DE3720674C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerventilanordnung für einen pneumatischen Axialmotor, mit einem als Schieber ausgebildeten Hauptventil, das Steuerdruckräume aufweist, welchen zur Betätigung Steuerluft zugeführt wird, und das wechselseitig zwei Druckräume des Motors mit einem Druckluftanschluß und einem Luftaustritt verbindet, und mit einer Hilfsventilvorrichtung, mit einem Hilfsschieber, der jeweils am Ende des Arbeitshubes von einem axial bewegten Motorteil mitnehmbar ist, in einem Gehäuseteil Steueröffnungen überfährt und dabei die Steuerdruckräume abwechselnd mit dem Druckluftanschluß und dem Luftaustritt verbindet.

Bei einer bekannten Steuerventilanordnung dieser Art (DE-GM 18 32 255) sind der Schieber des Hauptventils und der Hilfsschieber als Kolbenschieber ausgebildet. Die Kolben weisen Ringnuten auf, die mit als Bohrungen ausgebildeten Steueröffnungen zusammenwirken. Bei dieser Konstruktion wird die vom Luftdruck erzeugte Motorkraft am Ende des Hubes lediglich durch die zum Verschieben des Hilfsschiebers zu überwindende Reibungskraft geschwächt. Diese Reibungskraft kann verhältnismäßig klein gehalten werden, da wegen der Trennung von Hauptventil und Hilfsventil lediglich der Hilfsschieber vom Motor mitgenommen werden muß und die Arbeitsfläche des Hilfsventil-Schiebers nur einen Bruchteil derjenigen des Hauptventils beträgt. Trotzdem läßt sich ein vorgegebener Abfall der Axialkraft des pneumatischen Axialmotors am Hubende nicht vermeiden.

Dieser Druckabfall ist insbesondere dann von Nachteil, wenn der pneumatische Axialmotor einen Pumpenkolben antreibt, dessen wirksame Querschnittsfläche um ein Mehrfaches kleiner ist als diejenige des Motorkolbens. Infolge dieses Flächenverhältnisses ergibt sich eine Druckübersetzung und man kann mit den üblicherweise zur Verfügung stehenden Luftdrücken hohe Pumpendrücke erzielen, wie sie beispielsweise für die luftlose ("airless"-Verfahren) Zerstäubung bei der Oberflächenbeschichtung benötigt werden. Der Kraftabfall des Axialmotors macht sich in einem entsprechenden Druckabfall der Pumpe bemerkbar.

Bekannt ist auch eine Steueranordnung für einen pneumatischen Axialmotor (DE-AS 10 96 680), bei der ein längs der Seiten eines Quadrats bewegbarer Flachschieber mit vier als Bohrungen ausgebildeten Steueröffnungen zusammenwirkt. Dieser Schieber steuert die Luftzufuhr zum Motor unmittelbar. Es müssen daher verhältnismäßig große Wege zurückgelegt werden, ehe der volle Strömungsquerschnitt freigelegt ist. Entsprechend stark ist der Kraftabfall am Hubende.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerventilanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der die volle Axialkraft des pneumatischen Axialmotors bis kurz vor dem Hubende aufrechterhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hilfsschieber ein Flachschieber ist, der in einem ersten Raum angeordnet ist und mit einer ebenen Gehäusefläche zusammenwirkt, die zwei parallele Steuerschlitze und parallel hierzu dazwischen einen zu einem zweiten Raum führenden schlitzförmigen Steuerkanal aufweist, daß der eine Raum mit dem Druckluftanschluß und der andere Raum mit dem Luftaustritt verbunden ist und daß der Hilfsschieber eine Verbindungsnut und eine wirksame Länge aufweist, derart daß in jeder Endlage der eine Steuerschlitz mit dem ersten Raum und der andere Steuerschlitz mit dem Steuerkanal verbunden ist.

Infolge der Ausbildung des Hilfsschiebers als Flachschieber ergibt sich eine kleinere Arbeitsfläche. Entsprechend gering ist die Reibung, die bei der Mitnahme vom Axialmotor überwunden werden muß und entsprechend gering ist der Abfall der Axialkraft am Hubende. Durch die Verwendung der Steuerschlitze ergibt sich ein nahezu schlagartiges Umschalten des Hauptventils, weil sogleich mit dem Beginn der Überlappung ein ausreichend großer Querschnitt zur Verfügung steht, um den Steuerdruckräumen des Hauptventils Steuerluft zuzuführen. Bei Verwendung dieses Hilfsschiebers ist daher nicht nur der Kraftabfall am Hubende geringer, sondern er setzt kürzer vor der Bewegungsumkehr des Axialmotors ein.

