DE2759799C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zum Steuern eines Arbeitszylinders sowohl während der Arbeits- als auch Rück­ holbewegung seines Kolbens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Regulierung der Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung des Kolbens eines Arbeitszylinders ist es allgemein bekannt, eine sogenannte Auslaufsteuerung zu benutzen, d. h. die Ein­ stellung der Geschwindigkeit der Arbeitsbewegung des Kolbens wird durch Steuern des Druckes auf der Gegenseite des Kolbens bewirkt. Bei einem solchen Steuersystem tritt das Problem auf, daß beispielsweise nach einer Arbeitsbewegung oder nach dem Abschalten der Anlage innerhalb des Zylinders ein dem Atmosphä­ rendruck entsprechender Druck herrscht. Eine Steuerung der Geschwindigkeit des Kolbens bei Beginn einer Arbeitsbewegung ist hierbei aber auch möglich, wenn ein Gegendruck wirksam ist. Anderenfalls bewegt sich der Kolben stoßartig, was zu Beschädi­ gungen und auch zu Verletzungen der Bedienungsperson führen kann. Will man diesen Gefahren begegnen, ist es erforderlich, die Steuerung bei Beginn einer Arbeitsbewegung sehr vorsichtig zu bedienen, womit aber zwangsläufig eine Verringerung des Wirkungsgrades verbunden ist.

Die erwähnten Schwierigkeiten haben zur Entwicklung einer Steuerung zur Regulierung der Geschwindigkeit des Kolbens eines Arbeitszylinders geführt, die nach dem Einlaufprinzip arbeitet, d. h. die Einstellung der Geschwindigkeit der Arbeits­ bewegung des Kolbens wird durch Steuern des Arbeitsdruckes bewirkt. Eine solche Steuerung vermeidet zwar stoßartige Bewe­ gungen des Kolbens bei Beginn einer Arbeitsbewegung, sie hat aber dafür den Nachteil, daß es zu lange dauert, bis der Druck des Druckmittels innerhalb des Arbeitszylinders aufgebaut ist. Die damit verbundene Verzögerung in der Übertragung des Druckes hat auch hier eine Verringerung des Wirkungsgrades zur Folge.

Bei einem bekannten Ventil zum Steuern eines Arbeitszylinders entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches (US-PS 32 74 902) sind zwei selbständige Steuerventile zu einem Doppelventil vereinigt. Dabei dient ein Ventil zur Steue­ rung der Arbeitsbewegung und das andere zur Steuerung der Rückholbewegung des Kolbens. Die Ventilkörper der beiden Ventile, die je von einer Feder im Schließsinne belastet sind, sind gleichachsig in einem gemeinsamen Gehäuse ange­ ordnet und stehen über Zwischenglieder derart miteinander in Verbindung, daß sie sich gegenseitig beeinflussen können. Die Steuerung ist dabei so ausgelegt, daß im Falle einer Unterbrechung der Zufuhr des Druckmittels zur Arbeitskammer die Stellung des Kolbens beibehalten wird. Bei erneuter Beaufschlagung besteht die Gefahr einer stoßartigen Bewe­ gung des Kolbens. Insgesamt ist dieses Steuerventil nicht nur wegen seiner Doppelausführung von zwei Einzelventilen relativ kompliziert und aufwendig gestaltet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuerventil zum Steuern eines Arbeitszylinders anzugeben, welches die Möglichkeit bietet, den Kolben in beiden Bewegungsrichtun­ gen mit einer gewünschten Geschwindigkeit stoßfrei und den­ noch derart zügig steuern zu können, daß insgesamt ein optimaler Wirkungsgrad erzielt wird.

