DE4032970A1 - Druckluftmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftmotor nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Druckluftmotor mit seitlich neben dem Motorzylinder angeordnetem Druckluft-Um­ steuerventil ist in der nicht-vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 39 21 214.9 offenbart.

Ausgehend von einem solchen Druckluftmotor ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Steuerelemente für das Ansteuern des Umsteuerventils so auszubilden, daß der Druckluftmotor sehr kurz gebaut werden kann, trotzdem aber eine sehr exakte Umsteuerung ge­ währleistet ist. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei der Erfindung wird also in den seitlich neben dem Motorzy­ linder befindlichen Ventilblock ein zweites Umsteuerventil ein­ gebaut, wobei dieses zweite Umsteuerventil als Vor-Umsteuer­ ventil vom Motorkolben in dessen Endpositionen mechanisch be­ tätigt wird, wohingegen das erste Umsteuerventil, als Haupt- Umsteuerventil, vom Vor-Umsteuerventil pneumatisch gesteuert wird und die Umsteuerung der Druckluft zum Antrieb des Mo­ tors vornimmt. Damit ergibt sich eine sehr kurze (niedrige) Baugröße für den Druckluftmotor. Weiterhin ist von Vorteil, daß sich das Vorsteuerventil in seinen beiden Schaltstellun­ gen selbst hält und immer der erforderliche Druck auf dem Hauptsteuerventil liegt, so daß dieses seine Position nur verändern kann, wenn es einem entgegengesetzten Druck der Steuerdruckluft ausgesetzt wird.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung bei­ spielsweise dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Druckluft­ motor,

Fig. 1A im vergrößerten Maßstab einen Ausschnitt aus Fig. 1 zur Erläuterung des Haupt-Um­ steuerventils,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt mit abgewinkelter Schnittebene durch den Druckluftmotor,

Fig. 2A im vergrößerten Maßstab einen Teilaus­ schnitt aus Fig. 2 zur Erläuterung des Vor-Umsteuerventils,

Fig. 3 eine Teil-Schnittansicht zur Erläuterung der mechanischen Ansteuerung des Vor-Um­ steuerventils und

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Druckluftmotor.

Zum erleichterten Verständnis wird in der nachfolgenden Be­ schreibung so vorgegangen, daß zunächst anhand der Fig. 1 und 1A der Luftmotor, das Haupt-Umsteuerventil und die Art und Weise erläutert werden, wie das Haupt-Umsteuerventil den Luftmotor steuert. Erst anschließend werden dann das Vor-Um­ steuerventil sowie die Art und Weise der Betätigung des Vor­ steuerventils durch den Luftmotor und die Steuerung des Hauptsteuerventils durch das Vor-Steuerventil erläutert.

Der Luftmotor von Fig. 1 weist einen Motorzylinder 10 auf, der durch einen Motorkolben 11 in einen unteren Kolbenraum 12a und einen oberen Kolbenraum 12b unterteilt wird. Der Motorkolben 11 besitzt eine vertikale Kolbenstange 13 und ist mit dem Pumpenkolben 14 der anzutreibenden und unmittel­ bar unterhalb des Luftmotors angeordneten Kolbenpumpe 15 unmittelbar verbunden. Seitlich ist am Motorzylinder 10 ein Steuerblock 16 angeordnet, der eine vertikale Ventilkammer 17 aufweist, in der ein nach oben bzw. nach unten verschiebbares Haupt-Umsteuerventil 18, nachfolgend kurz Hauptsteuerventil genannt, untergebracht ist. Ohne in dieses zu münden, verlau­ fen mittig zur Ventilkammer 17 diagonal zueinander eine Druckluft-Zuführleitung 19 und eine ins Freie führende Abluft­ leitung 20, wobei die beiden Leitungen 19, 20 sich senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 bzw. 1A erstrecken, wie dies dann aus der später zu erläuternden Fig. 4 ersichtlich ist. Wei­ terhin ist die Ventilkammer 17 mit sieben Steuer-Ein- bzw. Ausmündungen versehen, und zwar in Form von Ringnuten 17 ₁ bis 17 ₇, die zur Ventilkammer 17 hin in Bohrungen übergehen. Dabei sei an dieser Stelle lediglich erwähnt, daß die mittlere Steuermündung 17 ₄ mit der Druckluftzuführleitung 19 und die Mündungen 17 ₂ und 17 ₆ mit der Abluftleitung 20 in offener Ver­ bindung stehen, wohingegen die Steuermündungen 17 ₃ und 17 ₅ über eine Leitung 21 mit der unteren Kolbenkammer 12a bzw. über eine Leitung 22 mit der oberen Kolbenkammer 12b ver­ bunden sind.

