DE4324025C1 - Vorrichtung zum Betätigen von Ventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen von Ven­ tilen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispiels­ weise aus der DE 36 16 914 A1 als bekannt hervorgeht.

Aus dieser Schrift ist es bekannt, ein Hydraulikventil mittels eines Elektromotors, der auf ein Betätigungselement eines Ven­ tils einwirkt zu schalten. Aus der DE-Z O+P Ölhydraulik und Pneumatik, 34, 1990, Nr. 11 S. 754ff geht eine Baugruppe von zwei Ventilen hervor, die mit einem gemeinsamen Schaltschieber versehen sind, wobei der Schieber mittels eines Elektromotors zwischen unterschiedlichen Schaltstellungen bewegt wird. Dabei ist zu beachten, daß die Anordnung für die Anwendung an zwei stets die gleichen Schaltstellungen aufweisenden Ventile vor­ gesehen ist, wie sie in redundanten Zweikreisanlagen benötigt werden. Sollen mehrere Ventile in eine größere Anzahl von Schaltstellungen gebracht werden, so ergibt sich daraus eine Große Anzahl möglicher Schaltkombinationen, wobei für jede zu­ sätzliche Schaltkombination eine entsprechende Länge des Schie­ bers benötigt wird. Mit zunehmender Anzahl von Ventilen wird die Länge des Schiebers und der benötigte Bauraum übermäßig groß.

Andererseits ist es aus der DE 37 18 070 C1 bekannt, Wegeven­ tile zu einer Baugruppe zusammenzufassen. Dabei ist aber jedes einzelne der Ventile als elektromagnetisches Schaltventil aus­ gebildet. Solche Anordnungen benötigen jedoch für jedes ein­ zelne Ventil einen eigenen elektromagnetischen Spulenantrieb, der jeweils mit der entsprechenden elektrischen Kontaktierung versehen sein muß. Dadurch wird die gesamte Baugruppe volumi­ nös, schwer und auch teuer. Ferner entwickelt sie im Betrieb sowohl Schaltgeräusche als auch Verlustwärme.

Aus diesem Grund wird in dem nicht vorveröffentlichten deut­ schen Patent DE 42 33 745 C1 vorgeschlagen, die Ventile über Schaltscheiben mit Steuernocken zu betätigen, die an einer gemeinsamen Nockenwelle angeordnet sind, wobei die Schaltschei­ ben so ausgebildet sind, daß alle möglichen bzw. alle zum ord­ nungsgemäßen Betrieb notwendigen Schaltstellungen erzeugbar sind. Die Nockenwelle wird von einem gesteuerten Elektroantrieb verschwenkt und ihre Schwenkstellung bzw. die Schaltstellung der Schaltscheiben mittels einer Schleifringscheibe elektrisch überwacht. Auch diese Ausführung weist den Nachteil auf, daß die Schaltstellungen der einzelnen Ventile nicht unabhängig voneinander geschaltet werden können, so daß bei dem herbei­ führen eines neuen Schaltzustandes ein Teil der Ventile mehr­ fach zwischen den Schaltstellungen hin und her geschaltet wird. Dabei kann ein Ventil jeweils nur zwei Schaltstellungen aufwei­ sen. Ebenso ist die Anzahl der ansteuerbaren Ventile begrenzt, da sich mit jedem weiteren Ventil die Anzahl der möglichen Schaltstellungen mit dem Faktor 2 multipliziert und die ent­ sprechende Anzahl an Nocken an einer Schaltscheibe ausbildbar sein muß.

Des weiteren ist es aus der DD-PS 1 31 489 bekannt, mittels eines gemeinsamen Schalthebels mehrere Ventile unabhängig voneinander zu schalten. Dabei wird der Schalthebel in einer Schaltkulisse geführt, die für jedes zu schaltende Ventil eine Schaltgasse aufweist. Die Auswahl des zu schaltenden Ventils erfolgt durch Verschieben des Schalthebels in der Wählgasse während der Schaltvorgang beim ausgewählten Ventils durch Verschieben des Wählhebels in der Schaltgasse erfolgt.

