DE3939578A1 - Wegeventil fuer einen pneumatischen zylinder - Google Patents

Wegeventil fuer einen pneumatischen zylinder

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Wegeventil (Reduzierventil) für einen pneumatischen Zylinder.
STAND DER TECHNIK
Bekannte pneumatische Zylinder zeigen einige Mängel, wie nachfolgend beschrieben.
Wenn ein schwerer Gegenstand unter Verwendung eines pneuma­ tischen Zylinders abwärtsbewegt wird, wird die Geschwindig­ keit für die Absenkung des Gegenstandes gewöhnlich durch Drosselung einer Luftauslaßöffnung des pneumatischen Zy­ linders gesteuert. Dabei steigt der Druck der Auslaßluft an, was zu einem hohen Energieverlust führt.
Für den Fall einer Absenkung der Geschwindigkeit des Kolbens des pneumatischen Zylinders wird die Fläche der Luftauslaß­ öffnung reduziert. Wenn die Kolbengeschwindigkeit plötzlich einer Steuerung unterzogen wird, bewirkt dies ein Schlagen des Kolbens entsprechend der Kompressibilität der Luft. Um ein solches Schlagen des Kolbens zu verhindern, ist ein Stoßdämpfer zusätzlich erforderlich, wenn der Kolben bei hoher Geschwindigkeit bewegt wird. Selbst in diesem Falle entsteht ein Energieverlust, wenn die kinetische Energie in thermische Energie umgewandelt wird.
Wenn der Kolben ferner mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, ist es schwierig, sanft die Geschwindigkeit des Kolbens von einer optionalen Position aus nur unter Verwendung eines Luftkreislaufs zu reduzieren.
Überdies kann ein Schlagen des Kolbens leicht in dem Moment eintreten, wenn der Kolben den Absenkvorgang beginnt, und es entsteht auch eine Verzögerung, wenn der Kolben den Anhebevorgang beginnt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Hauptaufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Wegeventils für einen pneumatischen Zylinder, der die vorstehend genannten Schwierigkeiten bei bekannten pneumatischen Zylindern lösen kann. Hierzu wird auf einzelne Punkte hingewiesen:
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wegeventil zu schaffen, durch das das Absenken eines Kolbens eines pneumatischen Zylinders sanft, bei hoher Geschwindigkeit und mit einem minimalen Energieverlust realisiert werden kann.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schlag, das heißt ein Prellen des Kolbens, zu ver­ hindern, was leicht eintreten kann, wenn der Kolben in der unteren und oberen Endposition anhält.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines Wegeventils für einen pneumatischen Zylinder, das einen schnellen Start beim Anheben wie auch eine höhere Anhebegeschwindigkeit für den Kolben des Zylin­ ders gewährleistet.
Zur Erreichung dieser Ziele weist der vorliegende Erfindungs­ gegenstand den nachfolgend beschriebenen Aufbau auf. Dabei weist das erfindungsgemäße Wegeventil für einen pneumati­ schen Zylinder, der mit einem Kolben und einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange versehen ist, die folgenden Merkmale auf: Eine erste Druckkammer steht in Verbindung mit einer Druckluftversorgung; eine zweite Druckkammer steht in Verbindung mit einer von zwei Zylinderkammern, die durch Aufteilung des Zylinders mittels des Kolbens gebildet sind; eine atmosphärische Druckkammer; einen Drucksteuermechanismus; und Mittel zum Steuern und Andern des Drucks, die durch den Drucksteuermechanismus betätigt werden und die eine Drucksteuerkammer auf seiten des Druck­ steuermechanismus und eine Druckaufnahmekammer auf der gegenüberliegenden Seite aufweisen; ein erstes Ventilglied zur Herstellung einer aufhebbaren Verbindung zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer, ein zweites Ventilglied zur Herstellung einer aufhebbaren Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und der atmo­ sphärischen Druckkammer; ein drittes Ventilglied zur Her­ stellung einer aufhebbaren Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und der Druckaufnahmekammer; und ein viertes Ventilglied, das in Verbindung mit dem dritten Ventilglied, der Druckluftversorgung und der Drucksteuerkammer steht.
Die Wirkungsweise dieses Wegeventils für einen pneumatischen Zylinder wird nachfolgend ausführlich beschrieben.
  • 1) Bei der Reduzierung der Absenkgeschwindigkeit eines schweren Gegenstandes steht die zweite Druckkammer des Wegeventils mit der Druckaufnahmekammer über das dritte Ventilglied in Verbindung. Dadurch stehen die zweite Druckkammer und die atmosphärische Druckkammer miteinander über eine kleine Öffnung in Verbindung, und die Luft im pneumatischen Zylin­ der strömt langsam in die atmosphärische Druckkammer über die zweite Druckkammer. Dadurch wird der Gegenstand langsam abgesenkt.
  • 2) Um den Kolben des pneumatischen Zylinders schnell abzusenken, wird Luft der Druckaufnahmekammer des Wege­ ventils über das dritte Ventilglied zugeführt. Dadurch bewegt sich der Drucksteuerkolben des Wegeventils nach oben und hebt das erste und zweite Ventilglied des Wege­ ventils an. Die Anhebung des ersten Ventilglieds verhindert eine Verbindung zwischen der ersten Drucksteuerkammer und der zweiten Drucksteuerkammer des Wegeventils, während die Anhebung des zweiten Ventilglieds eine Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und der atmosphärischen Druckkammer herstellt. Hierdurch strömt die Luft im Zylinder mit hoher Geschwindigkeit aus, um den Kolben des pneuma­ tischen Zylinders schnell abzusenken.
  • 3) Der Kolben des pneumatischen Zylinders wird schnell angehoben, indem die Luft in der Druckaufnahmekammer des Wegeventils über das dritte und vierte Ventilglied abge­ lassen wird. Entsprechend diesem vorstehend genannten Ablaßvorgang bewegt sich der Drucksteuerkolben nach unten und drückt das erste Ventilglied des Wegeventils nach unten. Dadurch werden die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer des Wegeventils miteinander verbunden, und dann fließt Luft von der Luftdruckversorgung in die Zylinder­ kammer des pneumatischen Zylinders, um den Kolben mit hoher Geschwindigkeit anzuheben.
  • 4) Der pneumatische Zylinder wird folgendermaßen langsamer angehoben:
    Der Drucksteuerkolben des Wegeventils wird mittels Luft­ druck abgesenkt. In der Folge werden die Druckaufnahme­ kammer und die zweite Druckkammer des Wegeventils mitein­ ander über das dritte Ventilglied verbunden. Weiterhin steht die zweite Druckkammer mit der ersten Druckkammer über die kleine Öffnung in Verbindung. Dadurch wird die Luft langsam der Zylinderkammer von der Luftdruckversorgung aus über die erste und die zweite Druckkammer des Wege­ ventils zugeführt. Entsprechend wird der Kolben des pneuma­ tischen Zylinders langsam angehoben.
KURZE DARSTELLUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielhaft und um die Beschreibung zu verdeutlichen, wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines ersten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung eines ersten An­ wendungsbeispiels,
Fig. 3A, 3B, 3C und 3D schematische Ansichten, die Arbeitszustände des ersten Anwendungsbeispiels zeigen,
Fig. 4 eine Längsschnittdarstellung eines zweiten An­ wendungsbeispiels,
Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung eines dritten An­ wendungsbeispiels,
Fig. 6 eine Längsschnittdarstellung eines zweiten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und
Fig. 7 eine Längsschnittdarstellung eines dritten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen erläutert.
Ein erstes Ausführungsbeispiel wird auf Fig. 1 basierend erläutert. Ein Wegeventil 1 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 2, das aus einem Steuerkörper 10 (oberer Teil) und einem Dekompressionskörper 30 (unterer Teil) besteht. Im Steuerkörper 10 sind eine Bodenwandung 12, ein mittlerer Bund 13 und ein oberer Bund 14 in einem ersten Innenraum 11 des Gehäuses 2 ausgebildet. Ein erster Drucksteuerkolben 15 ist zwischen der Bodenwandung 12 und dem mittleren Bund 13 im Innenraum 11 verschiebbar und dichtend angeord­ net. Weiterhin ist ein zweiter Drucksteuerkolben 16 zwischen dem mittleren Bund 13 und dem oberen Bund 14 verschiebbar und dichtend angeordnet. Der zwischen der Bodenwandung 12 und dem ersten Drucksteuerkolben 15 gebildete Zwischen­ raum dient als Druckaufnahmekammer 17. Weiterhin dient der Zwischenraum zwischen dem ersten Drucksteuerkolben 15 und dem zweiten Drucksteuerkolben 16 als Gegendruckkammer 18, und der Zwischenraum zwischen dem zweiten Drucksteuer­ kolben 16 und dem oberen Bund 14 dient als Steuerkammer 19.
Der zweite Drucksteuerkolben 16 besteht aus einer sich nach außen erstreckenden Scheibe 16 a, einem ersten zylin­ drischen Bereich 16 b und einer oberen Wandung 16 c. Die Scheibe 16 a gleitet entlang der Wandung des ersten Innen­ raums 11, und der erste zylindrische Bereich 16 b gleitet entlang der Innenfläche eines zweiten zylindrischen Bereichs 14 b am oberen Bund 14. Der obere Endbereich der oberen Wandung 16 c erstreckt sich nach außen und bildet einen Anschlagbereich 16 d. Die Außenfläche des zweiten zylindrischen Bereichs 14 b ist mit einem Gewinde versehen, und eine Gegenmutter 20 ist an diesem Bereich angeordnet. Weiterhin ist ein runder Anschlag 21 auf dem zweiten zylin­ drischen Bereich 14 b aufgeschraubt. Ein einstellbarer Zwischenraum L ist zwischen dem Anschlag 21 und dem Anschlag­ bereich 16 d des zweiten Druckgesteuerkolbens 16 vorge­ sehen. Im mittleren Bereich der oberen Wandung 16 c ist eine Handeinstellschraube 22 installiert. Das untere Ende der Handeinstellschraube 22 dient zum Herunterdrücken des ersten Drucksteuerkolbens 15 über ein Federlager 23 und eine erste Steuerfeder 24. Weiterhin ist eine zweite Steuerfeder 25 zwischen dem ersten und dem zweiten Druck­ steuerkolben 15 bzw. 16 angeordnet. Der mittlere Bund 13 ist mit einer Luftöffnung 26 versehen.
Im Dekompressionskörper 30 sind ein unterer Bund 32, ein mittlerer Bund 33 und ein oberer Bund 34 in einem zweiten Innenraum 31 ausgebildet, der konzentrisch zum ersten Innenraum 11 des Gehäuses 2 angeordnet ist. Der obere Bund 34 und die Bodenwandung 12 sind über einen gemein­ samen Körperbereich miteinander verbunden. Am oberen und unteren Bereich der inneren Enden des mittleren Bunds 33 sind ein zweiter Ventilsitz 36 und ein erster Ventil­ sitz 35 jeweils kreisförmig ausgebildet. Weiterhin bilden die inneren Enden des mittleren Bunds 33 eine zweite zylin­ drische Druckkammer 37.
Der Zwischenraum zwischen dem unteren Bund 32 und dem mittleren Bund 33 wirkt als erste Druckkammer 38. In dieser Druckkammer 38 ist ein erstes Ventilglied 39 installiert.
Der untere Bereich des ersten Ventilglieds 39 ist dichtend und verschiebbar in einer ersten Ventilkammer 40 ange­ ordnet, die durch den unteren Bund 32 gebildet wird. Ein erster Ventilteller 39 a des ersten Ventilglieds 39 kann in Kontakt mit dem ersten Ventilsitz 35 des mittleren Bunds 33 gebracht werden. Das erste Ventilglied 39 ist mit einer ersten Ventilbohrung 39 b zur Kommunikation der zweiten Druckkammer 37 mit der ersten Ventilkammer 40 versehen. Das erste Ventilglied 39 wird durch eine erste Ventilfeder 43 nach oben gedrückt.
Andererseits ist eine mit der Außenluft verbundene atmo­ sphärische (Gasauslaß) Druckkammer 42 zwischen dem mittleren Bund 33 und dem oberen Bund 34 angeordnet. Ein zweites Ventilglied 41 ist in der atmosphärischen Druckkammer 42 installiert. Der obere Bereich des zweiten Ventilglieds 41 ist dichtend und verschiebbar in einer zweiten Ventil­ kammer 44 angeordnet, die durch den oberen Bund 34 gebildet wird. Ein zweiter Ventilteller 41 a des zweiten Ventilglieds 41 kann in Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz 36 am mitt­ leren Bund 33 gebracht werden. Das zweite Ventilglied 41 ist mit einer zweiten Ventilbohrung 41 b versehen, um die Kommunikation zwischen der zweiten Druckkammer 37 und der zweiten Ventilkammer 44 zu ermöglichen. Das zweite Ventilglied 41 wird mittels einer zweiten Ventilfeder 45 nach unten gedrückt.
In der Mitte des ersten Drucksteuerkolbens 15 ist das obere Ende eines Stößels 46 fixiert. Der mittlere Bereich des Stößels 46 verläuft dichtend durch die Bodenwandung 12 und lose durch das zweite Ventilglied 41. Der Durch­ messer des unteren Bereichs des Stößels 46 ist größer als der des mittleren Bereichs, um das zweite Ventilglied 41 am Abfallen zu hindern. Weiterhin kann das untere Ende des Stößels 46 in Kontakt mit der oberen Fläche des ersten Ventilglieds 39 gelangen, wenn der erste Drucksteuerkolben 15 nach unten bewegt wird.
Die erste Druckkammer 38 steht über eine erste Druckkammer­ öffnung 37 mit einer Druckluftversorgung 48 in Verbindung. Die zweite Druckkammer 37 steht über einen zweiten Druck­ kammerkanal 49 mit einer Zylinderkammer eines nicht darge­ stellten pneumatischen Zylinders in Verbindung. Weiterhin kann die zweite Druckkammer 37 mit der Druckaufnahmekammer 17 über eine zweite Druckkammeröffnung 50, ein pneumati­ sches Dreiwege-Zweistellungs-Magnetventil (nachfolgend als 3-Wege-Magnetventil bezeichnet) 51 und eine Druckaufnahme­ kammeröffnung 52 in Verbindung treten.
Andererseits kann die Drucksteuerkammer 19 mit einem pneu­ matischen Fünfwege-Zweistellungs-Magnetventil (nachfolgend als 5-Wege-Magnetventil bezeichnet) 54 über eine Steuerkammer­ öffnung 53 in Verbindung treten. Das 5-Wege-Magnetventil 54 ist mit dem 3-Wege-Magnetventil 51 verbunden und kommu­ niziert mit der Druckluftversorgung 48.
Wenn der pneumatische Zylinder mit dem vorstehend beschrie­ benen Aufbau den in der Figur dargestellten Zustand auf­ weist, steht das erste Ventilglied 39 nicht in Kontakt mit dem unteren Ende des Stößels 46. Das erste Ventilglied 39 wird von einer Federkraft der ersten Ventilfeder 43 beaufschlagt, und der erste Ventilteller 39 a liegt am Ventilsitz 35 an. Andererseits wird eine Federkraft von der zweiten Ventilfeder 45 auf das zweite Ventilglied 41 ausgeübt, und der zweite Ventilteller 41 a liegt am zweiten Ventilsitz 36 an. Der erste Drucksteuerkolben 15 weist einen Abstand zur Bodenwandung 12 auf, wodurch die Druckaufnahmekammer 17 gebildet wird. Der zweite Druck­ steuerkolben 16 liegt am oberen Bund 14 an. Da die Steuer­ kammer 19 zur Außenluft hin geöffnet ist, ist ihr Inhalt klein. Die Druckaufnahmekammer 17 und die zweite Druck­ kammer 37 stehen miteinander über die zweite Druckkammer­ öffnung 15, das 3-Wege-Magnetventil 51 und die Druckauf­ nahmekammeröffnung 52 in Verbindung.
Wenn die Handeinstellschraube 22 unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen gedreht wird, um den ersten Drucksteuerkolben 15 und den Stößel 46 nach unten über das Federlager 23 und die erste Steuerfeder 24 zu drücken, gelangt der Stößel 46 in Kontakt mit dem ersten Ventil­ glied 39 und drückt es nach unten, während das zweite Ventilglied 41 in Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz 36 gehalten wird. Folglich tritt die erste Druckkammer 38 mit der zweiten Druckkammer 37 in Verbindung, und die erste Luft wird von der Druckluftversorgung 48 der zweiten Druckkammer 37 zugeführt. Ein Teil der der zweiten Druck­ kammer 37 zugeführten Luft wird der Druckaufnahmekammer 17 über die zweite Druckkammeröffnung 50, das 3-Wege-Magnet­ ventil 51 und die Druckaufnahmekammeröffnung 52 zugeführt, wodurch der erste Drucksteuerkolben 15 nach oben gedrückt wird. Entsprechend dieser Bewegung wird der Stößel 46 angehoben, und auch das erste Ventilglied 39 wird durch die erste Ventilfeder 43 bis zur Berührung mit dem Stößel 46 nach oben gedrückt. Folglich steht der Druck in der zweiten Druckkammer 37 und die Federkraft der ersten Steuer­ feder 24 in Gleichgewicht. Andererseits kann der Druck in der zweiten Druckkammer 37 auch durch Zufuhr von Druck­ luft von der Druckluftversorgung 48 zur Steuerkammer 19 über das 5-Wege-Magnetventil 54 gesteuert werden, wodurch der zweite Drucksteuerkolben 16 nach unten gedrückt wird. Der Verstellweg des zweiten Drucksteuerkolbens 16 wird durch einen Abstand L zwischen dem Anschlag 21 und dem Anschlagbereich 16 d des zweiten Drucksteuerkolbens 16 reguliert. Der Abstand L ist durch die Drehung der Gegen­ mutter 20 einstellbar.
Die Wirkungsweise des Wegeventils 1 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nun basierend auf der Kombination des Wegeventils 1 und eines pneumatischen Zylinders 60 unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 sowie auf Tabelle 1 erläutert.
Fig. 2 zeigt das mit dem pneumatischen Zylinder 60 ver­ bundene Wegeventil 1. Im dargestellten Zustand steht die zweite Druckkammeröffnung 49 des Wegeventils 1 mit einer kolbenstangenseitigen Öffnung 61 des pneumatischen Zylinders 60 in Verbindung. Im Zylinder 60 ist ein Kolben dichtend und verschiebbar in einem Zylinderkörper 62 angeordnet, und eine mit dem Kolben 63 verbundene Kolbenstange 64 verläuft ebenfalls dichtend und verschiebbar durch eine untere Endwandung 62 a des Zylinderkörpers 62. Der untere Endbereich der Kolbenstange 64 ist mit einem Gewicht W versehen. Weiterhin ist eine obere Endwandung 62 b des Zylinderkörpers 62 mit einer kopfseitigen Öffnung 65 ver­ sehen. Endschalter 66 und 67 erfassen jeweils die Positionen, in denen die Anhebegeschwindigkeit und die Absenkgeschwindig­ keit des Kolbens 63 geringer zu werden beginnt. Das 3-Wege­ Magnetventil 51 (Sol 1 in Tabelle 1) und das 5-Wege-Magnet­ ventil 54 (Sol 2 in Tabelle 1) sind gemäß Fig. 2 angeordnet.
Die Fig. 3A bis 3D zeigen typische Betriebszustände des Wegeventils 1.
Fig. 3A zeigt den Zustand, in dem der Kolben 63 schnell angehoben wird. Wenn elektrische Energie dem 3-Wege-Magnet­ ventil 51 und dem 5-Wege-Magnetventil 54 zugeführt wird, so wird Druckluft von der Druckluftversorgung 48 der Steuer­ kammer 19 über das 5-Wege-Magnetventil 54 zugeführt, wo­ durch der zweite Drucksteuerkolben 16 heruntergedrückt wird. Als Folge dieser Bewegung wird der erste Drucksteuer­ kolben 15 nach unten gedrückt, und die Luft in der Druck­ aufnahmekammer 17 wird nach außen über das 3-Wege-Magnet­ ventil 51 und das 5-Wege-Magnetventil 54 abgeführt. Anderer­ seits wird das erste Ventilglied 39 durch den Stößel 46 nach unten gedrückt. Dadurch können die erste Druckkammer 38 und die zweite Druckkammer 37 miteinander in Verbindung treten, und die Luft wird von der Druckluftversorgung 48 zur Kolbenstangenseite des pneumatischen Zylinders 60 zugeführt. Hierdurch wird der Kolben 63 mit dem Gewicht W schnell angehoben. Zu dieser Zeit entspricht der Druck in der zweiten Druckkammer 37 dem in der ersten Druckkammer 38.
Fig. 38 zeigt den Zustand, in dem der Kolben 63 langsam angehoben und am oberen Endbereich des pneumatischen Zylin­ ders 60 gestoppt wird.
Wenn das 3-Wege-Magnetventil 51 nicht betätigt und das 5-Wege-Magnetventil 54 betätigt ist, wird Druckluft von der Druckluftversorgung 48 zur Steuerkammer 19 über das 5-Wege-Magnetventil 54 zugeführt, wodurch der zweite Druck­ steuerkolben 16 nach unten gedrückt wird. Entsprechend dieser Bewegung wird der erste Drucksteuerkolben 15 abge­ senkt, und die Druckaufnahmekammer 17 tritt mit der zweiten Druckkammer 37 über das 3-Wege-Magnetventil 51 in Ver­ bindung. In diesem Zustand wird der Druck in der zweiten Druckkammer 37 durch die erste Steuerfeder 24 auf einen hohen Wert gesteuert, und die zweite Druckkammer 37 tritt mit der ersten Druckkammer 38 über eine kleine Öffnung zwischen dem ersten Ventilsitz 35 und dem ersten Ventil­ teller 39 a in Verbindung. Dann fließt die Druckluft von der Druckluftversorgung 48 allmählich von der ersten Druck­ kammer 38 zur zweiten Druckkammer 37 und weiterhin zur kolbenstangenseitigen Öffnung 61 des pneumatischen Zylinders 60. Folglich wird der Kolben 63 langsam angehoben, bis er die obere Endposition erreicht.
Fig. 3C zeigt den Zustand, in dem der Kolben schnell abge­ senkt wird.
Durch Betätigung des 3-Wege-Magnetventils 51 und Nicht­ betätigung des 5-Wege-Magnetventils 54 wird Druckluft von der Druckluftversorgung 48 durch das 5-Wege-Magnet­ ventil 54 und das 3-Wege-Magnetventil 51 zur Druckaufnahme­ kammer 17 geführt. Dadurch wird der erste Drucksteuer­ kolben 15 angehoben. Gemäß dieser Bewegung wird das zweite Ventilglied 41 mittels des Stößels 46 angehoben, und die zweite Druckkammer 37 tritt in Verbindung mit der atmo­ sphärischen Druckkammer 42. Zur gleichen Zeit wird das erste Ventilglied 39 durch die erste Ventilfeder 43 hoch­ gedrückt, wodurch die Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 37 und der ersten Druckkammer 38 unterbrochen wird. Hierdurch wird die Luft in der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer des pneumatischen Zylinders 60 plötzlich nach außen abgelassen, und der Kolben sinkt schnell nach unten.
Fig. 3D zeigt den Zustand, in dem der Kolben 63 langsam abgesenkt wird, bis er die untere Endposition erreicht. Wenn weder das 3-Wege-Magnetventil 51, noch das 5-Wege­ Magnetventil 54 angesteuert sind, wird keine Druckluft von der Druckluftversorgung 48 dem Wegeventil 1 zugeführt.
Die zweite Druckkammer 37 steht mit der Druckaufnahme­ kammer 17 über die zweite Druckkammeröffnung 50, das 3- Wege-Magnetventil 51 und die Druckaufnahmekammeröffnung 52 in Verbindung. Dadurch wird der erste Drucksteuerkolben 15 durch die vom pneumatischen Zylinder 60 austretende Luft angehoben, und auch das zweite Ventilglied 41 wird mittels des Stößels 46 angehoben. Da der Druck in der zweiten Druckkammer 37 durch die erste Steuerfeder 24 auf einen hohen Wert eingestellt ist, ist der Anhebevorgang des zweiten Ventilglieds 41 gering. Die zweite Druckkammer 37 und die atmosphärische Druckkammer 42 stehen miteinander über eine kleine Öffnung zwischen dem zweiten Ventilsitz 36 und dem zweiten Ventilteller 41 a in Verbindung. Da die Luft des pneumatischen Zylinders 60 langsam von der zweiten Druckkammer 37 zur atmosphärischen Druckkammer 42 fließt, wird der Kolben 63 ebenfalls langsam abgesenkt und erreicht schließlich die untere Endposition.
In einer Abwandlung kann der erste Drucksteuerkolben 15 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine andere Drucksteuervorrichtung, wie z.B. eine Membran, ein Diaphragma od.dgl., ersetzt werden.
Tabelle 1
Fig. 4 zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel. Es unterscheidet sich vom ersten Anwendungsbeispiel gemäß Fig. 2 dadurch, daß der pneumatische Zylinder 60 beim zweiten Anwendungs­ beispiel horizontal angeordnet und daß die kopfseitige Öffnung 65 mit einem zweiten Wegeventil 101 verbunden ist. Das zweite Wegeventil 101 weist denselben Aufbau wie das erste Wegeventil 1 auf, mit der Ausnahme, daß der zweite Drucksteuerkolben 16 entfällt. Jedes Bauteil, das einem Bauteil des ersten Wegeventils 1 entspricht, ist mit Bezugszeichen versehen, die den Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels erhöht um den Wert 100 entsprechen, und bezüglich der Erläuterungen für diese Bauteile wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen. Beispielsweise ist der dem ersten Drucksteuerkolben 15 des Wegeventils 1 entsprechende Drucksteuerkolben des zweiten Wegeventils 101 mit dem Bezugszeichen 115 versehen.
Die Verhältnisse zwischen dem Wegeventil 1 und dem zweiten Wegeventil 101 sind folgendermaßen unter der Bedingung definiert, daß die Federkraft einer Steuerfeder 124 des zweiten Wegeventils 101 und die Drucksteuerkraft des Druck­ steuerkolbens 115 konstant gehalten werden:
  • (A) Der niedrige Steuerdruck des Wegeventils 1 < Der Steuerdruck des Wegeventils 101
  • (B) Der hohe Steuerdruck des Wegeventils 1 < Der Steuerdruck des Wegeventils 101
Auf der Basis der vorstehend genannten Beziehungen können langsame und schnelle Arbeitsvorgänge des pneumatischen Zylinders 60 in der Richtung links-rechts realisiert werden.
Fig. 5 zeigt ein drittes Anwendungsbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels. Der pneumatische Zylinder 60 ist vertikal in derselben Weise wie beim ersten Anwendungs­ beispiel angeordnet. Die Luftöffnung 26 des Wegeventils 1 steht jedoch in Verbindung mit der Druckluftversorgung 48 über ein 3-Wege-Magnetventil 251 und ein Dekompressions­ ventil 258.
Wenn der pneumatische Zylinder 60 bei diesem Aufbau mit keiner Last beaufschlagt ist, wird das 3-Wege-Magnetventil 251 nicht erregt, und der Druck in der zweiten Druckkammer 37 wird durch die Federkraft der Steuerfeder 24 gesteuert. Wenn der pneumatische Zylinder 60 andererseits mit einer Last beaufschlagt ist, wird das 3-Wege-Magnetventil 251 elektrisch angesteuert, und dekomprimierte Luft wird von der Druckluftversorgung 48 zur Gegendruckkammer 18 geführt. Der Druck der dekomprimierten Luft addiert sich zur Feder­ kraft der Steuerfeder 24, was zur Erhöhung des Drucks der Druckaufnahmekammer 17 führt, das heißt, auch des Drucks der zweiten Druckkammer 37 und der der kolbenstangen­ seitigen Zylinderkammer des pneumatischen Zylinders 60. Dadurch wird die Bewegung des Kolbens des pneumatischen Zylinders 60 ausgelöst.
Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung. Ein Wegeventil 501 gemäß diesem Ausführungs­ beispiel entspricht dem in Fig. 4 dargestellten Wegeventil 101, mit Ausnahme der Anordnung von zwei Magnetventilen. Jede Komponente des Wegeventils 501, die einer Komponente des Wegeventils 101 entspricht, ist mit um den Wert 400 erhöhten Bezugszeichen gegenüber denjenigen bezeichnet, die beim zweiten Anwendungsbeispiel des ersten Ausführungs­ beispiels verwendet wurden. Für die Wirkungsweise dienen die Erläuterungen zum ersten Ausführungsbeispiel.
Beim Wegeventil 501 ist das 5-Wege-Magnetventil 54 mit einer Gegendruckkammer 518 und auch mit der Druckluft­ versorgung 48 über ein Dekompressionsventil 558 verbunden. Dementsprechend wird der Druck in einer zweiten Druckkammer 537 durch die Summe des Luftdrucks und der Federkraft einer Steuerfeder 524 gesteuert. Im übrigen entspricht die Wirkungsweise des Wegeventils 501 der des Wegeventils 1. Als Modifikation kann ein Drucksteuerkolben 515 durch andere Mittel zur Druckänderung ersetzt werden, wie z.B. eine Membran, ein Diaphragma od.dgl.
Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede der Komponenten eines Wegeventils 601, die einer Komponente des vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels entspricht, mit einer um den Wert 100 erhöhten Bezugs zahl gegenüber den Bezugszahlen der Komponenten des Wege­ ventils 501 bezeichnet. Die Handeinstellschraube 522 und die Steuerfeder 524, die als Drucksteuermittel bei dem in Fig. 6 dargestellten Wegeventil 501 verwendet werden, sind bei diesem Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Ferner ist ein weiteres 3-Wege-Magnetventil 655 mit dem 5-Wege-Magnetventil 54 verbunden, das mit einer Gegendruck­ kammer 618 in Verbindung steht. Das Wegeventil 601 kann mit der Druckluftversorgung 48 über ein Dekompressions­ ventil 656 für hohen Druck verbunden werden, wenn das Magnetventil 655 nicht aktiviert ist, und kann mit der Druckluftversorgung 48 über ein Dekompressionsventil 657 für niedrigen Druck verbunden werden, wenn das Magnetventil 655 aktiviert ist. Das Wegeventil 601 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel repräsentiert nämlich ein Verfahren zur Steuerung des Drucks eines Drucksteuerkolbens 615 unter Verwendung des Luftdrucks der Druckluftversorgung 48. Im übrigen entspricht die Wirkungsweise des Wegeventils 601 der des Wegeventils 1. Der Drucksteuerkolben 615 kann durch andere Drucksteuermittel ersetzt werden, wie z.B. eine Membran, ein Diaphragma od.dgl.
Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann das Wegeventil gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden ausgezeich­ neten Wirkungen erzeugen:
  • 1) Die Kolbenstange schlägt niemals im pneumatischen Zylinder an, wenn der Kolben von seiner oberen Endposition aus abzusinken beginnt, weil Luft nicht zur Kopfseite des Zylinders zugeführt wird, wie das bei bekannten Wege­ ventilen der Fall ist, und auch weil die Luft auf der Kolbenstangenseite ausgelassen wird.
  • 2) Die Absenkgeschwindigkeit des Kolbens ist hoch, weil der auf die Kolbenstangenseite ausgeübte Druck gering ist.
  • 3) Ein Aufprallen des Kolbens, das beim Stoppvorgang dieses Kolbens in der unteren Endposition leicht auftreten kann, kann verhindert werden. Um einen solchen Stoß zu verhindern, wird bei bekannten pneumatischen Zylindern die Auslaßöffnung gedrosselt, wenn der Kolben in die Nähe der unteren Endposition gelangt. Wenn die Absenkgeschwindig­ keit des Kolbens hoch und die Last groß ist, kann der Kolben entsprechend der Kompressibilität der Luft leicht aufprallen. Beim pneumatischen Zylinder gemäß der vor­ liegenden Erfindung wird die Absenkgeschwindigkeit jedoch verringert, bevor der Kolben am unteren Ende anhält, um ein Aufprallen des Kolbens zu verhindern.
  • 4) Beim Starten des Anhebevorgangs des Kolbens tritt beim pneumatischen Zylinder eine geringere Verzögerung auf, als dies bei bekannten pneumatischen Zylindern der Fall ist, weil bei diesen die Luft in der Kopfseite beim Anheben des Kolbens von seiner unteren Endposition heraus­ geführt wird.
  • 5) Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens während des Anhebens ist höher als die beim bekannten Kolben.
  • 6) Ein Aufprallen des Kolbens, das gerne beim Anhalten des Kolbens in der oberen Endposition auftritt, kann eben­ falls aus den in (3) genannten Gründen verhindert werden.
  • 7) Der Luftverbrauch kann im Vergleich zu bekannten pneu­ matischen Zylindern abgesenkt werden.
Obwohl die Erfindung im besonderen unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß vielfache Änderungen in der Form und im Detail durchgeführt werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (17)

1. Wegeventil für einen pneumatischen Zylinder, der ein Zylindergehäuse, einen das Zylindergehäuse in zwei Kammern aufteilenden Kolben und eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange aufweist, gekennzeichnet durch
  • a) ein Wegeventilgehäuse (2), mit einer in Verbindung mit der den pneumatischen Zylinder (60) und das Wegeventil (1; 101; 501; 601) umgebenden Atmosphäre stehenden Umgebungsdruckkammer (42; 642), mit einer in Verbindung mit einer Druckluftversorgung (48) stehenden ersten Druckkammer (38; 638) und mit einer in Verbindung mit einer der Kammern des Zylinder­ gehäuses stehenden zweiten Druckkammer (37; 637),
  • b) erste Ventilmittel (39; 139; 539; 639) zum wahlweisen Verbinden der ersten Druckkammer (38; 638) mit der zweiten Druckkammer (37; 637),
  • c) zweite Ventilmittel (41; 141; 541; 641) zum wahlweisen Verbinden der zweiten Druckkammer (37; 637) mit der Umgebungsdruckkammer (42; 642) und
  • d) Steuermittel zum Schließen oder partiellen oder vollständigen Öffnen der ersten Ventilmittel (39; 139; 539; 639) und/oder der zweiten Ventilmittel (41; 141; 541; 641).
2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventilgehäuse (2) weiterhin eine Steuermittel- Ausnehmung (11) aufweist, wobei die Steuermittel enthalten
  • a) einen bewegbar in der Steuermittel-Ausnehmung (11) angeordneten ersten Drucksteuerkolben (15), wobei eine Druckaufnahmekammer (17) zwischen dem Wegeventil­ gehäuse (2) und einer ersten Seite des ersten Druck­ steuerkolbens (15) gebildet ist,
  • b) einen bewegbar in der Steuermittel-Ausnehmung (11) gegenüber dem ersten Drucksteuerkolben (15) angeord­ neten zweiten Drucksteuerkolben (16), wobei eine Drucksteuerkammer (19) zwischen dem Wegeventilgehäuse (2) und einer ersten Seite des zweiten Drucksteuer­ kolbens (16) gebildet ist,
  • c) eine erste, mit dem ersten Drucksteuerkolben (15) und dem zweiten Drucksteuerkolben (16) verbundene Feder (25) und
  • d) an dem ersten Drucksteuerkolben (15) befestigte Kopplungsmittel (46) zum Öffnen der ersten Ventil­ mittel (39) oder der zweiten Ventilmittel (41) ent­ sprechend der Bewegung des ersten Drucksteuerkolbens (15) und
daß das Wegeventil (1) weiterhin Luftzuführ-/-abführmittel (51, 54) zum wahlweisen Zuführen von Luft und Abführen von Luft aus der Druckaufnahmekammer (17) und der Druck­ steuerkammer (19) aufweist.
3. Wegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführ-/-abführmittel dritte Ventilmittel (51) zur wahlweisen Verbindung der Druckaufnahmekammer (17) und der Drucksteuerkammer (19) mit der Druckluft­ versorgung (48) oder der Atmosphäre sowie vierte Ventil­ mittel (54) zur wahlweisen Verbindung der Drucksteuer­ kammer (19) mit der Druckluftversorgung (48) oder der Atmosphäre aufweisen.
4. Wegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel (46) die ersten Ventilmittel (41) vollständig öffnen, wenn die dritten Ventilmittel (51) eine Verbindung zwischen der Druckaufnahmekammer (17) und der Druckluftversorgung (48) herstellen und wenn die vierten Ventilmittel (54) eine Verbindung zwischen der Drucksteuerkammer (19) und der Atmosphäre herstellen, daß die Kopplungsmittel (46) die ersten Ventilmittel (39) vollständig öffnen, wenn die dritten Ventilmittel (51) eine Verbindung zwischen der Druckaufnahmekammer (17) und der Atmosphäre herstellen und wenn die vierten Ventil­ mittel (54) eine Verbindung zwischen der Drucksteuerkammer (19) und der Druckluftversorgung (48) herstellen, daß die Kopplungsmittel (46) die zweiten Ventilmittel (41) teilweise öffnen, wenn die dritten Ventilmittel (51) eine Verbindung zwischen der Druckaufnahmekammer (17) und der zweiten Druckkammer (37) herstellen und wenn die vierten Ventilmittel (54) eine Verbindung zwischen der Drucksteuer­ kammer (19) und der Atmosphäre herstellen, und daß die Kopplungsmittel (46) die ersten Ventilmittel (39) teilweise öffnen, wenn die dritten Ventilmittel (51) eine Verbindung zwischen der Druckaufnahmekammer (17) und der zweiten Druckkammer (37) herstellen und wenn die vierten Ventil­ mittel (54) eine Verbindung zwischen der Drucksteuerkammer (19) und der Druckluftversorgung (48) herstellen.
5. Wegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Balanciermittel zum Ausbalancieren des Drucks in der Druckaufnahmekammer (17) vorgesehen sind, wobei ein Druck mittels der ersten Feder (25) auf den ersten Drucksteuerkolben (15) ausgeübt wird, während die dritten Ventilmittel (51) eine Verbindung zwischen der Druckaufnahme­ kammer (17) und der zweiten Druckkammer (37) herstellen.
6. Wegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Balanciermittel ein über eine zweite Feder (24) mit dem ersten Drucksteuerkolben (15) in Verbindung stehen­ des Federlager (23) und Federlager-Positioniermittel (22) zum Anheben und Absenken des Federlagers (23) aufweisen und daß der Druck in der Druckaufnahmekammer (17) durch einen auf den ersten Drucksteuerkolben (15) über die ersten und zweiten Federn (25, 24) ausgeübten Druck ausbalanciert wird, indem die Federlager-Positioniermittel (22) im Sinne einer Anhebung oder Absenkung des Federlagers (23) betätigt werden.
7. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungsdruckkammer in Verbindung mit fünften Ventilmitteln steht, die wahlweise eine Verbindung der Umgebungsdruckkammer mit der Atmosphäre oder mit der Druck­ luftversorgung über ein Dekompressionsventil gestatten.
8. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventilgehäuse eine Steuermittel-Ausnehmung aufweist, wobei die Steuermittel enthalten: einen verschieb­ bar in der Steuermittel-Ausnehmung angeordneten ersten Drucksteuerkolben (115; 515; 615), wobei eine Druckaufnahme­ kammer (117) zwischen dem Wegeventilgehäuse und einer ersten Seite des ersten Drucksteuerkolbens (115; 515; 615) gebildet ist und wobei eine Gegendruckkammer (118; 518; 618) zwischen einer zweiten Seite des ersten Drucksteuerkolbens (115; 515; 615) und dem Wegeventilgehäuse gebildet ist, und an dem ersten Drucksteuerkolben (115; 515; 615) befestig­ te Kopplungsmittel zum Öffnen der ersten Ventilmittel (139; 539; 639) oder der zweiten Ventilmittel (141; 541; 641) entsprechend der Bewegung des ersten Drucksteuerkolbens (115; 515; 615), und daß das Wegeventil (101; 501; 601) weiter­ hin Luftzuführ-/-abführmittel zur wahlweisen Zuführung oder Abführung von Luft aus der Druckaufnahmekammer (117) und der Gegendruckkammer (118; 518; 618) aufweist.
9. Wegeventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführ-/-abführmittel Luft mit niederem Druck oder mit hohem Druck der Gegendruckkammer (118; 518; 618) zuführen.
10. Wegeventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführ-/-abführmittel dritte Ventilmittel (51; 151) zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Druckaufnahmekammer (117) und der zweiten Druckkammer (537; 637) und/oder vierte Ventilmittel (54) aufweisen, wobei die vierten Ventilmittel (54) zur Herstellung einer Verbindung zwischen sechsten Ventilmitteln (655) und der Gegendruckkammer (618) oder den dritten Ventilmitteln (51) vorgesehen sind und wobei die sechsten Ventilmittel (655) zur Herstellung einer Verbindung zwischen den vierten Ventilmitteln (54) und einer Druckluftversorgung mit niede­ rem oder hohem Druck vorgesehen sind.
11. Wegeventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Balanciermittel zum Ausbalancieren des Drucks in der Gegendruckkammer (118; 518; 618) mit dem Druck in der Druck­ aufnahmekammer.
12. Wegeventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Balanciermittel ein mit dem ersten Drucksteuer­ kolben (115; 515) über eine zweite Feder (124; 524) verbunde­ nes Federlager und Federlager-Positioniermittel zum Anheben und Absenken des Federlagers aufweisen und daß der Druck in der Druckaufnahmekammer (117) mit Hilfe des Drucks der zweiten Feder (124; 524) und eines auf den ersten Druck­ steuerkolben (115; 515) ausgeübten Luftdrucks in der Gegen­ druckkammer (118; 518) ausbalanciert wird, indem die Feder­ lager-Positioniermittel (522) zur Anhebung oder Absenkung des Federlagers betätigt werden.
13. Wegeventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführ-/-abführmittel dritte Ventilmittel (51; 151) zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Druckaufnahmekammer (117) und der zweiten Druckkammer (537) oder vierten Ventilmitteln (54; 154) aufweisen, wobei die vierten Ventilmittel (54; 154) zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem mit der Druckluftversorgung (48) verbundenen Dekompressionsventil (558) und der Gegen­ druckkammer (118; 518) oder den dritten Ventilmitteln (51; 151) ausgebildet sind.
14. Wegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführ-/-abführmittel dritte Ventilmittel (51) zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Druck­ aufnahmekammer (17) und der zweiten Druckkammer (37) oder vierten Ventilmitteln (54) aufweisen, wobei die vierten Ventilmittel (54) zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem mit der Druckluftversorgung (48) verbundenen De­ kompressionsventil und der Drucksteuerkammer oder den dritten Ventilmitteln (51) ausgebildet sind.
15. Wegeventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federlager-Positioniermittel (22) als mit einer Handbetätigungsvorrichtung versehene Gewindeschraube ausge­ bildet sind, die den zweiten Drucksteuerkolben (16) durch­ dringt, so daß die Schraube das Federlager (23) absenkt, wenn die Handbetätigungsvorrichtung in einer ersten Rich­ tung gedreht wird, und anhebt, wenn sie in einer zweiten Richtung gedreht wird.
16. Wegeventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Federlager-Positioniermittel (522) als mit einer Handbetätigungsvorrichtung versehene Gewindeschraube ausge­ bildet sind, die das Wegeventilgehäuse durchdringt, so daß die Schraube das Federlager absenkt, wenn die Hand­ betätigungsvorrichtung in einer ersten Richtung gedreht wird, und anhebt, wenn sie in eine zweite Richtung gedreht wird.
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