Das Hauptsteuerventil 18 weist vier in der Kammer 17 abdich­ tend gleitende Ventilkörper auf, nämlich die Ventilkörper 18 ₁ bis 18 ₄. Diese Ventilkörper 18 ₁ bis 18 ₄ unterteilen die Ventilkammer 17 in fünf veränderbare Teilkammern 17 ₁₁ bis 17 ₁₅.

Zur Erläuterung der Funktionsweise des Hauptsteuerventils soll von der in den Fig. 1 und 1A gezeichneten Position ausge­ gangen werden, bei welcher sich das Hauptsteuerventil 18 in seiner oberen Position und der Motorkolben 11 gerade am Beginn seines Abwärtshubes aus der oberen in die untere Position befindet. Wie erwähnt, steht die Steuermündung 17 ₄ in offener Verbindung mit der Druckluftzuführleitung 19, mit der Folge, daß die in die Teilkammer 17 ₁₃ strömende Druckluft durch die Steuermündung 17 ₅ wieder austritt und über die Leitung 22 in die obere Kolbenkammer 12b strömt, dabei den Motorkolben 11 nach unten schiebend. Die Druck­ luft in der unteren Kolbenkammer 12a verläßt den Zylinder­ raum über die Leitung 21 und die Steuermündung 17 ₃, gelangt somit in die Teilkammer 17 ₁₂ und strömt schließlich über die Steuermündung 17 ₂ zur Abluftleitung 20. Die Teilkammer 17 ₁₄ steht zu diesem Zeitpunkt lediglich mit der Steuermün­ dung 17 ₆ in offener Verbindung und damit über die Leitung 20 mit der Atmosphäre.

Hat der Motorkolben 11 seine tiefste Stellung erreicht, dann wird das Hauptsteuerventil auf später zu erläuternde Weise umgeschaltet, d. h. aus seiner gezeichneten oberen Position in seine unterste Position verschoben, wobei für die Ventil­ körper 18 ₁ bis 18 ₄ die untere Position in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet ist. In dieser unteren Position befinden sich dann innerhalb der mittleren Teilkammer 17 ₁₃ die Steuermündung 17 ₄ (wie dies auch in der oberen Posi­ tion der Fall war) sowie die Steuermündung 17 ₃, nicht mehr jedoch die Steuermündung 17 ₅. Dies bedeutet, daß jetzt die in die Kammer 17 ₁₃ über die Steuermündung 17 ₄ eindringende Druckluft über die Steuermündung 17 ₃ und die Leitung 21 in die untere Kolbenkammer 12a geleitet wird, dabei den Motor­ kolben 11 nach oben schiebend, wohingegen die in der oberen, sich fortlaufend verkleinernden Kolbenkammer 12b befindliche Druckluft über die Leitung 22 und die Steuermündung 17 ₅ in die Teilkammer 17 ₁₄ gelangt und von dieser über die Steuer­ mündung 17 ₆ und die Ableitung 20 in die Atmosphäre. Die Teilkammer 17 ₁₂ steht dabei lediglich mit der Steuermün­ dung 17 ₂ und damit ebenfalls über die Leitung 20 mit der Atmosphäre in Verbindung. Wird das Hauptsteuerventil 18 im "richtigen" Zeittakt aus der oberen in die untere Steuer­ position und umgekehrt verschoben, steuert es die Druckluft auf die beschriebene Weise, so daß die Druckluft den Motor­ kolben 11 im entsprechenden Zeittakt hin- und herbewegt.

