DE3700971A1 - Vorrichtung zur positionierung eines stellgliedes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung eines Stellgliedes, bestehend aus einem pneumatischen Stellzylinder sowie einem elektromagnetisch betätigten im Niederwattbereich arbeitenden Ventil zur Steuerung der Entlüftung des Stellzylinders.

Bei der Aktivierung eines pneumatischen Stellzylinders, d.h. beim Befüllen des Stellzylinders mit Luft bzw. beim Entlüften des Stellzylinders, treten gewisse Verzögerungszeiten auf, bis der Stellzylinder die gewünschte Position erreicht hat.

Es herrscht daher das Anliegen vor, die Reaktionszeit des Stellzylinders zu verkürzen, damit eine schnellere Positionierung des Stellzylinders gewährleistet ist.

Zur Realisierung kurzer Verzögerungszeiten werden die Querschnitte für die Zuluft bzw. für die Entlüftung groß dimensioniert, d. h. die Ventile zur Steuerung der Luftzufuhr wie auch der Luftabfuhr werden entsprechend groß ausgebildet. Durch diese Maßnahme ist es möglich, beispielsweise eine sehr schnelle Entlüftung und damit eine knappe Verzögerungszeit zu erzielen.

Nachteilig wirkt sich ein großer Querschnitt für die Steuerung der Zu- bzw. Abluft in bezug auf die vom elektromagnetischen System aufzubringende Leistung des Ventiles aus.

Eine groß dimensionierte Öffnung für die Zylinderbelüftung und Entlüftung erfordert einen großen Ventilstößel mit entsprechender Leistung. Bei den bekannten Systemen steigt mit der Größe des Durchflusses auch die notwendig aufzubringende Leistung, so daß das Elektromagnetsystem entsprechnd ausgelegt werden muß. Eine direkte Ansteuerung des Elektromagnetsystems mit Rechnerausgangssignalen ist nicht möglich, da die Leistung dieser Signale nicht ausreicht, um die entsprechende Haltekraft im Elektromagnetsystem zu erzeugen. Um dennoch eine von den Ausgangssignalen eines Rechners abhängige Steuerung der Ventile zu erreichen, muß in aufwendiger Weise Energie erzeugt und zugeführt werden.

Zur Vermeidung von großer Erregerstromstärke ist es bekannt, die Betätigunsspule des Elektromagnetsystems mit einer hohen Windungszahl zu versehen. Durch diese Maßnahme verringert sich unter Umständen die erforderliche aufzubringende Leistung. Nachteilig wirkt sich dabei jedoch aus, daß mit der gesteigerten Windungszahl auf der Betätigungspule auch die Induktivität der Spule sehr stark ansteigt. Diese hohe Induktivität bewirkt wiederum eine elektrische Verzögerung, wodurch sich die gesamte Reaktionszeit des Stellgliedes verlängert.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Steuerung von Luftzufuhr- bzw. Entlüftungsventilen ergibt sich aus der pneumatischen Vorsteuerung. Dabei wird über ein pneumatisches Hilfsventil indirekt die Betätigung des Elektromagnetsystems veranlaßt. Nachteilig wirkt sich in diesem Fall die durch die pneumatische Vorsteuerung entstehende Totzeit aus, da diese Totzeit die Gesamtreaktionszeit verlängert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Stellzylinder mit einem leistungsarmen elektrischen Signal (Rechnerausgangssignal) so zu steuern, daß äußerst geringe Verzögerungszeiten entstehen, und daß auch bei Netzausfall eine bestimmte Lage eingenommen wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Elektromagnetsystem mit einer Ankerplatte versehen ist, die zugleich als Ventil zur Zylinderentlüftung ausgebildet ist, daß der Luftspalt zwischen dem erregten Elektromagnetsystem und der Ankerplatte gegen Null geht, daß die vom erregten Magnetsystem gehaltene Ankerplatte die Zylinderentlüftung verschließt und bei entregtem Magnetsystem die Entlüftung freigibt.

Die Ausgestaltung der Ankerplatte als Ventil ermöglicht eine volle funktionale Abhängigkeit des Ventiles von der Reaktion des Ankers. Diese erfindungswesentliche funktionale Abhängigkeit bietet den Vorteil, daß über das Elektromagnetsystem das Ventil gesteuert werden kann.

Die Integration der als Ventil ausgestalteten Ankerplatte in das Elektromagnetsystem in der Art, daß der den magnetischen Fluß hindernde Luftspalt zwischen der Ankerplatte und dem Elektromagnetsystem gegen Null geht, ermöglicht in vorteilhafter Weise eine höhere elektromagnetische, auf den Anker wirkende Haltekraft bei geringer Erregerleistung. Diese Reduzierung der Erregerleistung bietet den weiteren Vorteil, daß das Elektromagnetsystem direkt von einem Rechnerausgangssignal gesteuert werden kann, und daß dabei keine zusätzliche Energie zur Erzeugung der Halteleistung zugeführt werden muß. Durch die Optimierung des magnetischen Flusses kann die Energiezufuhr in das Elektromagnetsystem verringert werden, ohne daß die notwendige Halteleistung beeinträchtigt wird. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, die zur Verfügung stehende Energie zu nutzen, um den Innendruck im pneumatischen Zylinder zu erhöhen. Ferner kann die Luftaustrittsöffnung, die vom Entlüftungsventil während des Druckanstieges im Zylinder zugehalten wird, vergrößert werden, ohne daß der auf dem Ventil herrschende Zylinderinnendruck das Ventil infolge zu geringen Gegendruckes zwangsweise öffnet. Diese geschaffene Möglichkeit der größeren Dimensionierung der Luftaustrittsöffnung wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Verkürzung der Entlüftungszeit aus.

