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Pneumatisches Stellglied zur Betätigung von mindestens einem
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Abdeckorgan, insbesondere Be- oder Entlüftungsjalousien in Industriegebäuden
Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Stellglied gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes
des Anspruches 1.
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Durch die DE-AS 17 08 158 ist bereits ein pneumatisches Stellglied
zur stufenlosen Betätigung von Abdeckorganen, wie Fenstern, Lichtkuppeln oder dgl.,
mit einer an seinem freien Ende an dem Abdeckorgan angreifenden Kolbenstange bekannt
geworden, deren Kolben in einem Zylinder beidseitig mit Druckluft beaufschlagbar
ist, wobei zur Arretierung der Kolbenstange ein in beide Richtungen wirkendes Gesperre
vorgesehen ist, daß aus zwei sich verkantenden federbelasteten Sperrplatten besteht,
die von der Kolbenstange durchdrungen sind und wobei das Gesperre innerhalb des
Zylinders in einem durch eine Zwischenwand vom Arbeitsraum des Kolbens abgetrennten
Zylinderraum angeordnet ist, in dem mittels eines einseitig mit Druckluft beaufschlagbaren
Hilfskolbens die Entriegelung des Gesperres bewirkt wird.
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Nachteilig ist bei einem derartigen Gesperre, daß die Kolbenstange
durch das Gesperre leicht beschädigt wird und damit auch die an der Kolbenstange
anliegenden Dichtungen in Mitleidenschaft geraten. Die bekannte Lösung ist daher
mit einem relativ großem Verlust behaftet.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein pneumatisches Stellglied der
eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Kolbenstange und das Gesperre keinem
wesentlichen Verschleiß ausgesetzt sind, obwohl die durch das Gesperre bewirkte
Arretierung nur mit relativ großen Kräften
osbar ist, so daß insbesondere
normale Windkräfte, die z.B. auf ein Abdeckorgan einwirken, die Arretierungen nicht
zu lösen vermögen.
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Wesentlich ist dabei auch die Möglichkeit, daß mehrere Abdeckorgane
mit unterschiedlichen Verstellwiderständen gleichzeitig in die gleiche Stellung
verschoben werden können, wobei die pneumatischen Stellglieder alle an dieselbe
Druckluftleitung angeschlossen sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst.
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Eine vorteilhafte Ausführung nach der Erfindung besteht darin, daß
die Gesperre jeweils mit einer gewählten Sperrkraft in eine Vertiefung einrasten
und daß zum gleichzeitigen Verstellen von mehreren unterschiedliche Verstellwiderstände
aufweisenden Ankerorganen in ihre volle Uffnungs- oder Schließstellungen oder jeweils
in mindestens eine Zwischenstellung jedem Ankerorgan mindestens ein Stellglied zugeordnet
ist, daß sämtliche Stellglieder an die gleiche Druckluft leitung angeschlossen sind
und daß in die Druckluftleitung eine Drucksteuervorrichtung eingeschaltet ist, die
zum Verschieben der Kolben bis zum Einrasten aller Gesperre in die jeweils gleichen
Vertiefungen in die Zylinder einen Druck einsteuert, der etwas niedriger ist als
die auf ein Gesperre wirkende gewählte Sperrkraft einschließlich der auf die Kolben
wirkendenFederkraft aber ausreichend höher ist als der an einem Abdeckorgan maximal
auftretende Verstellwiderstand zum Verstellen des Abdeckorgans in die der Rastierung
zugeordneten Stellung und die zum Ausrasten aller Gesperre aus den zugehörigen Vertiefungen
in die Zylinder einen erhöhten Druck einsteuert, der höher ist als die Sperrkraft
einschließlich der Federkraft.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und/oder der nachfolgenden Beschreibung
für zwei Ausführungsbeispiele, die in einer Zeichnung dargestellt sind, Hierin zeigt:
Fig.
1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ein Druck-Wegdiagramm
eines erfindungsgemäßen pneumatischen Stellgliedes und Fig. 3 einen Axialschnitt
durch einen Zylinderkopf in einer gegenüber dem Zylinderkopf in Fig. 1 abgeänderten
Ausbildung.
