DE3147030C2 - Magnetventileinheit - Google Patents

Abstract

Eine Magnetventileinheit zur Steuerung der Ver- und Entsorgung eines Druckluftzylinders weist ein Magnetventil (40-52) auf, dessen Durchströmquerschnitte im Hinblick auf die Druckluftversorgung gewählt sind. Zum Abführen der volumenmäßig erheblich größeren Abluftmengne ist ein vorgesteuerter Ventilkörper (62) vorgesehen, welcher der Arbeitsöffnung (60) des Ventilgehäuses (34) benachbart ist und eine, verglichen mit den Kanälen (48, 52) des eigentlichen Magnetventiles, groß bemessene Strömungsmittelverbindung (58, 66) zwischen Arbeitsöffnung (60) und Atmosphäre steuert. Der zusätzliche Ventilkörper (62) hat eine mittige Durchgangsöffnung (64), deren Querschnitt dem Durchströmquerschnitt durch das eigentliche Magnetventil (40-52) entspricht. Der zusätzliche becherförmige Ventilkörper ist in einer Gehäusebohrung (56) des Ventilgehäuses (34) strömungsmitteldicht verschiebbar; die zusätzliche Abluftöffnung (66) ist in einer Wand dieser Gehäusebohrung (56) vorgesehen.

Description

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Magnetventileinheit eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Ventilkörper direkt in den Arbeitskanal eingeschaltet ist, daß der zweite Ventilkörper als Kolbenschieber topfförmig ausgebildet ist, daß der den zweiten Ventilkörper führende Raum als über seine Länge mit gleichbleibendem Durchmesser versehener Zylinderraum ausgebildet ist daß der direkt von der Druckanschlußöffnung ausgehende Arbeitskanai in der Stirnseite ties Zylinderraums mündet, von dem in dem vom Arbeitskanal entfernten Bereich die Arbeitsöffnung und die Druckentlastungsöffnung großen Durchströmungsquerschnitts ausgehen, und daß der zweite Ventilkörpper in seiner unwirksamen Stellung mit seiner Stirnfläche an der Ausmündung des Arbeitskanals anliegt und die Druckentlastungsötfnung freigibt

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einer Verringerung der Arbeitszeit durch Beschleunigung der Entlüftung bei gleichzeitiger Verringerung des Raumaufwandes. Es ist somit eine Ventileinheit geschaffen worden, die das gesteckte Ziel der Verringerung der Arbeitszeit in erheblichem Maße erreichen hilft sich also durch hohe Schaltgeschwindigkeit auszeichnet und die gleichzeitig weniger Raum in Anspruch nimmt und einen denkbar einfachen Aufbau hat und kostengünstig herstellbar ist Das Abführen der großen Mengen entspannter langsamer strömenden Luft erfolgt über einen vorgesteuerten Kolbenschieber in einem besonderen Zylinderraum gleichbleibenden Durchmessers ohne jede Einschnürung, durch den eine groß dimensionierte Druckentlastungsöffnung freigegeben werden kann. Da üblicherweise bei den als Stellmotoren z. B. in Verpackungsmaschinen verwendeten Druckluftzylindern mit einem Speisedruck von etwa 6 at und einem Entlastungsdruck von etwa 1 at gearbeitet wird, muß der Durchströmungsquerschnitt für die entspannte Abluft etwa fünf- bis sechsmal größer sein als der Durchströmungsquerschnitt für die unter hohem Druck zugeführte Luft Derartige Abströmquerschnitte lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Ventil ohne Schwierigkeiten realisieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird gewährleistet, daß durch den Kolbenschieber keine zusätzliche Drosselung des dem Verbraucher zugeführten Druckluftstromes erfolgt. Zugleich ist gewährleistet, daß nach einem Abschalten der Druckluftversorgung der Kolbenschieber rasch in die die Druckentlastungsöffnung freigebende Stellung bewegt wird.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird erreicht daß der Kolbenschieber nach dem öffnen des ersten Ventilkörpers rasch in die die Druckentlastungsöffnung verschließende Stellung bewegt wird, nur geringe Bruchteile des Druckluftstromes unmittelbar über die Druckentlastungsöffnung abströmen können.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Magnetventileinheit zur Ansteuerung eines einfach wirkenden Druckluftzylinders, welche großen Abströmquerschnitt aufweist;

