DE4321255A1 - Vereisungsfreies Luftventil mit niedriger Reibung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein vereisungsfreies Luftventil mit niedriger Reibung, insbesondere zur Verwendung in Druckluft­ motoren.

Hubkolben-Druckluftmotoren der zum Antrieb von Hubkolben- Flüssigkeitspumpen verwendeten Bauart sind seit vielen Jahren bekannt. Einer der Nachteile derartiger Druckluftmotoren ist ihre Vereisungsneigung bei kontinuierlichem Betrieb aufgrund der wiederholten Kondensation von Feuchtigkeit und der damit verbundenen Abkühlung, die während des Betriebes stattfindet, insbesondere in den Luftventileinrichtungen.

Das US Patent 4 921 408 (allgemein der vorliegenden Erfindung beigeordnet und durch Bezugnahme in diese eingeschlossen) be­ handelt einen Aspekt der Vereisungsminderung während des Be­ triebes, während die vorliegende Erfindung einen anderen Aspekt behandelt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftventil für einen Hubkolben-Druckluftmotor aufzuzeigen, bei dem die Ver­ eisung während des Betriebes beträchtlich verringert ist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Luftventilkonstruk­ tion aufzuzeigen, die äußerst zuverlässig ist und einen Be­ trieb mit niedriger Reibung erlaubt und die während des Be­ triebes das Blockieren oder anderweitig bedingten Stillstand verhindert.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1. Un­ teransprüche zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung.

In einem an der Oberseite offenen Gehäuse (in diesem Zusam­ menhang bezeichnet der Begriff "Oberseite" tatsächlich die Seite des Luftventils, die dem Druckluftmotor zugewandt ist) ist ein allgemein rechteckiger Schieber angeordnet. Der Schieber weist zwei nach oben gerichtete Ventiltassen und um die Ventiltassen angeordnete, rechteckige Dichtungen auf. Wichtig ist, daß der Schieber eine Anzahl von Rippen und Öff­ nungen einschließt, die den Wärmeübergang von der einströmen­ den Luft auf den Schieber und insbesondere die Ventiltassen erlauben.

Da Zuverlässigkeit ein wichtiger Faktor ist, sind in der Oberseite des Schiebers vier längliche Schlitze vorgesehen, die jeweils eine zylindrische Walze enthalten. Die vorstehend genannten Walzen und Dichtungen kommen mit Ventilöffnungs­ platten in Berührung, die auf der Oberseite des Gehäuses be­ festigt sind, das wiederum an der Seite des Luftmotors ange­ bracht ist. Die Verwendung der Walzen verringert die pneuma­ tische Druckbelastung des Schiebers und der Dichtungen gegen die Ventilöffnungsplatten deutlich und verringert ebenso stark die in dem Ventil auftretende Reibung, wodurch die Zu­ verlässigkeit verbessert wird.

Zwei federbeaufschlagte Arretiereinrichtungen mit Arretier­ vorsprüngen sind vorgesehen, um den Schieber in jeweils einer von zwei Positionen zu positionieren. Eine Umschaltstange verläuft durch die Mitte der Kammer und ist in ihrem Mittel­ bereich mit einer Umschaltfeder in Verbindung mit Federauf­ nahmeeinrichtungen an beiden Enden der Feder versehen. Die Feder mit den Aufnahmeeinrichtungen ist in einer Mittel­ öffnung des Schiebers angeordnet und wirkt beim Umschalten des Schiebers von einer Position in die andere Position und zurück mit. Zur Hin- und Herbewegung sind zwei Kipphebel vor­ gesehen, die durch Stößelstangen betätigt werden, die wie­ derum mit dem Kolben des Luftmotors in Eingriff kommen.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Fi­ guren besser verständlich, wobei gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen.

Fig. 1 zeigt eine teilweise ausgebrochene Draufsicht auf die vorliegende Erfindung zur Darstellung verschiedener Bauteile.

Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung entlang einer Schnittli­ nie ähnlich der in Fig. 3 dargestellten, zeigt jedoch den Schieber in einer anderen Position als Fig. 3.

Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie 5-5 in Fig. 1.

Fig. 6 ist eine teilweise ausgebrochene Ansicht des erfin­ dungsgemäßen Luftventils, das in den Hubkolben-Druck­ luftmotor integriert ist.

Fig. 7 zeigt eine Detaildarstellung der Umschaltstange und der Federaufnahmeeinrichtung einer bevorzugten Aus­ führungsform in einer Fig. 2 ähnlichen Ansicht.

Das allgemein mit Bezugszeichen 10 bezeichnete Luftventil ge­ mäß vorliegender Erfindung ist allgemein in Fig. 1 und in seiner Anwendung in einem Druckluftmotor 50 in Fig. 6 ge­ zeigt. Ein Gehäuse 12 weist ein erstes Ende 12a bzw. ein zweites Ende 12b auf und enthält einen Schieber 14 mit einem ersten Ende 14a bzw. einem zweiten Ende 14b.

Die in Fig. 1 gezeigte Oberfläche des Schiebers 14 ist mit zwei oder mehr nach oben weisenden Ventiltassen 16 versehen, um deren Umfang eine Kunststoffdichtung 18 angeordnet ist. Weiter sind eine Vielzahl von länglichen Schlitzen 20 vorge­ sehen, die jeweils eine dünne zylindrische Walze 22 enthal­ ten, deren Durchmesser geringer ist als die Länge des Schlit­ zes, um das Hin- und Herrollen der Walze 22 zu erlauben.

Arretiereinrichtungen 24 sind in der Mitte des Schiebers 14 vorgesehen und umfassen einen Arretierbereich 14c, der Teil des Schiebers 14 ist, der in einem Stück gegossen bzw. spa­ nend oder anderweitig geformt werden kann. Die Arretierein­ richtung 24 umfaßt weiter einen Kunststoffeinsatz 26, ein Ar­ retierelement 28 und eine Arretierfeder 30. Eine Arretier­ rolle 32 ist am Arretierstift 28 angebracht und läuft wie­ derum in einer Arretierbahn 34, die zwei Vertiefungen 34a aufweist, die den beiden in Fig. 3 bzw. Fig. 4 gezeigten Po­ sitionen entsprechen.

Mittels Schrauben 38 sind Ventilöffnungsplatten 36 am Gehäuse 12 befestigt. Die Ventilöffnungsplatten weisen jeweils zwei Öffnungen, nämlich eine Kolbenkammeröffnung 40 und eine Aus­ laßöffnung 42, auf. Wenn das Ventil 10 am Druckluftmotor 50 angebracht ist, sind die Kolbenkammeröffnungen 40 jeweils mit der oberen bzw. der unteren Kammer 44 (wie in Fig. 6 gezeigt) verbunden, während die Öffnungen 42 mit der Auslaßeinrichtung verbunden sind, die im Detail im vorstehend erwähnten US Pa­ tent Nr. 4 921 408 beschrieben ist.

Stößelstangen 46 werden wechselweise vom Kolben 51 des Druck­ luftmotors betätigt und betätigen wiederum Kipphebel 48. Die Kipphebel 48 bewegen eine Umschaltstange 52 hin und her. In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist die Umschalt­ stange 52 tatsächlich aus zwei wie folgt zusammengesetzten Hälften gebildet. Jede Hälfte der Umschaltstange 52 ist in eine Bohrung 56a in einem Federaufnahmestift 56 eingeführt. Die innenliegenden Enden 56b der Federaufnahmestifte 56 sind normalerweise voneinander beabstandet, ausgenommen während des Umschaltvorganges. Die äußeren Enden 56c der Federaufnah­ mestifte 56 werden von Enden 58a einer Öffnung 58 im Schieber 14 begrenzt.

In der in Fig. 7 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist die Umschaltstange 52 aus wenigstens zwei Teilen zusammenge­ setzt und weist zwei Absätze 52d auf, die mit den Aufnahme­ stiften 56 in Eingriff kommen und die wiederum die Feder 54 zwischen sich halten. Auch hier sind die innenliegenden Enden der Aufnahmestifte 56 normalerweise voneinander beabstandet, ausgenommen während des Umschaltvorganges.

Im Betrieb wird eine Druckluftquelle an eine innere Kammer 60 im Gehäuse 12 angelegt, wodurch die Kammer 60 mit Druckluft gefüllt wird. Befindet sich der Mechanismus in der in Fig. 1 bzw. Fig. 3 gezeigten Position, so ist die Öffnung 40, die zur Kammer 44 führt, direkt mit der inneren Kammer 60 verbun­ den, die mit Druckluft gefüllt ist, so daß die mit ihr in Verbindung stehende Kammer 44 somit ebenfalls mit Druck beaufschlagt ist.

In dieser Position steht die Auslaßöffnung 42 mit der Tasse 16 in Verbindung, deren anderer Teil durch den festen Flä­ chenabschnitt der Ventilöffnungsplatte 36 blockiert ist. Wenn sich der Kolben 51 dem Ende seines Hubweges nähert, kommt er mit der Stößelstange 46 in Berührung, die wiederum den Kipp­ hebel 48 betätigt und die Verschiebung der Umschaltstange 52 von einer Position in die andere auslöst.

In der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform drückt der Absatz 52d der Umschaltstange 52 auf den Aufnahmestift 56, wodurch die Feder 54 zusammengepreßt wird und Energie darin ge­ speichert wird. Wenn die Enden 56b der Federaufnahmestifte miteinander in Berührung kommen, wird die Kraft von der Um­ schaltstange durch den ersten Aufnahmestift 56 und die Feder 54 weitergeleitet und anschließend auf den anderen Aufnahme­ stift übertragen, woraufhin sich der Schieber 14 zu bewegen beginnt. Wenn die Arretiereinrichtung 24 sich weit genug be­ wegt hat, läßt die in der zusammengedrückten Feder 54 gespei­ cherte Energie den Schieber über die Arretierung in die an­ dere, in Fig. 4 dargestellte Position umschnappen, wodurch die Tasse 16 die Verbindung zwischen den Öffnungen 40 und 42 herstellt, was den Austritt der Luft aus der entsprechenden Kammer durch die Auslaßöffnung 42 zuläßt.

Wie ersichtlich wird, laufen in den beiden Kolbenkammern 44 immer einander entgegengesetzte Vorgänge ab, das heißt, wäh­ rend die obere Kammer 44 mit Druck beaufschlagt wird, wird die untere Kammer 44 entlüftet, und umgekehrt. Während Fig. 3 und Fig. 4 nur ein Ende des Schiebers 14 und der Tasse 16 zeigen, ist offensichtlich, daß derselbe allgemeine Vorgang ebenso am anderen Ende des Schiebers zur Anwendung kommt.

Claims (11)

1. Luftventil zur Verwendung in einem Druckluftmotor mit ei­ nem hin- und hergehenden Kolben und einer ersten und einer zweiten Kolbenkammer, umfassend:
ein Gehäuse (12) mit einem ersten Ende (12a) und einem zwei­ ten Ende (12b), das eine mit einer Druckluftquelle verbundene Ventilkammer bildet;
einen Schieber (14) mit einem ersten Ende (14a) und einem zweiten Ende (14b), der verschieblich in der Kammer hin und her bewegbar angeordnet ist und Einrichtungen zur Absorption von Wärme aus der Druckluft aufweist;
einer ersten und einer zweiten Auslaßöffnung (42);
einer ersten und einer zweiten Ventiltasse (16), die im Schieber (14) angeordnet sind, wobei die Tassen (16) wechsel­ weise Luft aus der ersten Ventilkammer in die jeweilige Kol­ benkammer (44) leiten und anschließend von der jeweiligen Kolbenkammer (44) in die Auslaßöffnung (42), wenn der Schie­ ber (14) hin- und herbewegt wird, wobei die Einrichtungen zur Wärmeabsorption Wärme von der Druckluft auf die Ventiltassen (16) übertragen und dadurch Vereisung und eine Leistungsver­ schlechterung verhindern.

2. Luftventil gemäß Anspruch 1, zusätzlich umfassend eine Arretiereinrichtung (24) zur Posi­ tionierung des Schiebers (14) in einer ersten und einer zwei­ ten Position in der Ventilkammer.

3. Luftventil gemäß Anspruch 1, zusätzlich umfassend eine durch die Ventilkammer vom ersten Ventilkammerende zum zweiten Ventilkammerende verlaufend Um­ schaltstange (52).

4. Luftventil gemäß Anspruch 3, zusätzlich umfassend eine Öffnung (58) im Schieber (14) und eine um die Umschaltstange (52) und in der Öffnung (58) ange­ ordnete Feder (54).

5. Luftventil gemäß Anspruch 4, zusätzlich umfassend eine Einrichtung zum Rückhalten der Fe­ der (54) auf der Umschaltstange (52), die das Zusammendrücken der Feder (54) erlaubt, jedoch die Expansion der Feder (54) über eine vorbestimmte Länge verhindert.

6. Luftventil gemäß Anspruch 5, wobei die Rückhalteeinrichtung
ein Stück verringerten Durchmessers etwa in der Mitte der Um­ schaltstange (52), das an beiden Enden in Absätzen endet; und
einen ersten und einen zweiten an den Absätzen jeweils anlie­ genden Federaufnahmestift (56) umfaßt, die die Feder (54) zwischen sich halten.

7. Luftventil gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtungen zur Wärmeabsorption eine Vielzahl von Rippen und Öffnungen umfassen.

8. Luftventil gemäß Anspruch 1, wobei der Schieber (14) eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und die Oberseite nach oben gerichtet ist.

9. Luftventil gemäß Anspruch 8, zusätzlich umfassend wenigstens eine Ventilöffnungsplatte (36), die über der Oberseite des Schiebers (14) befestigt ist, sowie Einrichtungen zum Abdichten jeder der Tassen (16) mit der Ventilöffnungsplatte (36).

10. Luftventil gemäß Anspruch 1, zusätzlich umfassend Walzeneinrichtungen zwischen dem Schie­ ber (14) und der Ventilöffnungsplatte (36), um die pneumati­ sche Druckbelastung und die Reibung zwischen dem Schieber (14) und der Ventilöffnungsplatte (36) zu verringern.

11. Luftventil gemäß Anspruch 10, wobei die Walzeneinrichtung eine Vielzahl von länglichen Schlitzen (20) in der Oberseite des Schiebers (14) umfaßt, die jeweils eine zylindrische Walze (22) enthalten.