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Das erfindungsgemäße Stellglied besteht aus einem Zylinderrohr 1,
das mit einem Boden 2 einstückig ist. Der Boden 2 ist außenseitig zu einer Halterung
3 erweitert, die zur schwenkbaren Lagerung an einem nicht dargestellten Bolzen eine
durchgehende Bohrung 4 mit eingesetzter Lagerhülse aufweist. Der Boden besitzt außerdem
eine Anschlußbohrung 5, die an eine zentrale Bodenöffnung t anschließt.
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Die Anschlußbohrung steht mit einer pneumatischen Leitung 7 in Verbindung,
die über ein Ventil 8 an eine nicht dargestellte Druckluftquelle angeschlossen ist.
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Im Zylinder 1 ist ein Kolben 9 axial verschieblich angeordnet, der
mit dem einen Ende einer Kolbenstange 10 verbunden ist, die durch eine zentrale
Bohrung 10' in einem Zylinderkopf 11 nach außen geführt ist. Das äußere Ende 12
der Kolbenstange greift an einem
verschwenkbaren Abdeckorgan, beispielsweise
an einem Fenster an, das hier nicht dargestellt ist. Der Zylinderkopf 11 ist in
das offene Ende des Zylinderrohres fest eingesetzt.
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Als Hubbegrenzung für den Kolben 9 greift die Kolbenstange durch ein
Rohrstück 13,das in der voll ausgefahrenen Stellung der Kolbenstange sich einerseits
am Kolben 9 und andererseits am Zylinderkopf 11 abstützt. In das Innere des Zylinderrohres
1 ist eine Regelfeder 14 eingesetzt, die sich mit ihrem einen Ende am Kolben 9 und
mit ihrem anderen Ende am Zylinderkopf 11 abstützt. Die Kolbenstange ist in Fig.
1 in der am weitesten eingefahrenen Stellung dargestellt, in der der Kolben innenseitig
am Zylinderboden anliegt.
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Erfindungsgemäß besitzt die Kolbenstange zwei umlaufende Nuten 15
und 16, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.
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In dem Zylinderkopf 11 befinden sich mehrere über den Umfang gleichmäßig
verteilte radiale Bohrungen, z.B. vier, von denen in der Fig. 2 nur die miteinander
fluchtenden radialen Bohrungen 17 und 18 dargestellt sind. In jede Bohrung ist eine
Kugel 19 bzw. 20 eingesetzt, die von einer Feder 21 bzw. 22 belastet ist. Die Federn
stützen sich jeweils an einer Schraube 23 bzw. 24 ab, die in den äußeren Teil der
mit einem Gewinde versehenen Bohrung 17 bzw. 18 eingesetzt ist. Je nach der Einschraubtiefe
drücken die Federn 21 und 22 mit bestimmten Kräften auf die Kugeln 19 und 20. Der
Zylinderkopf 11 besitzt eine durchgehende Bohrung 25 über die der Zylinderraum zwischen
dem Kolben 9 und dem Zylinderkopf 11 an Atmosphäre angeschlossen ist.
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In der dargestellten, vollständig eingefahrenen Stellung der Kolbenstange
10 lasten die Kugeln 19, 20 auf der Kolbenstange außerhalb der Nuten 15 und 16.
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Wird der Kolben 9 über das Ventil 8 und die Druckluftleitung 7 mit
Druckluft beaufschlagt, so wird in Fig. 1 der Kolben 9 mit der Kolbenstange 10 entgegen
der Kraft der Feder 14 und der an dem vorderen Ende 12 der Kolbenstange angreifenden
Last nach rechts ver-
schoben, bis die Kugeln 19, 20 in die Nut
16 eingreifen bzw. einschnappen, wodurch die Kolbenstange in einer bestimmten Stellung
arretiert wird.