Die erwähnte Hin- und Herverschiebung des Hauptsteuerventils 18 erfolgt pneumatisch, und zwar durch ein Hilfs-Umsteuer­ ventil, das am besten in den Fig. 2 und 2A ersichtlich ist. Dabei ist im Ventilblock 16 eine zweite Ventilkammer 30 vor­ gesehen, und zwar parallel zur ersten Ventilkammer 17 des Hauptsteuerventils 18. In der zweiten Ventilkammer 30 ist ein Hilfs-Umsteuerventil, nachfolgend kurz Hilfssteuerventil 31 genannt, zwischen zwei Positionen verschiebbar gelagert. Das Hilfssteuerventil 31 weist zwei Ventilkörper 31 ₁ und 31 ₂ auf, und die Ventilkammer 30 ist mit vier Steuermündungen in Form von Ringnuten 30 ₁ bis 30 ₄ versehen, die zur Ventilkammer 30 hin in Bohrungen übergehen. Dabei sind die Steuermündungen 30 ₁ und 30 ₄ mit der Atmosphäre in Verbindung, wohingegen die Steuer­ mündungen 30 ₂ und 30 ₃ mit den Steuermündungen 17 ₁ bzw. 17 ₇ des Hauptsteuerventils 18 verbunden sind. Schließlich ist noch eine zentrale Einmündung 30 ₅ vorgesehen, die mit der Druckluft­ zuführleitung 19 in Verbindung steht. Wie ersichtlich, unter­ teilen die beiden Ventilkörper 31 ₁ und 31 ₂ die Ventilkammer 30 in drei Teilkammern 30 ₁₁, 30 ₁₂ und 30 ₁₃.

Zur Erläuterung der Funktionsweise des Hilfssteuerventils 31 wird von der in Fig. 2 dargestellten Position, also seiner obe­ ren Position, ausgegangen. In dieser oberen Position steht die mittlere Teilkammer 30 ₁₂ zum einen über die Mündung 30 ₅ mit der Druckluftzufuhr und andererseits über die Mündung 30 ₃ mit der Mündung 17 ₇ des Hauptsteuerventils 18 und damit des­ sen Teilkammer 17 ₁₅ in Verbindung. Das heißt, das Vorsteuer­ ventil 31 führt in seiner oberen Steuerposition der Teilkam­ mer 17 ₁₅ des Hauptsteuerventils 18 Druckluft zu, drückt die­ ses somit nach unten bzw. hält es in seiner unteren Position. Zu diesem Zeitpunkt stehen die Teilkammern 17 ₁₁ des Haupt­ steuerventils und die damit verbundene Mündung 30 ₂ der Teil­ kammer 30 ₁₁ des Vorsteuerventils 31 über die Mündung 30 ₁ mit der Atmosphäre in Verbindung, werden also entlüf­ tet. Wird nun - auf noch zu erläuternde Weise - das Vor­ steuerventil 31 aus seiner oberen in seine untere - nicht ge­ zeichnete - Position gebracht, dann befindet sich die Mün­ dung 17 ₃ nicht mehr innerhalb der mit der Druckluftzufuhr in Verbindung stehenden Teilkammer 17 ₁₂, sondern innerhalb der Teilkammer 17 ₁₃, mit der Folge, daß die Teilkammer 17 ₁₅ des Hauptventils 18 über die Mündung 17 ₇, die Mündung 30 ₃ und die Mündung 30 ₄ in die Atmosphäre entlüftet wird. Zugleich aber gelangt die Mündung 17 ₂ in Verbindung mit der mittleren Teilkammer 30 ₁₂, mit der Folge, daß jetzt die Teilkammer 17 ₁₁ des Hauptventils 18 über die Mündung 17 mit Druckluft versorgt wird, die Druck­ luft also das Hauptsteuerventil 18 nach oben (in die gestri­ chelte Position) schiebt. Eine Umsteuerung des Vorsteuerven­ tils 31 bewirkt also unmittelbar eine Umsteuerung des Haupt­ steuerventils 18, bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel in der Weise, daß bei einer Umsteuerung des Vorsteuerventils aus seiner oberen in seine untere Position das Hauptsteuerventil von seiner unteren in seine obere Position umgesteuert wird.