Eine Kulissensteuerung von Mehrwegventilen ist beispielsweise aus der DE 41 17 737 A1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß eine große Anzahl von Ventilen unabhängig voneinander von einem gemeinsamen elek­ trischen Verbraucher geschaltet werden können.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Ven­ tils erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die Ventile sind in einer festen Anordnung angebracht und ein Schaltelement ist zwischen den Betätigungs­ elementen der Ventile verfahrbar. Somit können sämtliche Venti­ le einzeln und in beliebiger Reihenfolge nacheinander betätigt werden. Die Betätigung erfolgt über eine vorübergehend herstell­ bare kraftschlüssige Wirkverbindung. Diese Ausführung ermöglicht wenig Bauraum beanspruchende Anordnungen der Ventile. Sie bein­ haltet mit dem verfahrbaren Schaltelement auch nur einen elek­ trischen Verbraucher. Die Anzahl der betätigbaren Ventile ist prinzipiell nur von der Verfahrgeschwindigkeit des Schaltele­ ments und der benötigten Schaltzeit abhängig. Sie kann somit gegenüber den im Stand der Technik dargelegten Anordnungen er­ heblich größer sein. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung bei pneumatischen Schaltungen im Automobilbau. Es können neben pneumatischen Schaltungen auch alle Arten von fluidischen Schal­ tungen gesteuert werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nach­ folgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betätigen von Ventilen,

Fig. 2 eine Schnitt durch die Fig. 1 nach der Schnittlinie II-II,

Fig. 3 eine Kulissenführung zur Erzeugung von stabilen Schaltstellungen des Ventils und

Fig. 4 ein schematisches Flußdiagramm des Steuerungsablaufes für die Betätigung der Ventile.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betäti­ gen von Ventilen. Eine Anzahl A von Ventilen 1 ist in einem gemeinsamen Gehäuse 30 untergebracht. Die allen Ventilen gemein­ same Fluidzufuhrleitung 7 versorgt die Ventile 1 mit dem Fluid unter Betriebsdruck (Unter- oder Überdruck). Die Ventile 1 sind im Beispiel, dargestellt in Fig. 2, als pneumatische 3/2 Wegeventile 6 ausgeführt, de­ ren 2. Fluidzufuhr durch eine Belüftungsleitung 9 gebildet wird. Von den Ventilen 1 geht eine gesteuerte Leitung 8 weg, die je nach schaltzustand des Ventils 1 entweder mit Luftdruck oder dem Druck der Fluidzufuhrleitung 7 beaufschlagt ist.

An der Oberseite ragen die Betätigungsglieder 2 der Ventile 1 hervor. Oberhalb der Stößel ist das Schaltelement 10 angeord­ net. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement auf der Führungsschiene 35 befestigt. Parallel zu der Führungs­ schiene 35 verläuft die Spindel 31. Die Spindel 31 wird von dem Motor 32 angetrieben und bilden zusammen den Linearantrieb 12. In der Zeichnung ist der Motor 32 an dem Schaltelement 10 an­ geordnet und bewegt dieses relativ zur Spindel 31. Alternativ ist es auch möglich, die Spindel 31 durch einen am Gehäuse an­ getriebenen Motor 32 zu bewegen. Das Verfahren des Schaltele­ mentes 10 erfolgt dann durch eine die Spindel umgreifende Ge­ windebuchse, die am Schaltelement 10 feststehend angeordnet ist. Anstelle des dargelegten Antriebs des Schaltelementes 10 kann auch jeder beliebige andere, positionierbare Stellantrieb verwendet werden.

Der Stellantrieb sowie die Funktion das Schaltelements 10 wird von der Steuerung 11 geregelt. Ein Beispiel eines Steuerungs­ ablaufes ist in dem Flußdiagramm der Fig. 4 dargelegt. Die Steuerleitungen 33, die die Steuerung 11 mit dem Schaltelement 10 verbinden können in vorteilhafter Weise in die Führungs­ schiene als Schleifschiene eingearbeitet sein.

Das Stellglied 13 des Schaltelements ist als Elektromagnet 17 ausgeführt, dessen Stößel 14 in der Ruhestellung R keinen Kontakt zu den Betätigungsgliedern 2 der Ventile 1 hat. In der strichpunktiert gezeichneten Wirkstellung W, die der Stößel dann einnimmt, wenn der Elektromagnet 17 bestromt wird, besteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stößel 14 und einem Betätigungsglied 2.

Die Fig. 1 zeigt Ventile 1, die in einer Reihe angeordnet sind. Es ist selbstverständlich auch möglich die Ventile in mehreren Reihen anzuordnen. Werden die Ventile in einer aus mehreren nebeneinanderliegenden Reihen gebildeten Ebene angeordnet, so muß das Schaltelement 10 in beiden Erstreckungsrichtungen der Ebene unabhängig voneinander verfahrbar sein. Dies ist beispielsweise mit einer portalkranähnlichen Führung möglich. Ein anderes Beispiel für eine solche bidirektionale geführte Bewegung findet sich bei Plottern. Eine besonders günstige Anordnung ist gegeben, wenn die Ventile 1 in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die Betätigungsglieder 2 der Reihen einander gegenüberliegen. Man kann so den Verfahrweg des Schaltelements und somit die dadurch bedingten Stellzeiten kurz halten. Dazu muß an dem Schaltelement 10 allerdings ein zweites, vom ersten Stellglied 13 unabhängiges Stellglied 13 angebracht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Ventile 1 die stets gleichzeitig geschaltet werden müssen einander gegenüberliegend anzuordnen und das Stellglied so auszubilden, daß es bei einem Stellvorgang stets auf die beiden einander gegenüberliegenden Ventile 1 einwirkt. Bei einem Elektromagneten 17 als Stellglied kann dies durch 2 Stößel geschehen, die sich in die entgegengesetzten Richtungen bewegen.