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Soll die Kolbenstange weiter ausgefahren werden, so muß der Druck
der auf den Kolben gegebenen Druckluft erhöht werden. Ist ein bestimmter Druck erreicht,
löst sich die Kolbenstange aus ihrer Rastierung, wobei die Kugeln entgegen den Kräften
der Federn 21, 22 radial nach außen gedrückt werden. Die Kugeln laufen dabei a den
Nutenwänden hoch und rollen auf der ausfahrenden Kolbenstange, bis die Kugeln in
die zweite Nut Xinrasten bzw. einschnappen. Auch aus dieser zweiten Arretierung
kann sich die Kolbenstange wieder lösen, in dem auf den Kolben 9 ein erhöhter Druck
gegeben wird. Der Kolben schlägt schließlich an dem Rohrteil 13 an, wodurch der
Hub begrenzt ist.
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Fig. 2 zeigt den steigenden Druckverlauf 26 des auf den Kolben aufgebrachten
Druckes p über der Weglänge s. Hieraus wird deutlich, daß mit steigendem Druck der
Kolben entgegen der Kraft der Regelfeder 14 nach rechts verschoben wird, wobei aufgrund
der Regelfeder ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem Kolbenweg s und dem
auf den Kolben wirkenden Druck p besteht. Bei wachsenden pneumatischen Druck auf
den Kolben entsprechend der zunehmenden Kraft der Feder wird die Kolbenstange nach
rechts verschoben, bis die Kugeln 19, 20 in die erste Nut 16 einrasten bzw. einschnappen.
Bei dem Einrastvorgang bildet sich in dem Druckdiagramm eine erste Drucksenke 26
aus, der der Druck p 1 zugeordnet ist. Um die Kolbenstange in der rastierten Stellung
zu halten, wird der Druck p 1 aufrechterhalten.
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Zur Lösung der Kolbenstange 10 aus ihrer Rastierung wird entweder
der Druck auf Null abgesenkt, so daß die Regelfeder den Kolben in seine Ausgangslage
zurückführen kann, oder der Kolben wird mit einem um den Druck p 2 erhöhten Druck
p 1 eaufschlagt, um die Kolbenstange weiter nach rechts zu verschieben. Nach dem
Ausschnappen der Kugeln aus der Rastierungsnut 16 bildet sich kurzzeitig eine weitere
Drucksenke aus,wohei mit zunehmendem Druck entgegen der steigenden Kraft
der
Feder 14 die Kolbenstange weiter ausgefahren wird, bis die Kugeln 19, 20 in die
zweite Nut 15 einrasten bzw. einschnappen und die Kolbenstange 10 damit in einer
zweiten Stellung arretiert ist. Dabei bildet sich beim Einrasten der Kugeln eine
Drucksenke aus, der der Druck p 3 zugeordnet ist. Beim Aufrechterhalten des Druckes
p3 bleibt die Kolbenstange 10 in ihrer Rastierung. Wird der Druck um den Wert p
4 = p 2 angehoben, dann wird die Rastierung aufgehoben, indem die Kugeln aus der
Nut herausgehoben werden.
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Je nach der Einschraubtiefe der Schrauben 23 und 24 lassen sich die
Kräfte der Federn 21 und 22 einstellen. Je mehr Kugeln in einer Arretierungsnut
einrasten, um so kleiner kann die Andruckkraft pro Kugel sein und um so geringer
ist der Verschleiß an den Nutkanten beim Ein- und Ausschnappen der Kugeln.
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Kugeln sind besonders vorteilhaft, weil sie eine rollende Bewegung
auf der Kolbenstange ausführen und damit geringem Verschleiß unterliegen. Es ist
aber klar, daß grundsätzlich statt Kugeln auch federbelastete Klinken oder dergleichen
verwendet werden können, die auf der Kolbenstange eine gleitende Bewegung ausführen.
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Statt jede Kugel mit einer Schraubenfeder zu belasten, können mehrere
Kugeln auch durch einen radial elastischen Ringkörper aus Kunststoff, z.B. eine
Kunststoffringschnur, belastet sein. Der Ringkörper kann dabei nach der Art eines
Kugelkäfigs ausgebildet sein,in dem die Kugeln untereinander auf einen festen Abstand
gehalten werden, aber auf der Kolbenstange rollen können. Es ist im übrigen klar,
daß die Schrauben 23, 24 in Fig. 1 nicht von dem Zylinderrohr abgedeckt sein müssen.
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Befindet sich der Kolben in seiner rechten Endstellung,in der die
Kolbenstange vollständig ausgefahren ist, kann der Druck über das Ventil 8 vermindert
werden, wodurch die Regelfeder zur Wirkung kommt, die entsprechend dem Druckabfall
den Kolben mit der Kolbenstange in seine eingefahrene Ausgangslage zurückschiebt.
Dabei
schnappen die Kugeln nacheinander wieder in die Rastierungsnuten
16 und 15 ein. Je nachdem, ob der pneumatische Druck zum Zeitpunkt der Rastierung
aufrechterhalten oder weiter abgesenkt wird, wird die Kolbenstange fixiert oder
weiter nach links zurückgeführt.
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Zum Lösen der Kolbenstange aus einer Rastierung mittels der Kraft
der Regelfeder 14 muß der Druck um die Druckdifferenz p 2 = p 4 abgesenkt werden.
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In Fig. 3 ist ein Axialschnitt durch einen Kolbenkopf 11 eines neuerungsgemäßen
Stellgliedes dargestellt, das im übrigen entsprechend dem Stellglied nach Fig. 1
ausgebildet ist. Dabei sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der Zylinderkopf 11 in Fig. 3 unterscheidet sich im wesentlichen von
dem Zylinderkopf 11 in Fig. 1 dadurch, daß mehrere über den Umfang der Kolbenstange
10 gleichmäßig verteilte Kugeln 19 von einem Kunststoffband 26 oder einer Ringschnur
aus Kunststoff mit einer bestimmten Kraft radial nach innen gedrückt werden. Das
Kunststoffband ist z.B. nach Art eines Kugelkäfigs ausgebildet, der die einzelnen
Kugeln auf Abstand voneinander hält, wobei sie aber ihre Drehbarkeit im wesentlichen
beibehalten. Auch im Unterschied zu Fig. 1 schließt an den Zylinderkopf 11 ein Federbalg
an,der mit dem vorderen Ende der Kolbenstange 10 verbunden ist.
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Wie Fig. 3 zeigt, befindet sich das Kunststoffband 26 in einer Ringausnehmung
des Zylinderkopfes, die von der Bohrung durch den Zylinderkopf ausgeht, durch die
die Kolbenstange geführt ist.
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Der Zylinderkopf ist zweiteilig ausgebildet.
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Es ist klar-,-daß die Erfindung nicht auf die Ausführungen nach den
Fig. 1 und 2 beschränkt ist, so kann an die Kolbenstange 12 außerhalb des Zylinders
1 auch eine nicht dargestellte Betätigungsstange angreifen, die auf ein Absperrorgan
einwirkt und die entsprechend wie die Kolbenstange mit Nuten 15,16 versehen ist,
in die Kugeln 19,20 eines entsprechenden ortsfesten Gesperres eingreifen, wie es
in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.
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Vorteilhafterweise können beliebig viele Abdeckorgane, insbesondere
Be- oder Entlüftungsjalousien in einem Industriegebäude über eine Druckluftleitung
gleichzeitig in die gleiche Stellung gebracht werden.
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Hierzu wird z.B. jedem Abdeckorgan ein erfindungsgemäßes Stellglied
zugeordnet. Alle Stellglieder in der Gestalt von pneumatischen Zylindern sind an
dieselbe Druckluftleitung angeschlossen. In der Druckluftleitung befindet sich eine
Druckluftsteuerung über die ein bestimmter Druck in die Druckluftleitung eingesteuert
wird, wodurch z.B. die Abdeckorgane alle aus einer Schließstellung in dieselbe Öffnungsstellung
gebracht werden, die einer bestimmten Arretierung zugeordnet ist. Die Druckhöhe
ist dabei derart gewählt, daß sie die maximal auftretenden Verstellwiderstände der
Abdeckorgane überwindet, daß aber die Kolbenstangen nicht über die betreffenden
Arretierungen hinaus verschoben werden. Die auf ein Gesperre wirkende Sperrkraft
einschließlich der gegen einen Kolben wirkenden Federkraft ist also höher als die
eingesteuerte Druckkraft.
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Um die Arretierung aller Absperrorgane in öffnungsrichtung zu lösen,
muß die Druckkraft entsprechend erhöht werden.