Das V2-Wegeventil 4 ist über eine Leitung 14 mit dem Druckluftspeicher 2, über zwei Leitungen 15 und 16 mit den beiden Seiten des Arbeitszylinders 5 sowie über eine Leitung 17 mit einem Anschluß 6e des Sammelbehälters 6 verbunden. Der Ausgangs-Anschluß 6gdes Sammelbehälters 6 ist über eine Sammel-Entlüftungsleitung 19 mit der Einrichtung 7 verbunden.

Wenn sich die Wegeventile 3 und 4 in der in der Zeichnung dargestellten Stellung befinden, wird dein sich links befindenden Arbeitsraum des Zylinders 5 aus dem Druckluftspeicher 2 über die Leitung 14, das Ventil 4 und die Leitung 15 Luft zugeführt. Danach wird der Kolben 5a nach rechts verschoben. Gleichzeitig strömt Luft aus dem sich rechts des Kolbens 5a befindenden Arbeitsraum des Zylinders 5 über die Leitung 16, das Ventil 4 und die Leitung 17 in die erste Kammer 6c des Sammelbehälters 6.

Wenn nun das Ventil 3 betätigt wird, strömt Luft aus dem Druckluftspeicher 2 über die Leitung 11, das Ventil 3 und die Leitung 12 zum Betätigungs-Organ 4a des Ventils 4. Dadurch wird das Ventil 4 betätigt, so daß nun Luft vom Speicher 2 über die Leitung 14, das Ventil 4 und die Leitung 16 in den sich rechts des Kolbens 5a befindenden Arbeitsraum des Zylinders 5 einströmt. Dementsprechend strömt nun aus dem linken Zylinderarbeitsraum Luft über die Leitung 15, das Ventil 4 und die Leitung 17 in die erste Kammer 6c des Sammelbehälters 6.

Sobald das Ventil 3 wieder in seine Ausgangs-Stellung zurückgebracht wird, strömt die vorher dem Betätigungs-Organ 4a des Ventils 4 zugeführte Luft über die Leitung 12, das Ventil 3 und die Leitung 13 in die zweite Kammer 6c/des Sammelbehälters.

Der Kolben 5a kann etwa mit dem Werkzeugträger einer Werkzeugmaschine verbunden sein und dient also zur Ausführung einer Arbeitsbewegung. Die dem Zylinder 5 zugeführte und wieder aus diesem ausströmende Luft wird demgemäß als Arbeitsluft bezeichnet. ^b0 Die Leitung 17 dient also zum Abführen der Arbeitsluft und wird im folgenden auch als Arbeitsluft-Entlüftungsleitung bezeichnet.

Die von dem eine Vorsteuereinrichtung bildenden Ventil 3 dem zur Betätigung einer Hauptsteuereinrichtung, nämlich des Ventils 4 dienende, dem Betätigungs-Organ 4a zugeführte und wieder aus diesem abströmende Luft wird im folgenden als Steuerluft bezeichnet.

Dementsprechend wird die Leitung 13 auch als Sleuerluft-Entlüftungsleitung bezeichnet.

In der Figur sind je eine Steuerluft-Entlüftungsleitung und Arbeitsluft-Entlüftungsleitung dargestellt. Das Servomotorsystem kann jedoch noch weitere Steuereinrichtungen aufweisen, die mit pneumatisch arbeitenden Betätigungs-Organen versehen sind. Dementsprechend sind dann weitere Steuerluft-Entlüftungsleitungen vorhanden, von denen jede an einen der Anschlüsse 6/des Sammelbehälters angeschlossen ist Ferner können natürlich auch weitere Arbeitsmotoren und weitere in die erste Kammer 6c mündende Arbeitsluft-Entlüftungsleitungen vorhanden sein. Falls überzählige Eingangs-Anschlüsse 6e, 6f, an die keine Leitungen angeschlossen sind, vorhanden sind, werden diese Anschlüsse mit einem Verschlußelement dicht abgeschlossen.

Das Gebläse 1 hält im Druckluftspeicher 2 einen Überdruck von beispielsweise sechs bis sieben bar aufrecht Wenn bei einem Entlüftungsvorgang kurzzeitig Luft in eine der Kammern 6c, 6c/des Sammelbehälters 6 gelangt, findet eine Expansion statt, so daß der Überdruck in der Kammer wesentlich kleiner ist als im Druckluftspeicher 2. Da die Arbeitsmotoren wesentlich größere Volumen aufweisen als die Betätigungs-Organe der Steuereinrichtungen, sind die bei den einzelnen Entlüftungsvorgängen abzuführenden Arbeitsluftmengtn natürlich wesentlich größer als die Steuerluftmengen.

Die bei einem Entlüftungsvorgang in die erste Kammer 6c eingeströmte Arbeitsluft strömt direkt durch die Sammel-Entlüftungsleitung 19, zur Einrichtung 7 und über diese in den freien Außenraum. Die in die zweite Kammer 6c/ eingeströmte Steuerluft strömt zuerst durch den Durchgang 6b in die erste Kammer 6c und dann ebenfalls über die Sammel-Entlüftungsleitung 19 und die Einrichtung 7 in den Außenraum.