Die Fig. 2 zeigt den Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1. Die Schnittlinie verläuft durch den Elektromagneten 17 und durch den Stößel 14 des Schaltelements 10 und durch ein Ven­ til 1. Das Ventil 1 ist als 3/2-Wegeventil dargestellt. Das Betätigungsglied 2 ist als linear beweglicher Stößel 4 darge­ stellt. In der durchgezogen gezeichneten ersten Schaltstellung S1 ist die gesteuerte Leitung 8 über die Belüftungsleitung 9 belüftet. Wird das Betätigungsglied 2 von dem Stößel 14 entgegen der Wirkung des als Schraubenfeder dargestellten Kraftspeichers 5 in die zweite Schaltstellung S2, die strichpunktiert gezeichnet ist, gebracht so ist die gesteuerte Leitung fluidisch mit der Fluid­ zufuhr 7 verbunden. Die Schaltstellung S2 ist ebenfalls selbst­ tätig stabil ausgebildet, so daß nach dem Verfahren des Stößels 4 von des Schaltstellung S1 in die Schaltstellung S2 das Schalt­ element an ein anderes Ventil 1 verfahren werden kann, ohne das das soeben geschaltete Ventil 1 seinen Schaltzustand ändert.

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel dafür, wie die selbsttätig sta­ bilen Schaltstellungen des Ventils 1 in einfacher Weise durch eine Kulissenführung erzeugt werden können. Die Kulisse 24 ist so ausgebildet, daß die in der Kulisse 24 geführte Kugel 23 zwei stabile Lagen einnehmen kann, die den Schaltstellungen S1 - Stellung a) - und S2 - Stellung b) - entsprechen. Die Kulisse weist 2 verschiedene Gassen auf, von denen eine der Bewegung aus der Schaltstellung S1 in die Schaltstellung S2 und die an­ dere für die umgekehrte Bewegung dient. Die Kulisse 24 ist an dem Stößel 4 ausgeformt. Quer zur Betätigungsrichtung des Stößels 4 ist in dem Ventilgehäuse 22 eine Quernut 21 ausgebil­ det. Die Kugel 23 wird einerseits in der Kulisse 24 anderer­ seits in der Quernut 21 geführt. Die Quernut 21 erlaubt zur Bewegungsrichtung des Stößels 4 senkrechte Bewegungen und somit die Bewegung in die zwei unterschiedlichen Schaltgassen während die Bewegung entlang des Stößels 4 durch die Schaltgassen ge­ führt wird. Weitere Schaltstellungen des Stößels 4 können in einfacher Weise dadurch erzeugt werden, daß in der Kulisse wei­ tere stabile Lagen für die Kugel ausgebildet werden. Die ver­ schiedenen Schaltstellungen können dann aber nur in der stets gleichen, von der Reihenfolge der stabilen Stellungen in der Kulisse bestimmten Reihenfolge erzeugt werden. Der Vorteil dieser Kulissenführung besteht darin, daß das Ventil durch einfaches überdrücken eines Schaltzustandes in den nächsten Schaltzustand überführbar ist. Die vom Kraftspeicher 5 aufzubringenden Rückstellkräfte und somit auch die vom Stellglied 13 aufzubringenden Stellkräfte können gering gehalten werden. Dies erlaubt eine geringe Baugröße, eine geringe Leistungsaufnahme und eine geringe Wärmeentwicklung des Stellglieds 13.

Die Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm, das schematisch einen möglichen Ablauf des Steuerung darstellt. Der Schritt 101 ist eine Initialisierung, bei dem aus einem Permanentspeicher die Istwerte der Schaltzustände, der Anzahl A von der Steuerung gesteuerten Ventile 1 eingelesen werden.