F i g. 2 einen SchniU durch ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Magnetventileinheit mit großem Abströmquerschnitt; und

Fig.3 eine Ventilanordnung zum Ansteuern eines doppelt wirkenden Druckluftzylinders unter Verwendung einer Magnetventileinheit nach F i g. 2 sowie einer ähnlichen, normalerweise in Durchlaßsteilung stehenden Magnetventileinheit

F i g. 1 zeigt einen einfach wirkenden Druckluftzylinder 10 mit einem durch eine Feder 12 in die in der Zeichnung rechts gelegene Endlage vorgespannten Kolben 14. Ober eine Magnetventileinheit 16 ist der Druckluftzylinder 10 mit einer Druckleitung 18 verbindbar bzw. entlüftbar. Entlüftungsleitungen sind in der Zeichnung mit 20, 22 bezeichnet; es versteht sich, daß man die Abluft — gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Schalldämpfern (nicht gezeigt) — auch direkt von Druckentiastungsöffnungen der Magnetventileinheit an die Atmosphäre abgeben kann.

Die Magnetventileinheit 16 wird über eine Steuerleitung 24 erregt die von einer nicht näher gezeigten Steuerschaltung her beaufschlagt wird.

Die Magnetventileinheit 16 umfaO ein 3/2-Magnetventii 26, weiches in die Entiastungssf.eilung vorgespannt ist und bei Signalbeaufschlagung der Steuerleitung 24 in die Druckdurchlaßstellung umschaltet Die das Magnetventil 26 mit dem Druckluftzylinder 10 verbindend ? Arbeitsleitung 28 ist zugleich mit dem Servozylinder 30 eines in die Durchlaßstellung vorgespannten Abluft-2/2-ServoventiIes 32 verbunden, über welches die Arbeitsleitung 28 mit der Entlüftungsleitung 22 verbindbar ist

Die Magnetventileinheit 16 arbeitet folgendermaßen:

Wird die Steuerleitung 24 mit Signal beaufschlagt, so wird die Druckleitung 18 mit dem Druckluftzylinder 10 verbunden, so daß der Kolben 14 entgegen der Kraft der Feder 12 in der Zeichnung nach links bewegt wird. Gleichzeitig wird der Servozylinder 30 mit Druck beaufschlagt so daß das Abluftventil 32 geschlossen wird. Wird die Beaufschlagung der Steuerleitung 24 beendet, so wird die Arbeitsleitung 28 mit der Entlüf iungs!eitung 20 verbunden, wobei jedoch nur ein kleiner Durchströmquerschnitt zur Verfügung steht, da das Magnetventil 26 so ausgelegt ist, wie dies die Druckluftversorgung des Öruckluftzylinders 10 erfordert Nachdem nun aber der Servozylinder 30 nicht mehr mit Druck beaufschlagt ist wird das Abluftventil 32 in die Durchlaßstellung bewegt, so daß der Druckiuftzylinder 10 nun über. großen Durchströmquerschnitt mit der Entlüftungsleitung 22 verbunden ist. Der Kolben 14 kann nun unter der Kraft der Feder 12 rasch in seine Ruhelage zurückkehren.

Das in F i g. 2 wiedergegebene Ausführungsbeispiel zeigt, daß sich das Abiuftventil leicht in das Ventilgehäuse eines Magnetventils integrieren läßt:

Eir Ventilgehäuse 34 hat eine Druckanschlußöffnung 36 und eine nach oben offene Ventilkammer 38, in welche das untere EnJe eines Elektromagneten 40 eingeschraubt ist. Dessen Arbeitsstößel 42 trägt einen Ventilteller 44, der mit einem am Kammerboden vorgesehen vorspringenden Ventilsitz 46, der einem von der Druckanschlußöffnung So herkommenden Druckkanal 48 zugeordnet ist, und einem gegenüberliegenden, nicht gezeigten Ventilsitz zusammenarbeitet, über welchen die Ventilkammer 38 mit einem Entlüftungssiutzen 50 verbindbar ist Auf diese Weise ist somit ein von der Ventilkammer 38 ausgehender Arbeitskanal 52 durch Erregen des Elektromagneten 40 mit der Druckanschlußöffnung 36 verbindbar und bei nicht erregtem Elektromagneten mit dem Entlüftungsstutzen 50 verbunden.