Die Volumen der beiden Kammern 6c, 6c/ und der Leitwert des Durchganges 6b sind nun derart bemessen, daß die Entlüftungsvorgänge keine Rückwirkungen auf die Steuereinrichtungen und Arbeitsmotoren haben. Die bei den Entlüftungsvorgängen in den beiden Kammern entstehenden Überdrücke müssen also unterhalb der Überdrücke bleiben, die zum Betätigen von irgend einer der Steuervorrichtungen bzw. einem der Arbeitsmotoren erforderlich sind.

Da insbesondere die pneumatischen Betätigungs-Organe der Steuereinrichtungen leicht auf ausgangsseitige Überdrücke ansprechen können, sollte der Überdruck in der zweiten Kammer 6c/ beim Betrieb 10%, und vorzugsweise 5%, des von der Druckluftquelle, d. h. vom Gebläse 1 erzeugten Überdruckes nie überschreiten. In der ersten Kammer 6c sind etwas größere Überdrücke zulässig. Der Überdruck sollte jedoch auch in der ersten Kammer 6c 30%, und vorzugsweise 20%, des von der Pumpe 1 erzeugten Überdruckes nie überschreiten. Da häufig wesentlich mehr Steuerluft- als Arbeitsluft-Entlüftungsleitungen vorhanden sind, dürfte es in den meisten Fällen zweckmäßig sein, das Volumen der Kammer 6c/ größer zu machen als das Volumen der Kammer 6c.

Selbstverständlich müssen auch die Leitwerte des Ausgu.igs-Anschlusses %g der Sammel-Entlüftungsleitung 19 und der Einrichtung 7 an die Menge der insgesamt anfallenden Abluft angepaßt sein.

Bei einer Versuchsanlage wurden an die erste Kammer 6c die Arbeitsluft-Entlüftungsleitungen von vier Zylindern mit je einem Hubvolumen von etwa 1,5

Liter angeschlossen. An die zweite Kammer 6c/wurden die Steuerluft-Entlüftungsleitungen von sieben pneumatisch betätigbaren Steuereinrichtungen angeschlossen. Jede Kammer weist ein Volumen von ungefähr einem Liter auf und die lichte Weite des Durchganges betrug etwa 3 mm. Das Gebläse erzeugte im Druckluftspeicher 2 einen Überdruck von etwa sechs bis sieben bar. Die Anlage war im übrigen derart ausgebildet, daß bei gewissen Arbeitsschritten gleichzeitig mehrere der vier Zylinder entlüftet wurden. Die Drücke in den beiden Kammern wurden dann während dem Ablauf eines vollständigen Arbeitsprogramms kontinuierlich gemessen. Dabei wurde festgestellt, daß die Überdrücke in der ersten Kammer 6c 2 bar und diejenigen in der zweiten Kammer 6c/ 0,2 bar nie überschritten. Des weiteren erwies sich, daß keine der Steuereinrichtungen und

keiner der Arbeitsmotoren durch Rückwirkungen der Entlüftungsvorgänge verursachte Bewegungen ausführte.

Selbstverständlich kann das Servomotorsystem in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise könnte der Sammelbehälter mehrere Kammern aufweisen, in die Steuerluft-Entlüftungsleitungen münden und von denen jede durch einen Durchgang mit der Kammer verbunden wäre, in die alle Arbeitsluft-Entlüftungsleitungen münden. Eine solche Ausbildung könnte beispielsweise dann zweckmäßig sein, wenn Steuereinrichtungen vorhanden sind, deren Betätigung unterschiedliche Steuerluftmengen erfordert. Die Steuerluft-Verbrauchsmengen könnten dann gruppenweise je einer der Kammern zugeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Pneumatisches Servomotorsystem mit einer Druckluftquelle, mindestens einem Arbeitsmotor, mindestens einer vorgesteuerten Hauptsteuereinrichtung, mindestens einer Arbeitsluft-Entlüftungsleitung und mindestens einer Steuerluft-Entlüftungsleitung sowie mit einer Filter- und/oder Schalldämpfereinrichtung für die Entlüftungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß alle Arbeitsluft- i" Entlüftungsleitungen (17) in eine erste Kammer (6c) münden, die eine Ausgangsöffnung (6^aufweiist, die mit einem einzigen Filter (7) und/oder einem einzigen Schalldämpfer (7) verbunden ist, daß mindestens eine weitere, mit der ersten Kammer (6c) '⁵ durch einen Durchgang (6b) verbundene Kammer (6d) vorgesehen ist, in die die Steuerluft-Entlüftungsleitungen (13) münden, und daß die Volumen der Kammern (6c, 6d) und der Leitwert des Durchganges (6b) so bemessen sind, daß die bei den Entlüftungsvorgängen in den Kammern (6c, 6d) entstehenden Drücke unterhalb der Drücke bleiben, die zum Betätigen irgendeiner Hauptsteuereinrichtung (4) oder eines Arbeitsmotors (5) erforderlich sind.

2. Servomotorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumen der Kammern (6c, 6d) und der Leitwert des Durchgangs (6b) so bemessen sind, daß der Überdruck in der weiteren Kammer (6d) maximal 10% des Überdruckes der Druckluftquelle (1) beträgt.

3. Servomotorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumen der Kammern (6c, 6d) und der Leitwert des Durchganges (6b) so bemessen sind, daß der Überdruck in der weiteren Kammer (6d) maximal 5% des Überdruckes der Druckluftquelle (1) beträgt.

4. Servomotorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der ersten Kammer (6c) so bemessen ist, daß der Überdruck darin maximal 30% des Überdruckes der Druckluftquelle (1) beträgt.