Ausgehend von einem Steuerventil der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der als Drosselkörper ausgebildete Ventilkörper einen den Gehäusedurchgang abdichtenden Ausgleichskolben aufweist, der mit einem außerhalb des Gehäusedurchganges befindlichen gleichachsigen Steuerkolben im Öffnungssinn des Ventilkörpers in Druckberührung steht und daß der Steuerkolben einen größeren Querschnitt als die Fläche des Ventilsitzes des Ventilkörpers hat und in einer Zylinderkammer als einseitig beaufschlagbarer Kolben einen Druckmittelraum abschließt, der an die Leitung ange­ schlossen ist, die den Zylinderraum auf der in bezug auf die Arbeitskammer entgegengesetzten Kolbenseite des Arbeits­ zylinders mit dem Umschaltventil verbindet.

Mit einem solchen Steuerventil wird die Bewegung des Kolbens im Arbeitszylinder durch den als Drossel wirkenden Ventil­ körper selbständig verlangsamt, wenn im Arbeitszylinder bei Beginn einer Arbeitsbewegung zunächst kein Gegendruck wirksam ist. Nach der Anlaufphase erhöht sich der Druck im Druckmittelzylinder, so daß der Kolben nun zügig auf die vorgegebene Arbeitsgeschwindigkeit beschleunigt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß im Steuerventil ein Hilfskolben vorgesehen ist, der in Abhängigkeit vom Gegen­ druck auf den als Drossel wirkenden Ventilkörper derart einwirken kann, daß bei fehlendem Gegendruck der Durch­ trittsquerschnitt klein ist, dieser jedoch nach Aufbau des Gegendrucks entsprechend der gewünschten Bewegungsge­ schwindigkeit des Kolbens selbsttätig auf einen vorgege­ benen Wert vergrößert wird.

Um den Durchtrittsquerschnitt in der Drosselstellung des Ventilkörpers verändern zu können, ist es zweckmäßig, einen veränderbaren Anschlag vorzusehen. Dies kann vorteil­ hafterweise dadurch geschehen, daß als Anschlag ein Kopfstück an einer Regulierstange eingesetzt wird, an der der Ventilkörper auf der Rückseite des Kopfstückes axial beweglich geführt ist. Durch eine Veränderung der axialen Stellung des Kopfstückes kann somit die in der Anlaufphase wirksame Offenstellung (Drosselstellung) des Ventilkörpers nach Wunsch in ihrer Größe verändert und somit die Ge­ schwindigkeit des Kolbens erhöht oder verringert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A in schematischer Form einen zum Stande der Technik gehörenden Steuerkreis eines Arbeits­ zylinders,

Fig. 1B und 1C Arbeitsdiagramme des Steuerkreises der Fig. 1A,

Fig. 2 und 3 Querschnitte eines Steuerventils gemäß der Erfin­ dung in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen.

In Fig. 1A ist ein zum Stande der Technik gehörender pneumatischer Druckmittelkreis dargestellt. Komprimierte Luft wird in die Kammer 3 eines Arbeitszylinders 2 über ein Ventil 1 zur Umkehr der Strömungsrichtung des Druckmittels eingeleitet, während komprimierte Luft aus der anderen Kammer 4 des Arbeitszylinders abgezogen wird. Wie sich aus Fig. 1B ergibt, wird der Kolben mit einer gegebenen Geschwindigkeit verschoben, die von der Druck­ differenz zwischen den beiden Kammern 3 und 4 abhängig ist.

Wenn das Ventil 1 zur Änderung der Strömungsrichtung von einer mittleren neutralen Entleerungsstellung, in der komprimierte Luft aus dem Arbeitszylinder abgelassen wird, in die Stellung verschoben wird, in der der Kammer 3 kom­ primierte Luft zugeführt wird, wird der Kolben einem über­ mäßig hohen Druck komprimierter Luft unterworfen, die in die Kammer 3 eintritt, so daß, wie sich aus Fig. 1C er­ gibt, der Kolben schlagartig verschoben wird. Dies führt häufig zu Beschädigungen der Einrichtung und zu Verletzun­ gen des Bedienungspersonals. In den Fig. 1B und 1C stellen die Linie a die Verschiebung des Kolbens, b die Veränderung des Druckes in die Kammer 3, c die Verände­ rung des Druckes in der Kammer 4 und die schraffierte Fläche die auf den Kolben einwirkende Druckdifferenz in Abhängigkeit von der Zeit dar.

Im allgemeinen wird ein Ventil zur Änderung der Richtung mit einer mittleren Entleerungsstellung aus Sicherheits­ gründen verwendet, um Unfälle beim Abziehen des Druck­ mittels aus dem Arbeitszylinder zu vermeiden, wenn die Anlage nicht in Betrieb ist. Dies führt jedoch zu Unzu­ träglichkeiten wegen der obenerwähnten Gefahr bei der erneuten Inbetriebnahme.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, die obenerwähnten schlagartigen Bewegungen oder Stöße mittels eines Steuerventils zu vermeiden, das eine ausreichende Sicherheit beim Betrieb des Druckmittel­ systems bietet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform der Er­ findung. Das Ventilgehäuse 11 eines Steuerventils 10 ist mit einer Öffnung 12 versehen, die mit einem Ventil 1 zur Änderung der Strömungsrichtung verbunden ist, während die Öffnung 13 mit der Kammer 3 eines Arbeitszylinders 2 in Verbindung steht und eine Steueröffnung 14 an die andere Kammer 4 des Arbeitszylinders 2 angeschlossen ist. Im Inneren des Gehäuses befindet sich eine Ventilkammer 16, die aus einer Kammer 16 a mit großem Durchmesser und einer Kammer 16 b mit einem kleinen Durchmesser besteht, zwischen denen ein Ventilsitz 18 angeordnet ist. Ferner befindet sich in dem Gehäuse eine Hilfskammer 17 mit großem Durchmesser, die sich an das eine Ende der Kammer 16 b anschließt. Die Öffnung 12 ist mit der kleineren Kammer 16 b, die Öffnung 13 mit der Kammer 16 a mit dem größeren Durchmesser verbunden. Zusätzlich steht die Steueröffnung 14 mit der Hilfskammer 17 in Verbindung.

Ein Ventilkörper 19 ist in der Ventilkammer 16, die im Bereich des Druckmitteldurchgangs liegt, gegenüber dem Ventilsitz 18 angeordnet, wobei durch den Ventilkörper und den Ventilsitz 18 die Durchlaßöffnung begrenzt wird. Mit 20 ist ein Ausgleichskolben bezeichnet, der aus einem Stück mit dem Ventilkörper 19 besteht und in der Kammer 16 b mit dem kleineren Durchmesser so angeordnet ist, daß er sich in beiden Richtungen verschieben kann. Eine Feder 22 ist zwischen dem Ventilkörper 19 und einem Verschluß­ stück 21 vorgesehen, das die Ventilkammer 16 verschließt. Ein Steuerkolben 23 mit einem großen Durchmesser ist ver­ schiebbar in der Hilfskammer 17 angeordnet und stößt ge­ gen das Ende des Ausgleichskolbens 20.

Die Steueröffnung 14 ist mit der Hilfskammer 17 auf der rückwärtigen Seite des Steuerkolbens 23 verbunden, während eine Entleerungsöffnung 24 mit der Hilfskammer 17 auf der Vorderseite des Steuerkolbens 23 in Verbindung steht, um den Druck abzulassen, wenn der Steuerkolben verschoben wird.

In dem Ventilkörper 19 befindet sich ferner ein Hohlraum 25, in dem eine Regulierstange 26 endet. Die Stange 26 ist verschiebbar durch das Verschlußstück 21 geführt. Sie ist mit einem Kopfstück 27 versehen, das normaler­ weise gegen die Wandung oder einen Ansatz 28 des Hohl­ raums 25 unter dem Druck der Feder 22 anliegt. Das Kopfstück 27 liegt lose in dem Hohlraum, und zwar so, daß es nicht gegen den gegenüberliegenden Abschnitt des Hohl­ raumes 25 stößt, wenn der Ventilkörper 19 seine voll ge­ öffnete Stellung einnimmt (Fig. 3), in die er durch den Steuerkolben 23 gedrückt wird. Am anderen Ende der Regu­ lierstange 26 befindet sich ein Stellknopf 29, der auf das Verschlußstück 21 aufgeschraubt ist. Durch Drehen des Knopfes 29 kann die Stellung des Ventilkörpers 19 einre­ guliert werden, der gegen die Regulierstange 26 gedrückt wird. Auf diese Weise kann das Spiel zwischen dem Ventil­ körper 19 und dem Ventilsitz 18 eingestellt werden.

Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ventil arbeitet wie folgt:

Fig. 2 zeigt eine erste Stellung, bei der der Steuer­ öffnung 14 kein Druckmittel zugeleitet wird. In diesem Fall befindet sich das Ventil 1 zur Änderung der Richtung in einer mittleren neutralen Entleerungsstellung, wobei die Kammer 3 und 4 des Arbeitszylinders beide mit der Atmosphäre verbunden sind und der Ventilkörper 19 nicht unter der Einwirkung eines Druckmittels steht. Dabei liegt das Kopfstück der Regulierstange 26 an der Schul­ ter 28 des Hohlraums 25 unter der Einwirkung der Feder an und begrenzt den Spalt zwischen dem Ventilkörper 19 und dem Ventilsitz 18. Mit anderen Worten, das Steuerventil 10 befindet sich in einer ersten Übergangsstellung, wäh­ rend der Steuerkolben 23 durch den Ausgleichskolben 20 nach links verschoben ist.

Wenn das Ventil 1, wie es in Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, zur Seite A verschoben wird, wird die Öffnung 12 mit einer Druckmittelquelle verbunden. Der Ventilkörper 19 bewegt sich nicht, d. h. er behält die vorstehend erwähnte Stellung bei, weil der Ausgleichs­ kolben 20, der aus einem Stück mit dem Ventilkörper 19 besteht, unter der Einwirkung der Feder 22 nach links gedrückt wird und die Steueröffnung 14 mit der Atmosphäre verbunden ist, so daß der Steuerkolben 23 nicht verscho­ ben wird. Auf diese Weise strömt das durch die Öffnung 12 eingeführte Druckmittel durch den Spalt zwischen dem Ventilkörper 19 und dem Ventilsitz 18, wobei die Strö­ mungsgeschwindigkeit verringert wird, und dann von der Öffnung 13 in die Kammer 3 des Arbeitszylinders 2, wo­ durch der Kolben in dem Arbeitszylinder 2 eine langsame Anfangsbewegung durch die Einlaufsteuerung infolge der verengten Durchgangsöffnung zwischen dem Ventilkörper 19 und dem Ventilsitz 18 ausführt.

Wird das Ventil 1 in die Stellung B verschoben, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, und damit die Öffnung 12 mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht, während die Steueröffnung 14 und die Kammer 4 des Arbeitszylinders 2 über die Leitung 5 mit der Druckmittelquelle verbunden sind, verschiebt sich der Steuerkolben 23 sofort unter dem Einfluß des Druckmittels, das über die Steueröffnung 14 in die Hilfskammer 17 eintritt, so daß der Ventilkörper 19 nach recht in eine zweite Stellung verschoben wird, in der der Spalt zwischen dem Ventilkörper 19 und dem Ventilsitz 18 ganz geöffnet ist. Dabei ist der Durch­ messer des Steuerkolbens 23 ausreichend groß, um auf den Druck des Druckmittels anzusprechen, selbst wenn dieser Druck verhältnismäßig niedrig ist. Das Druckmittel kann aus der Kammer 3 des Arbeitszylinders 2 ohne irgendeinen Widerstand abfließen, so daß der Kolben mit einer be­ stimmten Geschwindigkeit zurückgeschoben wird, die der Druckdifferenz zwischen der Kammer 3 und der Kammer 4 entspricht, der das Druckmittel von der Druckmittelquelle zugeleitet wird. Diese Arbeitsweise entspricht der eines Zweiwegeventils mit zwei Öffnungen gemäß Fig. 1B.

Darüber hinaus wird, wenn das Ventil 1 von der Stellung B in die Stellung A verschoben wird, die Kammer 4 des Arbeitszylinders mit der Atmosphäre in Verbindung ge­ bracht, worauf das Druckmittel von der Druckmittelquelle über das Steuerventil 10 in die Kammer 3 eingeleitet wird. Dabei spricht der Steuerkolben 23, wie bereits erwähnt, selbst auf einen niedrigen Druck an, so daß, wenn in der Leitung 5 ein Druck verbleibt, der Steuerkolben 23 seine nach rechts verschobene Stellung beibehält, wodurch der Ventilkörper 19 in seiner voll geöffneten Stellung in be­ zug auf den Ventilsitz 18 bleibt. Dadurch stößt das Druck­ mittel auf keinen Widerstand, wenn es in die Kammer 3 einströmt. Der Arbeitszylinder 2 arbeitet somit in gleicher Weise wie bei Verwendung eines üblichen Zwei­ wegeventils mit zwei Öffnungen. Es sei darauf hingewie­ sen, daß, nachdem der Druck des Druckmittels in der Leitung 5 bis fast auf den Atmosphärendruck zurückgegan­ gen ist, d. h. nachdem der Kolben in dem Arbeitszylinder seine Vorwärtsbewegung beendet hat, der Ventilkörper 19 in die Stellung zurückgeht, in der die Öffnung verengt ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Arbeitsweise des Steuerventils ergibt sich, daß das einströmen des Druck­ mittels in den Arbeitszylinder nur begrenzt wird, wenn man von der mittleren neutralen Entleerungsstellung oder von einer Stellung ausgeht, bei der der Druckmitteldruck in dem Arbeitszylinder abgelassen ist, wobei eine lang­ same Anfangsbewegung des Arbeitszylinders ermöglicht wird, während der Kolben des Arbeitszylinders danach mit einer gegebenen Geschwindigkeit bewegt wird, ohne daß er irgendwelchen Begrenzungen unterworfen ist.

Um die Geschwindigkeit des Kolbens eines Arbeitszylinders zu ändern, genügt es, ein Drosselventil oder ein Ventil zur Steuerung der Geschwindigkeit für das Ventil 1 zur Änderung der Richtung vorzusehen. Es kann auch ein von Hand betätigtes Drosselventil in das Steuerventil 10 ge­ mäß vorliegender Erfindung zur Auslaufsteuerung eingebaut werden.

Claims (2)

1. Steuerventil zum Steuern eines Arbeitszylinders sowohl während der Arbeits- als auch Rückholbewegung seines Kol­ bens, bei dem an den Ventileinlaß ein Umschaltventil und an den Ventilauslaß die Arbeitskammer des Zylinders ange­ schlossen sind und im Einlaß und Auslaß verbindenden Ge­ häusedurchgang ein Ventilsitz angeordnet ist, dem ein druckmittelbetriebener, im Schließsinn federbelasteter Ventilkörper zugeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der als Drosselkörper ausgebildete Ventil­ körper (19) einen den Gehäusedurchgang (zwischen 12 und 13) abdichtenden Ausgleichskolben (20) aufweist, der mit einem außerhalb des Gehäusedurchganges befindlichen gleichachsi­ gen Steuerkolben (23) im Öffnungssinn des Ventilkörpers (19) in Druckberührung steht und daß der Steuerkolben (23) einen größeren Querschnitt als die Fläche des Ventilsitzes (18) des Ventilkörpers (19) hat und in einer Zylinderkammer (17) als einseitig beaufschlagbarer Kolben einen Druckmit­ telraum abschließt, der an die Leitung (5) angeschlossen ist, die den Zylinderraum (4) auf der in bezug auf die Arbeitskammer (3) entgegengesetzten Kolbenseite des Arbeits­ zylinders (2) mit dem Umschaltventil (1) verbindet.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellung des Ventilkörpers (19) durch einen einstellbaren Anschlag veränderbar ist, der aus einem Kopf­ stück (27) an einer Regulierstange (26) besteht, an der der Ventilkörper (19) auf der Rückseite des Kopfstückes (27) axial beweglich geführt ist.