Der Arbeitskanal 52 mündet über einen Stutzen 54 in einen Zylinderraum 56, der koaxial zur Druckanschlußöffnung 36 und den Hauptabschnitten des Druckkanals 48 sowie des Arbeitskanals 52 angeordnet ist. Das in der Zeichnung links gelegene Ende des Zylinderraums 56 steht über einen Anschlußkanal 58 mit der mit einem einfach wirkenden Druckluftzylinder zu verbindenden Arbeitsöffnung60 des Ventilgehäuses 34 in Verbindung.

In den Zyiinderraum 56 ist ein als topfförmiger Kolbenschieber ausgebildeter zweiter Ventilkörper 62 axial verschiebbar angeordnet, welcher in seinem Boden mit einer Durchgangsöffnung 64 versehen ist, deren Querschnitt dem Querschnitt des Arbeitskanales 52 entspricht. Der Querschnitt des Anschlußkanals 58 und einer die Wand des Zylinderraumes 56 durchsetzenden, beim linken Ende des Zylinderraums 56 gelegenen zusätzlichen Druckentlastungsöffnung 66 ist dagegen mindestens um ein solches Vielfaches größer als der Querschnitt des Arbeitskanais 52, wie dies dem Entspannungsverhältnis des gasförmigen Arbeitsmediums entspricht. Bei einer Entspannung des Arbeitsmediums von 6 auf 1 atm haben Anschlußkanal 58 und Druckentlastungsöffnung 66 z. B. den sechsfachen Querschnitt des Arbeitskanals 52.

Der Stutzen 54 ist an seinem freien Ende mit Schlitzen 68 versehen, damit die in der Zeichnung rechts gelegene Stirnfläche 70 des Ventilkörpers 62 nach öffnen des Ventiltellers 44 rasch mit Druck beaufschlagt wird.

Die in Fig.2 wiedergegebene Magnetventileinheit arbeitet folgendermaßen:

Fig.2 zeigt die Stellung der Ventilteile unmittelbar nach Beendigung der Erregung des Elektromagneten 40. Bei dieser Stellung des Ventiltellers 44 wird die Ventilkammer 38 über den Entlüftungsstutzen 50 entlüftet, und der Kolbenschieber 62 bewegt sich nun infolge Differenzdruckbeaufschlagung in der Zeichnung nach rechts, so daß die Drückcr.iiastungsöffr.ung 66 freigegeben wird. Vom angeschlossenen Druckluftzylinder abzuführende Luft kann somit über den Anschlußkanal 58 und die Druckentlastungsöffnung 66 unter großem Querschnitt abströmen.

Wird der Elektromagnet 40 wieder erregt, so wird die Strömungsverbindung zwischen der Ventilkammer 38 und dem Entlüftungsstutzen 50 unterbrochen, die Ventilkammer 38 und der Arbeitskanal 52 werden wieder mit dem an der Durchgangsöffnung 36 anstehenden Druck beaufschlagt. Über die Schlitze 68 wird nun auch die Stirnfläche 70 des Kolbenschiebers 62 mit Druck beaufschlagt, so daß dieser in der Zeichnung nach links in die die Druckentlastungsöffnung 66 überdeckende Stellung bewegt wird Nun strömt unter hohem Druck stehende Luft über den Kolbenschieber 62 in die Arbeitsöffnung 60 und von dort zum Druckluftzylinder.