Im darauffolgenden Schritt 102 ermittelt die Steuerung 11 aufgrund ihr zugeführter Größen die Sollwerte der Schaltzustände der Ventile. Die Schritte 104 bis 109 bilden eine Schleife. Die Schleife wird für jedes der A Ventile 1 einmal durchlaufen. Im Schritt 103 wird der das Ventil bezeichnende Parameter i zurückgesetzt. Danach wird im Schritt 104 untersucht ob für das dem Laufparameter i zugeordnete Ventil der Ist-Schaltzustand mit dem Soll-Schaltzustand übereinstimmt. Ist dies der Fall, so wird zum Schritt 108 gesprungen. Ansonsten wird im Schritt 105 das Schaltelement 10 in die zur Betätigung des dem Laufparameter i zugeordneten Ventils notwendige Stellung verfahren. Anschließend wird im Schritt 106 ein das Stellglied 13 aktivierendes Schaltsignal erzeugt, wodurch der Ist-Schaltzustand des dem Laufparameter i zugeordneten Ventils in den Soll-Schaltzustand überführt wird. Danach wird im Schritt 107 der neue Ist-Zustand im Speicher abgelegt.

Im Schritt 108 wird der Laufparameter um einen Parameterschritt erhöht. Es wird im Schritt 109 abgefragt, ob alle möglichen Laufparameter durchlaufen wurden. Ist dies nicht der Fall, so wird zum Schritt 104 zurückgesprungen. Andernfalls sind alle Ventile an den vorbestimmten Sollzustand angepaßt worden. Es wird zum Schritt 102 zurückgesprungen, wo aktuelle Sollzustände bestimmt werden. Diese Vorgehensweise ist nur eine unter vielen Möglichkeiten, die von einem Schaltelement 10 zu betätigenden Ventile 1 nacheinander, aber unabhängig voneinander zu schalten.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Betätigen von Ventilen (1),

• - wobei die Ventile (1) in einer definierten räumlichen Lage zueinander angeordnet sind,
• - wobei jedes Ventil (1) durch mechanische Lageveränderung eines Betätigungsgliedes (2) zwischen zumindest zwei Schalt­ stellungen (51, 52) schaltbar ist,
• - wobei die mechanische Lageveränderung mittels eines elek­ trisch gesteuerten Schaltelements (10) erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Lageveränderung der Betätigungsglieder (2) in beliebig bestimmbarer Reihenfolge nacheinander, durch ein zwischen den Betätigungsgliedern (2) verfahrbares Schaltelement (10) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren des Schaltelements (10) mittels zumindest einem, durch eine Steuerung (11) geregelten Linearantrieb (12) erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betätigen eines bestimmten Betätigungsgliedes (2) durch das Schaltelement (10), das Schaltelement (10) in eine dem be­ stimmten Betätigungselement (2) gegenüberliegende Lage verfah­ ren wird, und daß danach ein am Schaltelement (10) angeordnetes, durch ein elektrisches Signal erregbares Stellglied (13) aus einer Ruhestellung (R), in zumindest eine Wirkstellung (W) überführbar ist,

• - wobei in der Ruhestellung (R) des Stellgliedes (13) keine Verbindung zwischen dem Stellglied (13) und dem Betätigungs­ glied (2) vorhanden ist,
• - wobei während des Überführens des Stellgliedes (13) von der Ruhestellung (R) in eine Wirkstellung (W) eine in Bewegungs­ richtung des Betätigungsgliedes (2) kraftschlüssige Verbin­ dung hergestellt wird und
• - wobei an jedem Ventil (1) zumindest einem Teil der Wirkstel­ lungen (W) des Stellgliedes entsprechende Schaltstellungen (S1, S2) des Betätigungsgliedes (2) vorhanden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied (13) ein von einem am Schaltelement (10) angeordneten Elektromagneten (17) betätigtes Stößel dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied (13) ein schwenkbarer Nocken dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (2) ein in Richtung seiner Längsachse geführtes Stößel (4) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgenden Schaltstellungen (S2) eines Ventils (1) aus der vorangehenden Schaltstellung (S1) entgegen der Wirkung eines auf das Betätigungsglied (2) einwirkenden Kraftspeichers (5) erzeugbar ist, wobei die erste Schaltstellung (S1) jedes Ventils als stabile Schaltstellung ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Schaltstellung (S2) als selbsttätig stabile Schalt­ stellung ausgebildet ist, die durch Überfahren lösbar und durch die Wirkung des Kraftspeichers (5) in die erste Schaltstellung (S1) rückführbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (1) als Wegeventile, insbesondere als 3/2-Wege­ ventile (6) ausgeführt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (1) mit ihren Betätigungsgliedern (2) in einer Reihe angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen von Ventilen (1) mit einander gegenüberliegen­ den Betätigungsgliedern (2) angeordnet sind, wobei das Schalt­ element (10) zwischen den Reihen von Ventilen (1) verfahrbar ist und beide Reihen von Ventilen (1) durch das Schaltelement (10) ansteuerbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reihen von Ventilen (1) nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind.