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Einrichtung zur Betätigung von vorgesteuerten
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Signalgliedern, insbesondere Schieber- oder Sitzventilen.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Betätigung von vorgesteuerten
Signalgliedern, insbesondere Schieber- oder Sitzventilen, die in Abhängigkeit von
der Stellung eines Auslösers durch Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung intern
angesteuert und umgesteuert werden, indem über den Auslöser eine mit einer Kammer
des Steuergliedes verbundene Düse geöffnet oder geschlossen wird.
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Ventile, wie sie in der Pneumatik eingesetzt werden, sind überwiegend
als Ventile mit zwei möglichen Positionen ausgebildet, und zwar vor allem dann,
wenn es sich um Signalglieder handelt. Hierbei stehen wiederum je nach Aufgabenstellung
zwei Alternativen zur Auswahl, nämlich Nullstellung/ Ausgangsstellung gesperrt oder
Nullstellung/ Ausgangsstellung geöffnet.
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Universelle Ventile, die aufgrund der gegebenen Konstruktion beide
Anschlußvarianten gestatten, sind meist als Schieberventile ausgebildet. Sitzventile
hingegen erfordern grundsätzlich zwei konstruktiv unterschiedliche Basisventile,
so daß
die beiden Funktionen " Ausgangsstellung geöffnet " bzw.
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"Ausgangsstellung gesperrt" nicht ohne weiteres und nur mit beträchtlichem
Aufwand durch universell ausgebildete Ventile realisiert werden können.
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So ist es üblich, speziell bei Sitzventilen als Signalglieder lagermäßig
zwei Basisventile zu führen, die sich in ihren internen konstruktiven Gegebenheiten
zum Teil erheblich unterscheiden müssen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin,
durch eine federbelastete Hebelanordnung das Ventil in der Ausgangsstellung bereits
durch den Kraftüberschuß einer Feder in der Ausgangsposition durchzuschalten. Diese
zusätzliche Anordnung wird entweder baulicherseits unmittelbar vorgenommen oder
aber durch einen die Ventilabmessungen vergrößernden Aufsatz verwirklicht, der ein
Schwenklager, einen Hebel und auch eine Feder beinhaltet.
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Nachteilig an diesen bisher praktizierten Ausführungen ist es, daß
einerseits zwei unterschiedliche Ventiltypen auf Lager gehalten werden müßten oder
andererseits entsprechende bauliche Veränderungen an den Basisventilen vorzunehmen
sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, vor allem sogenannte Mikro-Tastventile,
die als vorgesteuerte Signalglieder bzw.
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Ventile in der Größenordnung handelsüblicher kleiner elektrischer
Mikroschalter ausgelegt sind,mit einem ei.nzigen Basisventil in beiden vorher erwähnten
Anschlußweisen zu realisieren, wobei
gleichzeitig die Forderung
besteht, die äußeren Abmessungen des Ventiles und vor allem die Einbaumaße nicht
zu verändern. Ferner stellt sich die weitere Aufgabe, eine überhubsicherung in die
Betätigungseinrichtung zu integrieren, so daß eine mechanische Empfindlichkeit gegenüber
Nichteinhaltung der vorgegebenen Betätigungshübe nicht auftritt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der eingangs erwähnten
Einrichtung aus und kennzeichnet sich dadurch, daß der Auslöser gegen die Wirkung
einer ersten Feder, welche ein Sperrorgan in Richtung auf die Düse vorspannt, und
relativ zum Sperrorgan verstellbar ist und daß die beiden möglichen Verstellbewegungsrichtungen
des Auslösers über eine Invertiervorrichtung in jeweils entgegengesetzte Verstellbewegungsrichtungen
des Sperrorgans invertierbar sind, derart, daß beim Drücken des Auslösers das Sperrorgan
von der Düse abhebt und die genannte Kammer mit Atmosphäre verbunden wird.
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Der mit dieser Betätigungseinrichtung erreichbare Vorteil ist vor
allem darin zu sehen, daß man von üblichen Ventilen als Steuerglieder ausgehen kann
und daß die erfindungsgemäße Einrichtung unmittelbar in den sonstigen Aufbau dieser
Steuerglieder integriert werden kann, ohne daß deren Einbaumaße verändert werden
müssen.
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Hierdurch wird eine Vereinheitlichung hinsichtlich einer Ventilgrundtype
erreicht.
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In der anliegenden Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 einen Längs schnitt durch
eine in Ruhestellung befindliche Betätigungseinrichtung nach der Erfindung, Figur
2 einen Längs schnitt durch eine in Arbeitsstellung befindliche Betätigungseinrichtung
mit einer noch nicht wirksamen Uberhubsicherung, Figur 3 einen Längsschnitt durch
die Einrichtung nach Fig.3 mit wirksam gewordener Uberhubsicherung, Figur 4 einen
Längsschnitt durch eine anders ausgeführte Betätigungseinrichtung nach der Erfindung
in Ruhestellung, Figur 5 die Einrichtung nach Figur 4 in Arbeitsstellung, Figur
6 die praktische Anwendung einer Betätigungseinrichtung nach den Figuren 2 und 3
bei einem vorgesteuerten Membranventil als Signalglied, Figur 7 die in Figur 6 dargestellte
Ausführungsform in Arbeitsstellung und Figur 8 die Anwendung einer Betätigungseinrichtung
nach den Figuren 2 und 3 bei einem vorgesteuerten Schieberventil.
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Gemäß Figur 1 sind der als Auslöser dienende Betätigungsknopf 8 und
däs Sperrorgan 1 relativ zueinander verstellbar.
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Sie werden durch die Druckfeder 2 gegeneinander abgestützt und auf
Abstand gehalten. Die Betätigungseinrichtung ist in einem Gehäuse 17 des nicht im
einzelnen dargestellten Steuergliedes untergebracht und durch eine Buchse 15 mit
einem Widerlager 16 gegen Herausdrücken gesichert.Dem Gehäuse ist eine Bohrung 20
als by-pass zugeordnet, die aus einer Kammer des Steuergliedes kommend über eine
Düse 19 in den Bereich der Betätigungseinrichtung einmündet, wobei im nicht dargestellten
geöffneten Zustand der Düse 19 das durch die Bohrung 20 entweichende Fluid entweder
durch eine Atmungsbohrung 21 oder eine entsprechende Toleranzbemessung der Bauteile
mit der Atmosphäre kommuniziert.
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Die bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 3 zur Anwendung
kommende Invertiervorrichtung ist als gebogene Scheibe oder Gabel mit einer die
Düse exzentrisch umfassenden Ausnehmung ausgebildet, wobei sich die Scheibe bzw.
Gabel mit ihrer konvexen Fläche auf einer Auflagefläche des Signalgliedgehäuses
verschwenkbar abstützt, während sich gegenüberliegende Bereiche dieser Vorrichtung
zum einen am Auslöser und zum anderen am Ventilsitz derart anliegen, daß bei Betätigung
des Auslösers der Ventilsitz von der Düse abgehoben wird.
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Entsprechend Figur 1 ist eine solche ballige oder gewölbte Scheibe
4 mit einer um das Maß E exzentrischen Ausnehmung 22 an dem als Auflagefläche dienenden
Boden 23 des Gehäuses 17 schwenkbar abgestützt und durch die entsprechenden Abmessungen
der Düse
19 und der Ausnehmung 22 in ihrer Lage fixiert. Die gezeigte
Scheibe könnte auch durch eine gleichwirkende Gabel ersetzt werden.
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Bei Einwirkung der Kraft F auf den Betätigungsknopf 8 wirkt die Stirnfläche
25 des Auslösers im Bereich 24 auf die Scheibe 4, wodurch diese gegen den Boden
23 des Gehäuses 17 bewegt und verschwenkt wird. Aufgrund der Wölbung, der exzentrischen
Ausnehmung 22 und der Lagefixierung der Scheibe 4 bewegt sich diese mit dem gegenüberliegenden
Bereich 26 von der Auflagefläche 23 weg und hebt somit das von der Feder 2 in Richtung
auf die Düse 19 vorgespannte Signalorgan 1 von der Düse ab, so daß das in der zugeordneten
inneren Kammer des Steuergliedes und damit auch in der Bohrung 20 anstehenden Fluid
nunmehr über die Bohrung 21 in die Atmosphäre entweichen kann. Hierdurch wird ein
entsprechender Schaltvorgang in dem Signalglied ausgelöst, da dessen Kammer dann
über die beschriebenen Verbindungen mit der Atmosphäre kommuniziert, wie es noch
näher anhand von zwei praktischen Anwendungsfällen beschrieben werden wird. Sobald
die Druckkraft F aufgehoben wird, drückt die Feder 2 das Sperrorgan 1 wieder auf
die Mündung der Düse 19 und den Druckknopf 8 zurück in die Ruhestellung gemäß Figur
1.
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Unter Beibehaltung des grundsätzlichen Aufoaus der Betätigungseinrichtung
mit der Invertiervorrichtung kann in die Einrichtung auch eine Überhubsicherung
integriert werden, so daß das System gegen mechanische Einflüsse weniger anfällig
wird, falls die vorgegebenen
oder auch vorgeschriebenen Betätigungshübe
nicht eingehalten werden sollten.
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Zu diesem Zweck kann so vorgegangen werden, daß der Auslöser im wesentlichen
aus einer direkt auf die Invertiervorrichtung wirkenden Hülse und einem aus dem
Steuergliedgehäuse vorstehenden Betätigungsknopf als getrennte Elemente aufgebaut
wird, wobei der Betätigungsknopf durch eine gesonderte Feder auf Abstand zur Hülse
gehalten wird und unter gleichzeitiger Mitnahme der Hülse axial verstellbar ist,
bis das Sperrorgan von der Düse abgehoben ist. Bei zugelassener und weitergehender
Verstellung des Betätigungsknopfes kann dieser unter wachsender Spannung der genannten
Feder relativ zu der dann feststehenden Hülse in Betätigungsrichtung weiter eingedrückt
werden.
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Die Figur 2 zeigt im Bereich 12 eine solche Aufteilung des Auslösers
in den eigentlichen Betätigungsknopf 10 und eine diesen im Bereich 12 umschließende
axial und relativ zum Betätigungsknopf bewegliche sowie direkt auf die Invertiervorrichtung
4 wirkende Hülse 9. Diese Hülse hat der Darstellung gemäß im Bereich 12 ein Widerlager
für ein gegenüberliegendes Widerlager des Betätigungsknopfes, während beide Widerlager
durch eine vorgespannte Feder 11, die in ihrer Federkraft stärker ausgelegt ist
als die Feder 2, in gegenseitiger Anlage gehalten werden, solange keine Uberhübe
bedeutenden Kräfte auf den Betätigungsknopf einwirken.
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Bei Ausübung einer Kraft F1 auf den Betätigungsknopf 10 wird diese
Kraft durch die Feder 11 auf die Hülse 9 übertragen, die ihrerseits eine zur Bewegung
des Betätigungsknopfes gleichlaufende axiale Bewegung zur Auflagefläche 23 hin durchführt.
Hierdurch wird, wie bereits im Zusammenhang mit der Einrichtung nach Figur 1 beschrieben
wurde, ebenfalls das Sperrorgan 1 von der Düse 19 um den Hub H1 angehoben,indem
die Hülse 9 die Scheibe 4 um ihre Auflagefläche verschwenkt, um dabei das Sperrorgan
1 in die Arbeitsstellung nach Figur 2 zu bringen.
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Bei einer Erhöhung der Kraft von F1 auf F2 und damit des Betätigungshubes
von H2 auf H3 wird die Bewegung der Hülse 29 in Richtung auf die Fläche 23 durch
diese Fläche und die Dicke der Scheibe 4 begrenzt, während die bei 12 durch radiale
Ringflächen am Betätigungsknopf 10 und der Hülse 9 gebildeten beiden Widerlager
außer Anlage gebracht werden und gleichzeitig die zum bereits erfolgten Betätigungsvorgang
eigentlich nicht mehr notwendige weitere Bewegung des Betätigungsknopfes 10 so weit
fortschreiten kann, bis die beiden anderen Widerlager 27 und 28 der Hülse 9 und
des Betätigungsknopfes 10 entsprechend Figur 3 zur Anlage kommt. Dementsprechend
begrenzen also die jeweils paarweise zusammenarbeitenden Widerlager die beiden möglichen
Extremstellungen des Betätigungsknopfes 10 zur Hülse 9.
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Anstelle einer Scheibe 4 bzw. Gabel als Invertiervorrichtung können
auch Rollen, Kugeln oder Keile zum Einsatz kommen, die mit Schrägflächen am Auslöser
und Sperrorgan zusammenarbeiten und bei Betätigung des Auslösers auf einer ebenen
Fläche des Steuergliedgehäuses rollend oder gleitend radial verstellt werden, um
das Sperrorgan von der Düse abzuheben.
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Die in den Figuren 4 und 5 gezeigte Ausführungsform zeigt ein Beispiel
für eine solche mit Kugeln arbeitende Betätigungseinrichtung. Da der aus der Hülse
9 und dem Betätigungsknopf 10 bestehende Auslöser und auch die sonstige Konstruktion
wie in den Figuren 2 und 3 ausgeführt sind, braucht in diesem Fall nur die Invertiervorrichtung
näher erläutert zu werden.
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Jede Kugel 6 liegt im Bereich ihrer oberen Kugelhälfte im wesentlichen
punktweise an einer umlaufenden Schrägfläche 7 des Sperrorgans 1 und einer im Winkel
hierzu gegenüberliegenden Schrägfläche 5 an, die umlaufend am stirnseitigen Ende
der Hülse 9 ausgebildet ist. Wenn die Hülse ausgehend von der in Figur 4 dargestellten
Ruhestellung über den Betätigungsknopf 10 nach unten bewegt wird, schiebt die Schrägfläche
5 die Kugeln 6 auf der ebenen Auflagefläche 23 radial nach innen, wobei die Kugeln
gegen die Schrägfläche 7 am Sperrorgan 1 drücken und dieses aufgrund der vertikal
nach oben gerichteten Kraftkomponente von der Düse 19 in die Arbeitsstellung gemäß
Figur 5 abheben, so daß auch
in diesem Fall wieder die zum nicht
gezeigten Steuerglied führende Düsenbohrung 20 mit der Atmosphäre kommuniziert und
das Steuerglied umgesteuert wird.
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Es ist verstandlich, daß man gleiche Funktionen auch erzielen kann,
indem anstelle von Kugeln Rollen oder auch Keile als Invertiervorrichtungen verwendet
werden. Es ist nur darauf zu achten, daß die Lage und Winkelstellung der Schrägflächen
an der Hülse 9 und am Sperrorgan 1 im Verhältnis zum Rollendurchmesser oder zu den
Keilflächen so gelegt werden, daß möglichst geringe Druckkräfte zum Abheben des
Sperrorgans aufgewendet werden müssen.
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Gleiches gilt sinngemäß im Hinblick auf die Kraft, welche die innere
Feder 2 für die Rückstellung des Sperrorgans 1 aufzubringen hat. Im übrigen hat
man es in der Hand, durch unterschiedliche Neigungen der Schrägflächen 5 und 7 bestimmte
und für den jeweiligen Anwendungsfall günstige übersetzungsverhältnisse für die
Invertierbewegung vorzugeben.
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Die Figur 6 zeigt schematisch eine praktische Anordnung der Betätigungseinrichtung
nach den Figuren 2 und 3 in einem vorgesteuerten Sitzventil. Die vom Anschluß P
her einströmende Druckluft gelangt über den Kanal 30 in die Kammer 40 und von dort
über die Blende 31, die Bohrung 34, die Kammer 35 und die Düsenbohrung 20 zur abgesperrten
Düse 19. Hierdurch baut sich in der Kammer 35 der
am Anschluß P
anstehende Druck auf und bewirkt durch die der Kammer 35 zugewandte Fläche der Membran
37 das gezeigte Abheben des Sperrorganes 32 von seiner Dichtung 36, so daß der an
P stehende Luftdruck durch den geöffneten Ventildurchlaß 33 über den Kanal 41 zum
Nutzsignal - Ausgang A geführt wird.
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In der Figur 7 ist das gleiche Ventil wie in Figur 6 gezeigt, und
zwar in einer Position, bei welcher der Betätigungsknopf 10 mit der Kraft F4 beaufschlagt
wird. Hierdurch wird das Sperrorgan 1 entsprechend der vorausgegangenen Beschreibung
des Ausführungsbeispiels nach den Figuren 2 und 3 von der Düse 19 abgehoben, so
daß die Kammer 35 über die Düse 19 und die Atmungsbohrung 21 zur Atmosphäre hin
entlüftet wird. Sowohl der in der Kammer 42 anstehende Luftdruck als auch der unter
der Fläche des Sperrorgans 32 anstehende Druck bewirken, daß dieses Sperrorgan an
der Dichtung 36 zur Anlage gelangt. Hierdurch wird im Bereich 43 das Ventil geöffnet,
so daß vom Ausgang A über den Kanal 41, den geöffneten Ventilschlitz 43 und den
Kanal 46 die Luft zur Atmosphäre R hin abströmen kann. Sobald die Wirkung der Druckkraft
F4 wieder aufgehoben ist, wird die Düse 19 über das Sperrorgan 1 automatisch verschlossen,
so daß sich der Betriebszustand gemäß Figur 6 wieder einstellt.
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Bei der in Figur 8 gezeigten Ausführungsform soll ein in seinem Aufbau
grundsätzlich bekanntes vorgesteuertes Schieberventil umgesteuert
werden,
bei dem wir beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel auch wieder die Betätigungseinrichtung
nach den Figuren 2 und 3 zum Einsatz gelangt. Der Betätigungsknopf 10 wird mit der
Kraft F5 beaufschlagt, so daß die Düse 19 geöffnet wird, durch welche dann der Teilluftstrom,
der vom Anschluß P durch die Blende 50 entnommen wird, in die Atmosphäre entströmt.
Hierdurch wird in der Kammer 51 der Druck abgebaut, so daß die Kraft der Feder 52
den Steuerschieber 53 in die gezeigte Position bewegen kann. Wird die Kraft F5 gelöscht
und somit die Düse 19 wieder verschlossen, baut sich der an P herrschende Druck
erneut im Raum 51 auf und bewirkt ein invertiertes Schalten des Steuerschiebers
53 gegen die Feder 52.