Die Aktivierung der Zylinderentlüftung durch die Entregung des Elektromagnetsystemes hat den entscheidenden Vorteil, daß bei einem Netzausfall der pneumatische Zylinder sich dennoch selbsttätig entlüften kann, was sich besonders auch im Hinblick auf die Sicherheitsaspekte auswirkt.

Die Möglichkeit der Schnellentlüftung trägt ferner dazu bei, daß beim Auftreten eines Fehlers bei der Maschine bzw. bei der Maschineneinstellung etc. das entsprechende Stellglied ohne Verzögerung aus dem Wirkbereich in die Ausgangsstellung gestellt werden kann.

Durch entsprechende Ausgestaltung des pneumatischen Zylinders ist auch die umgekehrte Wirkung realisierbar, bei der das Stellglied im Entlüftungsfall in seinen Wirkbereich verfährt.

Die durch die Erfindung vermittelte technische Lehre ist nicht nur für kleinvolumige pneumatische Zylinder anwendbar, sondern auch für großvolumige. Vor allem bei großvolumigen Zylindern führt eine langsamere Entlüftung zu langen Verzögerungszeiten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zur Entlüftung des pneumatischen Zylinders vorgesehene Ausgangsöffnung so dimensioniert, daß die zur Verfügung stehende Leistung gerade ausreicht, um die notwendige Haltekraft für ein sicheres Niederdrücken des Ventiles zu erzeugen.

Die Maximaldimensionierung der Ausgangsöffnung wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Verkürzung der Entlüfungszeit aus.

Um einen schnellen Luftabfluß nach dem Öffnen des Entlüftungsventiles zu gewährleisten, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Abluftkanalsystem vorgesehen, dessen Gesamtquerschnitt des Entlüftungssystems größer ist als die Ausgangsöffnung zur Zylinderentlüftung.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Der pneumatische Stellzylinder 3 weist in seinem Inneren eine Kolbenstange 1 auf, die sich entsprechend der dem Stellzylinder 3 zugeführten Luftmenge bewegt. Der pneumatische Stellzylinder 3 ist ferner mit einem Stutzen 4 versehen, über den die Luftzufuhr in den Stellzylinder erfolgt. Die sich im Innern des Stellzylinders 3 befindliche Kolbenstange 1 ist mit einer Rückstellfeder 2 versehen, die die Kolbenstange 1 nach dem Entlüften des Stellzylinders 3 wieder in die Ausgangsstellung zurückbefördert. Die Entlüftung des Stellzylinders 3 erfolgt über ein Ventil 8, welches an der der Kolbenstange 1 gegenüberliegenden Stirnfläche des Stellzylinders 3 angeordnet ist. Dieses Ventil 8 ist sogleich als Ankerplatte für das Elektromagnetsystem 5 ausgebildet. Bei erregtem Zustand des Elektromagnetsystems 5 wird dieses Ventil 8 infolge des herrschenden Magnetfeldes vom Elektromagnetsystem 5 angezogen und gehalten. Gleichzeitig wird dadurch ein Luftaustritt aus dem Stellzylinder 3 verhindert. Bei erregtem Magnetsystem fügt sich das Ventil 8 so in das Magnetsystem ein, daß kein den magnetischen Fluß im Elektromagnetsystem hindernder Luftspalt 6 entsteht. Das Entregen des Elektromagnetsystems 5 bewirkt ein Abfallen der elektromagnetischen Haltekraft, was zur Folge hat, daß das Ventil 8 nicht mehr vom Elektromagnetsystem 5 angezogen wird.

Dem im Inneren des Stellzylinders 3 herrschenden Luftdruck wird von seiten des Ventiles 8 kein Widerstand mehr entgegengesetzt, wodurch das Ventil dem Luftdruck schlagartig weicht und den Weg zur Entlüftung freigibt. Die Luft entweicht über die bisher vom Ventil 8 verschlossene Ausgangsöffnung 9 aus dem Stellzylinder 3 und wird über ein aus Bohrungen versehenes Abluftkanalsystem 7 nach draußen abgeleitet. Da die Ausgangsöffnung 9 um ein Vielfaches größer ist als der Durchmesser des Stutzen 4, stellt eine Luftzufuhr über den Stutzen 4 während des Entlüftungsvorganges keine Funktionsbeeinflussung dar.

• Teileliste 1 Kolbenstange
  2 Rückstellfeder
  3 Stellzylinder
  4 Stutzen
  5 Elektromagnetsystem
  6 Luftspalt
  7 Abluftkanalsystem
  8 Ventil
  9 Ausgangsöffnung

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Positionierung eines Stellgliedes, bestehend aus einem pneumatischen Stellzylinder sowie einem elektromagnetisch betätigten im Niederwattbereich arbeitenden Ventil, zur Steuerung der Be- bzw. Entlüftung des Stellzylinders, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnetsystem mit einer Ankerplatte versehen ist, die zugleich als Ventil (8) zur Zylinderentlüftung ausgebildet ist, daß der Luftspalt zwischen dem erregten Elektromagnetsystem und der Ankerplatte gegen Null geht, daß die vom erregten Magnetsystem gehaltene Ankerplatte die Zylinderentlüftung verschließt und bei entregtem Magnetsystem die Entlüftung freigibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Stellzylinder (3) zur Zylinderentlüftung vorgesehene und vom Ventil (8) abgedeckte Ausgangsöffnung (9) der maximalen Haltekraft des Elektromagnetsystems angepaßt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderentlüftung über ein mit mehreren Öffnungen versehenes Abluftkanalsystem erfolgt.