Insbesondere kann dafür gesorgt sein, daß der Abstand zwischen Steuerschlitz und schlitzförmigem Steuerkanal 2 bis 4 mm, vorzugsweise 3 mm, beträgt, daß die Länge der Verbindungsnut in Bewegungsrichtung etwa gleich der Summe der Breite des Steuerkanals und eines Steuerschlitzes und des Abstandes dazwischen ist und daß die Länge des Hilfsschiebers etwa gleich der Summe der Länge der Verbindungsnut und des doppelten Abstandes zwischen Steuerschlitz und Steuerkanal ist.

Mit besonderem Vorteil ist der Hilfsschieber neben der Kolbenstange angeordnet und von einem Anschlag der Kolbenstange mitnehmbar. Dies ergibt eine platzsparende Anordnung, da der Hilfsschieber in der Querschnittsfläche der Motor-Druckräume untergebracht ist.

Außerdem ist der Hilfsschieber dort ohne stirnseitige Belastung durch den Arbeitsdruck betreibbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der erste Raum außen von einem Gehäuse und innen von einer Hülse begrenzt sein, die die Kolbenstange umgibt, im Gehäuse abgedichtet gehalten sein, von einem Anschlag an der Kolbenstange mitnehmbar sein und ihrerseits den Hilfsschieber mitnehmen. Auf diese Weise entsteht ein geschlossener erster Raum, der mit dem Druckluftanschluß verbunden werden kann.

Zweckmäßigerweise ist der Hauptschieber auf der dem Hilfsschieber gegenüberliegenden Seite der Kolbenstange angeordnet. Auch dies dient der platzsparenden Gestal­ tung.

Eine axial geringe Bauhöhe erhält man, wenn der Haupt­ schieber quer zur Bewegung der Kolbenstange verschiebbar ist.

Günstig ist es ferner, daß der Hauptschieber ebenfalls ein Flachschieber ist, der mit zwei schlitzförmigen, zu den Hubräumen des Motors führenden Steueröffnungen und einem dazwischen angeordneten Luftaustrittskanal in einer ebenen, der Hilfsschieber-Gehäusefläche zuge­ wandten Gehäusefläche zusammenwirkt. Auch hierbei kann der Hauptschieber von der Druckluft gegen die Gehäuse­ fläche gedrückt werden.

Empfehlenswert ist es hierbei, daß der Hauptschieber von einem Rundschieber mitnehmbar ist, der in einem Gehäuse geführt ist, das Verbindungskanäle vom Hilfsven­ til zu den Steuerdruckräumen enthält und das Gehäuse des Hilfsventils trägt oder bildet. Der Rundschieber läßt sich leicht von der Steuerluft beaufschlagen. Die Kanalführung zwischen Hilfsventil und Steuerdruckräumen ist sehr einfach.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung auf einen An­ triebsmotor für eine bei jedem Hub des Axialmotors för­ dernde Pumpenanordnung. Hierbei schließen die Arbeitshübe der Pumpen unmittelbar aneinander. Es ergibt sich eine praktisch kontinuierliche Förderung, bei der die Verminderung des Pumpendrucks an den Umkehr­ punkten außerordentlich gering ist. Man kann daher das Fördergut, beispielsweise Beschichtungsmaterialien, wie Farben oder Lacke, einer Spritzvorrichtung o.dgl. zuführen, ohne daß aufwendige Druckausgleichsvorrichtun­ gen in der Zuleitung vorgesehen sind.

Insbesondere empfiehlt sich die Anwendung auf einen Antriebsmotor für eine Kolbenpumpe, deren wirksame Kol­ benfläche um ein Mehrfaches kleiner ist als die wirk­ same Kolbenfläche des Motors. Bei dieser Drucküberset­ zung führen bereits geringe Kraftänderungen am Ausgang des Axialmotors zu erheblichen Änderungen im Pumpendruck. Wenn aber die Kraftänderungen erfindungsgemäß klein gehalten werden, spielen die Pumpendruckänderungen keine maßgebende Rolle mehr.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Doppelpumpe mit einem erfindungsgemäß ausgestatteten pneu­ matischen Axialmotor,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Steuerventilanord­ nung der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie A-A der Fig. 2 und

Fig. 4 ein Diagramm des Pumpendrucks P über der Zeit.

In Fig. 1 treibt ein pneumatischer Axialkolbenmotor 1 zwei Kolbenpumpen 2 und 3. Der Motor 1 weist einen Zylin­ der 4 und einen Kolben 5 auf, der den Zylinderraum in zwei Druckräume 6 und 7 unterteilt. Eine Kolbenstange 8 ist an beiden Enden mit je einem Pumpenkolben 9 bzw. 10 verbunden, der einen erheblich kleineren Querschnitt hat als der Motorkolben 5, was zu einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis zwischen dem Luftdruck des Motors und dem Flüssigkeitsdruck der Pumpen führt. Der Hubraum 11 der Pumpe 2 ist an seinem Ende mit einem Saugventil 12 und mit einem Druckventil 13 versehen. In gleicher Weise ist der Hubraum 14 der Pumpe 3 an seinem Ende mit einem Saugventil 15 und einem Druckventil 16 ver­ sehen. Eine in einen Vorratsbehälter 17 für Beschich­ tungsmaterial 18 eintauchende Saugleitung 19 verzweigt sich zu den beiden Saugventilen 12 und 15. Die beiden Druckventile 13 und 16 führen zu einer gemeinsamen Druck­ leitung 20, die mit einer Lack- oder Farbspritzpistole 21 verbunden ist, welche dieses Beschichtungsmaterial 18 unter hohem hydrostatischen Druck luftlos ("Airless"- Verfahren) oder mit nur geringem Luftzusatz ("Airless- plus"-Verfahren) zerstäubt. In den meisten Fällen kann die Druckleitung 20 unmittelbar zur Pistole 21 führen. Eine für die Konstanthaltung des Drucks in der Druck­ leitung 20 vorzusehende Druckausgleichsvorrichtung 22 kann entfallen oder stark vereinfacht oder verkleinert werden.

Dies wird mit Hilfe der nachstehend beschriebenen Steuer­ ventilanordnung 23 bewirkt, die axial neben dem Axial­ motor 1 angeordnet ist und die Kolbenstange 8 umgibt. Diese Steuerventilanordnung 23 sorgt dafür, daß der Druckraum 6 über eine Leitung 24 und der Druckraum 7 über eine Leitung 25 abwechselnd mit einem Druckluft­ anschluß 29 oder einem Austrittskanal 30 (Fig. 3) verbun­ den wird.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, weist die Steuerventilan­ ordnung 23 ein die Kolbenstange 8 umgreifendes Gehäuse 31 auf, das auf der einen Seite durch einen aufgesetzten Gehäuseblock 32 eines Hauptventils 33 und auf der gegen­ überliegenden Seite durch einen eingesetzten Gehäuse­ block 34 eines Hilfsventils 35 ergänzt ist. Im Gehäuse 32 ist eine Hülse 36, die um einen begrenzten axialen Weg verschiebbar ist, abgedichtet gehalten. Auf diese Weise entsteht ein erster Raum 37, der mit dem Druckluftan­ schluß 29 verbunden ist. Außerhalb des genannten Gehäu­ ses gibt es einen zweiten Raum 38, der über einen zylin­ drischen Außenfilter 39 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Das Gehäuse 31 ist an einer Stirnwand 40 befe­ stigt, welche den Zylinder 4 des Motors 1 einseitig abschließt.

Die Kolbenstange 8 besitzt einen flanschartigen Anschlag 41, der mit nach innen ragenden Mitnehmern 42 und 43 der Hülse 36 zusammenarbeitet. Jeweils am Ende eines Hubes wird daher die Hülse 36 nach links oder nach rechts verschoben. Das Hilfsventil besitzt einen flachen Hilfs­ schieber 44, der mit einer Verbindungsnut 45 versehen ist und gegen eine ebene Gehäusefläche 46 des Gehäuse­ blocks 34 unter dem Einfluß der zugeführten Druckluft anliegt. Von dieser Gehäusefläche 46 gehen zwei parallele Steuerschlitze 47 und 48 und ein dazwischen angeordneter schlitzförmiger Steuerkanal 49 ab. In der gezeichneten Endlage verbindet die Nut 45 den Steuerschlitz 47 mit dem zum zweiten Raum 38 führenden Steuerkanal 49, während der Steuerschlitz 48 mit dem ersten Raum verbunden ist. In der anderen Endlage der Hülse 36 ist die Zuordnung der Steuerschlitze 47 und 48 zum ersten und zweiten Raum umgekehrt.

Ein Rundschieber 50 weist an den Enden zwei Steuerdruck­ räume 51 und 52 auf. Der Steuerdruckraum 51 steht über eine im Gehäuse 31 verlaufende Leitung 53 mit dem Steuer­ schlitz 47 in Verbindung. Der Steuerdruckraum 52 steht über eine im Gehäuse 31 verlaufende Leitung 54 mit dem Steuerschlitz 48 in Verbindung. Das bedeutet, daß der Rundschieber 50 je nach Stellung des Hilfsventils 35 an einem Ende von der Druckluft beaufschlagt wird, wäh­ rend das andere Ende dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist.

Der Rundschieber 50 weist eine innere Aussparung 55 zum Übergreifen der Hülse 36 und eine äußere Aussparung 56 zur Aufnahme eines Hauptschiebers 57 auf. Dieser Hauptschieber wird durch den Druck im ersten Raum 37 gegen eine Gehäusefläche 58 gehalten. Er besitzt eine Verbindungsnut 59. Diese Hauptschieber-Gehäusefläche 58 ist der Hilfsschieber-Gehäusefläche 46 zugewandt. Haupt­ ventil 33 und Hilfsventil 35 liegen daher auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kolbenstange 8. Von der Gehäusefläche 58 gehen zwei Steuerschlitze 60 und 61 aus. Dazwischen befindet sich der schlitzförmige Aus­ trittskanal 30. Der Steuerschlitz 60 ist über einen Kanal 62 und die Leitung 24 mit dem Druckraum 6 des Axialmotors 1 verbunden. Der Steuerschlitz 61 ist über einen Kanal 63 und die Leitung 25 mit dem Druckraum 7 des Axialmotors 1 verbunden. In der veranschaulichten Stellung des Hauptschiebers 57, der gerade seine neue Position eingenommen hat, ist demnach der unter Druck stehende erste Raum 37 über den Steuerschlitz 60 mit dem Druckraum 6 des Motors 1 verbunden, während der Druckraum 7 über den Steuerschlitz 61, die Verbindungsnut 59 und den Austrittskanal 30 mit dem zweiten Raum 38 in Verbindung steht. Der Kolben kann daher aus der linken Endlage wieder nach rechts bewegt werden.

Zumindest der Flachschieber 44 des Hilfsventils 35 be­ steht aus einem reibungsarmen Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluoräthylen. Auch der Hauptschieber 57 kann aus einem solchen Material bestehen. Da die Blöcke 32 und 34 ein- oder angesetzt sind, können sie ebenfalls aus einem Kunststoff oder einem anderen Material beste­ hen, das in Verbindung mit dem Schieber geringe Reibungs­ kräfte verursacht.

Die Abmessungen des Hilfsschiebers 44 sind äußerst ge­ ring. Bei einem Ausführungsbeispiel kam man mit einer Schieberfläche von weniger als 5 cm² aus. Der Hub betrug lediglich 7 mm. Hierbei hatten die Steuerschlitze 47 und 48 eine Breite von 3 mm und die Wandstärke des Hilfs­ schiebers betrug ebenso wie der Abstand des Steuerschlit­ zes 47, 48 von der benachbarten Steueröffnung 49 4 mm. Demgegenüber kann der Hauptschieber 57 wesentlich größere Abmessungen haben. In einem Ausführungsbeispiel betrug die Arbeitsfläche rund 30 cm² und die Hublänge 10 mm.

Der Druck P in der Druckleitung 20 hatte den in Fig. 4 veranschaulichten Verlauf. Der Arbeitshub der ersten Pumpe 2 ist mit I und der Arbeitshub der zweiten Pumpe 3 mit II bezeichnet. Jeweils an den Umkehrpunkten U sind Druckabfälle zu beobachten. Diese sind aber sehr klein, weil lediglich die Reibungskraft des Hilfsschiebers überwunden werden muß. Sie sind auch zeitlich sehr kurz, weil sofort mit dem Öffnen eines Steuerschlitzes eine ausreichend große Druckluftmenge in die Steuerdruckkammer des Hauptventils strömt.

Das beschriebene Prinzip eignet sich auch für Axialmoto­ ren, bei denen die Druckräume nicht durch starre Kolben, sondern durch Membranen begrenzt sind. Die Steuerventil­ anordnung ist auch dann von Interesse, wenn lediglich eine Pumpe angetrieben wird, diese aber den vollen Druck möglichst bis zum Ende des Hubes zur Verfügung stellen soll. Der Axialmotor kann auch für andere Anwendungs­ zwecke benutzt werden, beispielsweise für den Vorschub einer Werkzeugmaschine.

Die Steuerventilanordnung eignet sich auch für Membran- Doppelpumpen, wie sie allgemein bekannt sind. Man kann auch die von den Kolben 9, 10 geförderte Flüssigkeit über eine Membran auf die Druckleitung wirken lassen.

Claims (8)

1. Steuerventilanordnung für einen pneumatischen Axial­ motor, mit einem als Schieber ausgebildeten Hauptventil, das Steuerdruckräume aufweist, welchen zur Betätigung Steuerluft zugeführt wird, und das wechselseitig zwei Druckräume des Motors mit einem Druckluftanschluß und einem Luftaustritt verbindet, und mit einer Hilfsventilvorrichtung mit einem Hilfsschieber, der jeweils am Ende des Arbeitshubes von einem axial bewegten Motorteil mitnehmbar ist, in einem Gehäuseteil Steueröffnungen überfährt und dabei die Steuerdruckräume abwechselnd mit dem Druckluftanschluß und dem Luftaustritt verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschieber (44) ein Flachschieber ist, der in einem ersten Raum (37) angeordnet ist und mit einer ebenen Gehäusefläche (46) zusammenwirkt, die zwei parallele Steuerschlitze (47, 48) und parallel hierzu dazwischen einen zu einem zweiten Raum (38) führenden schlitzförmigen Steuerkanal (49) aufweist, daß der eine Raum (37) mit dem Druckluftanschluß (29) und der andere Raum (38) mit dem Luftaustritt verbunden ist und daß der Hilfsschieber eine Verbindungsnut (45) und eine wirksame Länge aufweist, derart daß in jeder Endlage der eine Steuerschlitz mit dem ersten Raum und der andere Steuerschlitz mit dem Steuerkanal verbunden ist.

2. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Steuerschlitz (47, 48) und schlitzförmigem Steuerkanal (49) 2 bis 4 mm, vorzugsweise 3 mm, beträgt, daß die Länge der Verbindungsnut (45) in Bewegungsrichtung etwa gleich der Summe der Breite des Steuerkanals und eines Steuerschlitzes und des Abstandes dazwischen ist und daß die Länge des Hilfsschiebers (44) etwa gleich der Summe der Länge der Verbindungsnut und des doppelten Abstandes zwischen Steuerschlitz und Steuerkanal ist.

3. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschieber (44) neben der Kolbenstange (8) angeordnet und von einem Anschlag (41) der Kolbenstange mitnehmbar ist.

4. Steuerventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Raum (37) außen von einem Gehäuse (31) und innen von einer Hülse (36) begrenzt ist, die die Kolbenstange (8) umgibt, im Gehäuse abgedichtet gehalten ist, von einem Anschlag (41) an der Kolbenstange mitnehmbar ist und ihrerseits den Hilfsschieber (44) mitnimmt.

5. Steuerventilanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschieber (57) auf der dem Hilfsschieber (44) gegenüberliegenden Seite der Kolbenstange (8) angeordnet ist.

6. Steuerventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschieber (57) quer zur Bewegung der Kolbenstange (8) verschiebbar ist.

7. Steuerventilanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschieber (57) ebenfalls ein Flachschieber ist, der mit zwei schlitzförmigen, zu den Hubräumen (6, 7) des Motors (1) führenden Steueröffnungen (60, 61) und einem dazwischen angeordneten Luftaustrittskanal (30) in einer ebenen, der Hilfsschieber-Gehäusefläche (46) zugewandten Gehäusefläche (58) zusammenwirkt.

8. Steuerventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschieber (57) von einem Rundschieber (50) mitnehmbar ist, der in einem Gehäuse (31) geführt ist, das Verbindungskanäle (53, 54) vom Hilfsventil (35) zu den Steuerdruckräumen (51, 52) enthält und das Gehäuse (34) des Hilfsventils trägt oder bildet.