Es verbleibt nun zu erläutern, auf welche Weise die Umsteue­ rung des Vorsteuerventils 31 erfolgt. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, befindet sich an jeder der Stirnwände des Motorzylinders 10 ein Stößel 40, der über einen Kipphebel 41 mit der Stirn des Vorsteuerventils 31 in kraftschlüssiger Verbindung steht. In der Position von Fig. 3 befindet sich der Stößel 40 in seiner unteren Position, das Vorsteuerventil 31 in seiner oberen Position (ähnlich Fig. 2). Dabei wird das Vorsteuerventil 31 durch die Druckluft in dieser oberen Po­ sition gehalten, so daß keine mechanische Feder erforderlich ist. Fährt nun bei seinem Aufwärtshub der Motorkolben 11 nach oben, so drückt er schließlich bei seiner Annäherung an die obere Zylinderstirn den Stößel 40 nach oben, womit über die Schwenkung des Kipphebels 41 das Vorsteuerventil 31 aus seiner oberen in seine untere Position gestoßen wird. Zu­ sammenfassend ist also zu sagen: Der hin- und hergehende Mo­ torkolben 11 schaltet über die Stößel 40 mechanisch das Vor­ steuerventil 31 taktgerecht um, und das Vorsteuerventil 31 schaltet seinerseits pneumatisch das Hauptsteuerventil 18, wobei sich das Vorsteuerventil 31 in seinen beiden Schaltstel­ lungen selbst hält und immer der für die gewünschte Betäti­ gungsrichtung erforderliche pneumatische Druck auf dem Haupt­ steuerventil liegt, so daß dieses seine Position nur verändern kann, wenn es einem entsprechenden gegengesetzten Druck der Druckluft ausgesetzt wird.

Claims (4)

1. Druckluftmotor mit einem in einem Zylinder ver­ schiebbaren Kolben, einer Kolbenstange und einem die Antriebsdruckluft umsteuernden Ventil, das seitlich ne­ ben dem Motorzylinder angeordnet und in einer Richtung paral­ lel zur Bewegungsrichtung des Motorkolbens verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das die Antriebsdruckluft um­ steuernde Ventil als Haupt-Umsteuerventil (18) seinerseits durch ein Vor-Umsteuerventil (31) pneumatisch steuerbar ist, das gemeinsam mit dem Haupt-Umsteuerventil (18) in einem seitlich neben dem Motorzylinder (10) angeordneten Ventil­ block (16) untergebracht und ebenfalls in seiner Richtung pa­ rallel zur Bewegungsrichtung des Motorkolbens (11) verschieb­ bar ist, und daß an den Stirnflächen des Motorzylinders (10) vom Motorkolben (11) betätigbare Stößel (40) vorgesehen sind, die über Kipphebel (41) am Vor-Umsteuerventil (31) angreifen.

2. Druckluftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Haupt- und Vor-Umsteuerventil (18, 31) jeweils mehrere Ventilkörper (18 ₁ bis 18 ₄; 31 ₁, 31 ₂) auf­ weisen und in zylindrischen Ventilkammern (17; 30) verschieb­ bar sind, in die Ein- und Ausmündungen (17 ₁ bis 17 ₇; 30 ₁ bis 30 ₅) eingeformt sind, wobei die Ventilkörper (18 ₁ bis 18 ₄) die Ventilkammern (17; 30) in Teilkammern (17 ₁₁ bis 17 ₁₅; 30 ₁₁ bis 30 ₁₃) verschiebbarer Position unterteilen.

3. Druckluftmotor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Haupt-Umsteuerventil (18) vier Ventilkörper (18 ₁ bis 18 ₄) und das Vor-Umsteuerventil (31) zwei Ventilkörper (31 ₁, 31 ₂) aufweisen, welche die Ventilkam­ mer (17) des Haupt-Umsteuerventils (17) in fünf Teilkammern (17 ₁₁ bis 17 ₁₅) und die Ventilkammer (30) des Vor-Umsteuer­ ventils (31) in drei Teilkammern (30 ₁₁ bis 30 ₁₃) unterteilen und daß die jeweils mittleren Teilkammern (17 ₁₃; 30 ₁₂) mit der Druckluftzufuhr (19) dauernd verbunden sind.

4. Druckluftmotor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden äußeren Teilkammern (17 ₁₁, 17 ₁₅) des Haupt-Umsteuerventils (18) mit Ein- bzw. Ausmün­ dungen (30 ₂, 30 ₃) des Vor-Umsteuerventils (31) wechselweise verbindbar sind.