In F i g. 3 sind zwei Magnetventileinheiten 72, 74 gezeigt, von denen die eine derjenigen nach F i g. 2 vollständig entspricht, während die andere sich von einer Magnetventileinheit gemäß F i g. 2 dadurch unterscheidet, daß ihr Ventilteller in die Durchlaßstellung vorgespannt ist und bei Erregung des Elektromagneten in die Schließstellung gebracht wird.

Die Arbeitsöffnungen der Magnetventileinheiten 72, 74 sind über Arbeitsleitungen 76,78 mit den Arbeitsräumen 80,82 eines doppelt wirkenden Druckluftzylinders 84 verbunden.

Die AnschluSöffnüngen beider Magnetventileinheiten 72, 74 sind an eine gemeinsame Druckleitung 86 angeschlossen. Die beiden Elektromagnete der beiden Magnetventileinheiten 72,74 werden von einer gemeinsamen Steuerleitung 88 her erregt. Abluftstutzen 90 der Magnetventileinheiten kommunizieren direkt mit der Atmosphäre.

Man erkennt, daß man gemäß F i g. 3 unter Verwendung eines einzigen Steuersignales einen doppelt wirkenden Druckluftzylinder mit kleinen Elektromagneten für beide Arbeitsrichtungen steuern kann, wobei in beiden Bewegungsrichtungen ein rasches, unbehindertes Abströmen der Abluft sichergestellt ist.

Hier/11 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Magnetventileinheit zur Steuerung der Druckmittelver- und -entsorgung eines Druckluftverbrauchers mit einem Ventilgehäuse, das eine Druckanschlußöffnung, eine mit dem Verbraucher zu verbindende Arbeitsöffnung sowie eine Entlastungsöffnung aufweist, mit einem zwischen der Druckanschlußöffnung und der Arbeitsöffnung verlaufenden Arbeitskanal, mit einem Elektromagnet zum Bewegen eines den Durchfluß des Druckmittels durch den Arbeitskanal steuernden ersten Ventilkörpers und mit einem in einem Zylinderraum des Ventilgehäuses zwischen einer wirksamen und einer unwirksamen Stellung hin und her verschiebbar gelagerten zweiten Ventilkörper zur wahlweisen Verbindung der Arbeitsöffnung mit der Druckanschlußöffnung bzw. der Entlastungsöffnung, der in seiner wirksamen Stellung den Durchgang des Druckmittels zur Arbeitsöffnung ermöglicht und der eine vom stromab des ersten Ventükörpers herrschenden Druck beaufschlagte Druckangriffsfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilkörper (42) direkt in den Arbeitskanal (52) eingeschaltet ist, daß der zweite Ventilkörper (62) als Kolbenschieber topfförmig ausgebildet ist, das der den zweiten Ventilkörper (62) fahrende Raum als über seine Länge mit gleichbleibendem Durchmesser versehener Zylinderraum (56) ausgebildet ist, daß der direkt von der Druckanschlußöffnung (36) ausgehende Arbeitski r>z\ (52) in der Stirnseite des Zylinderraumes (56) mündet, von dem in dem vom Arbeitskanal (52) entfernten Bereicn die Arbeitsöffnung (60) und die Druckentiasiungsöffnung großen Durchströmungsquerschnitts (66) ausgehen, und daß der zweite Ventilkörper (62) in seiner unwirksamen Stellung mit seiner Stirnfläche an der Ausmündung des Arbeitskanals (52) anliegt und die Druckentlastungsöffnung (66) freigibt

2. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige zweite Ventilkörper (62) eine mittige Durchgangsöffnung (64) aufweist, die Arbeitsöffnung (60) und die Ausmündung des Arbeitskanals (52) einander gegenüberliegend von einander entgegengesetzten Seiten des den zweiten Ventilkörper (62) führenden Zylinderraums (56) ausgehen, während die Druckentlastungsöffnung rechtwinklig hierzu verläuft, und daß der zweite Ventilkörper (62) in seiner wirksamen Stellung die Druckentlastungsöffnung (66) mit seiner Mantelfläche abschließt

3. Ventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der mittigen Durchgangsöffnung (64) im zweiten Ventiikörper (62) der Querschnittsfläche der Ausmündung des Arbeitskanals (52) des Ventilgehäuses (34) entspricht.

4. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskanal (52) des Ventilgehäuses (34) in eine den zweiten Ventilkörper (62) aufnehmende Gehäusebohrung (56) durch einen Stutzen (54) ausmündet, der radiale Schlitze (68) aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Magnetventileinheit zur Steuerung der Druckmittelver- und -entsorgung eines Druckluftverbrauchers mit einem Ventilgehäuse, das eine Druckanschlußöffnung, eine mit dem Verbraucher zu verbindende Arbeitsöffnung, sowie eine Entlastungsöffnung aufweist, mit einem zwischen der Dmckanschlußöffnung und der Arbeitsöffnung verlaufenden Arbeitskanal, mit einem Elektromagnet zum Bewegen eines den Durchfluß des Druckmittels durch den Arbeitskanal

to steuernden ersten Ventilkörpers und mit einem in eL-.em Zylinderraum des Ventilgehäuses zwischen einer wirksamen und einer unwirksamen Stellung hin und her verschiebbar gelagerten zweiten Ventilkörper zur wahlweisen Verbindung der Arbeitsöffnung mit der Druckanschlußöffnung bzw. der Entlastungsöffnung, der in seiner wirksamen Stellung den Durchgang des Druckmittels zur Arbeitsöffnung ermöglicht und der eine vom stromab des ersten Ventilkörpers herrschenden Druck beaufschlagte Druckangriffsfläche aufweist.

Magnetventile zur Steuerung der Druckluftzufuhr und Abluftentsorgung von Druckluftverbrauchern sind in Form von entsprechenden 3/2-Magnetventilen bekannt und in den verschiedensten Bauformen erhältlich. Bei derartigen Magnetventilen besteht generell der Wunsch, diese möglichst kompakt zu bauen, damit die zur Ansteuerung vieler Druckluftverbraucher notwendigen Ventilbänke übersichtlich auf kleinem Raum untergebracht werden können. Sowohl im Hinblick auf geringe Hersteilungskosten als auch im Hinblick darauf, daß die zur Erregung der Elektromagnete erforderlichen Leistung klein gehalten werden soll, ist es ferner wünschenswert, die Elektromagnete selbst möglichst klein auszulegen.
Bei bisher verwendeten Magnetventilen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wie sie z. B. aus der US-PS 26 17 444 hervorgehen, müssen die Durchströmquerschnitte an den dem Ventilkörper zugeordneten Ventilsitzen insbesondere für die entspannte und demzufolge langsam strömende Luft Verhältnisse mäßig groß gewählt werden, damit die großen Mengen entspannter Luft in vernünftig kurzer Zeit abgeführt werden können. Eine Verkleinerung, vor allem eine Miniaturisierung des bekannten Ventils ist praktisch nicht oder nur schlecht möglich, da durch die Anbringung des zweiten Ventils oder Vorsteuerventils und des ersten Ventilkörpers innerhalb des Gehäuses, sowie durch die Anordnung der Teile zueinander nur eine geringfügige Änderung in den Maßen der Ventileinheit möglich ist, wenn man das Anwendungsgebiet des Ventils beibehalten will. Der eine Ventiikörper erstreckt sich praktisch über die ganze axiale Länge des Gehäuses, die darüber hinaus noch um die Maße des Steuerventils vergrößert wird, so daß die Gesamtanordnung viel Raum in Anspruch nimmt. Beim bekannten Ventil ergibt sich ferner eine Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit, da die Entlüftung wegen der notwendigerweise kleinen Durchströmungsquerschnitte und auch wegen der Tatsache, daß die Entlüftungsluft praktisch unter Atmosphärendruck entweicht, sehr viel Zeit benötigt Nicht zuletzt ist die bekannte Ventileinheit auch mit dem Nachteil behaftet, daß sie aufwendig und in der Herstellung teuer ist.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinheit der hier in Frage stehenden Art zu schaffen, die bei großem Durchströmungsquerschnitt für das beschleunigte Abführen der entspannten Luft sorgt und dennoch klein und weniger aufwendig baut