DE4436480A1 - Luftventil mit niedriger Reibung und verminderter Vereisung - Google Patents

Description

Hin- und hergehende Druckluftmotoren der Bauart, die zum An­ trieb von hin- und hergehenden Flüssigkeitspumpen verwendet werden, sind seit vielen Jahren in Gebrauch. Einer der Nach­ teile derartiger Druckluftmotoren ist ihre Tendenz zur Verei­ sung im Dauerbetrieb aufgrund der wiederholten Kondensation der Feuchtigkeit und der damit verbundenen Abkühlung, die während des Betriebes insbesondere in dem Luftventilmechanis­ mus stattfindet.

Das US-Patent Nr. 4,921,408 (allgemein der vorliegenden Er­ findung zugeordnet und hiermit durch Bezugnahme eingeschlos­ sen) behandelt einen Aspekt der Verringerung der Vereisung während des Betriebes und die vorliegende Erfindung sowie die gleichzeitig anhängige US-Serien-Nr. 07/904,447, eingereicht am 25. Juni 1992 (beide allgemein der vorliegenden Erfindung zugeordnet), behandeln einen weiteren Aspekt.

Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Luftventil für hin- und hergehende Druckluftmotoren aufzuzeigen, bei dem die Vereisung während des Betriebes stark verringert ist. Weiter ist es Aufgabe dieser Erfindung, eine Luftventilkon­ struktion aufzuzeigen, die äußerst zuverlässig ist und einen Betrieb mit niedriger Reibung ermöglicht und während des Be­ triebes nicht blockiert oder anderweitig zum Stillstand kommt.

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

Ein Gehäuse mit offener Oberseite (der Begriff "Oberseite" betrifft hierin tatsächlich die Seite des Luftventils, die dem Druckluftmotor zugewandt ist) ist mit einem allgemein recheckigen Schieber versehen, der in diesem angeordnet ist. Der Schieber hat zwei Ventiltassen, die nach oben gerichtet sind, sowie rechteckige Dichtungen um jede der Tassen. Beson­ ders wichtig ist, daß der Schieber eine Anzahl von Rippen und Öffnungen aufweist, um die Übertragung von Wärme von der ein­ strömenden Luft auf den Schieber und insbesondere die Ventil­ tassen zu erlauben.

Im Hinblick auf die Bedeutung der Zuverlässigkeit sind in der Oberseite des Schiebers vier längliche Schlitze angeordnet, die jeweils eine zylindrische Rolle enthalten. Diese Rollen und Dichtungen stehen mit Öffnungsplatten in Berührung, die über der Oberseite des Gehäuses befestigt sind, das wiederum an der Seite des Druckluftmotors befestigt ist. Die Verwen­ dung der Rollen verringert in hohem Maße die pneumatische Be­ lastung des Schiebers und der Dichtungen gegen die Öffnungs­ platten und verringert stark die in der Vorrichtung herr­ schende Reibung, womit die Zuverlässigkeit verbessert wird.

Ein Paar von federbelasteten Arretierrasten und Arretierram­ pen ist gesehen, um den Schieber in der einen oder der ande­ ren von zwei Positionen zu positionieren. Eine Schubstange läuft durch die Mitte der Kammer und weist in ihrer Mitte eine Verschiebefeder zusammen mit Federrückhalteeinrichtungen auf, die an beiden Enden der Feder angeordnet sind. Die Fe­ der-/Rückhalteeinrichtungsanordnung ist in einer Mittelöff­ nung des Schiebers angeordnet und verursacht, daß der Schie­ ber von einer Position zur anderen Position hin- und herge­ schaltet wird. Ein Paar von Kipphebeln dient zur Zurück- und Vorbewegung, wobei die Kipphebel durch Stoßstangen betätigt werden, die wiederum mit dem Kolben und dem Druckluftmotor in Eingriff stehen.

Das in der gleichzeitig anhängigen US-Serien-Nr. 07/904,447 aufgezeigte Ventil arbeitet gut, hat jedoch eine Neigung zu vorzeitigem Verschleiß. Der hohe Druck an einem Ende des Schiebers, der durch die Abluft verursacht ist, verursacht ein Kräfteungleichgewicht, wenn die Kolbenkammeröffnung zur Ventilkammer geöffnet ist, bedingt durch den Abfall des Luft­ drucks in der Ventilkammer, der durch das hohe Strömungsni­ veau verursacht ist. Die vorliegende Erfindung beschränkt den Strom in die Kolbenkammer, wodurch der Luftdruck (und das Kräftegleichgewicht) in der Ventilkammer aufrechterhalten wird. Eine Ausnehmung in der Dichtungsoberfläche erlaubt ei­ ner geringen Luftmenge das Ausströmen in die Kolbenkammer, wenn sich der Schieber bewegt, was ein Blockieren verhindert und den Umschaltvorgang verbessert.

Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beilie­ genden Zeichnungen besser verständlich, worin gleiche Bezugs­ zeichen dieselben oder ähnliche Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen.

Fig. 1 ist eine teilweise ausgebrochene Draufsicht auf die vorliegende Erfindung zur Darstellung verschiedener Bestandteile,

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, die jedoch den Schieber in einer anderen Position als Fig. 3 zeigt,

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

Fig. 6 ist eine teilweise ausgebrochene Ansicht, die das Luftventil gemäß vorliegender Erfindung in einge­ bautem Zustand in einem hin- und hergehenden Druck­ luftmotor zeigt,

Fig. 7 zeigt ein Detail der Schubstange und der Federrück­ halteeinrichtung der bevorzugten Ausführungsform in einer Ansicht ähnlich der in Fig. 2.

Das allgemein mit 10 bezeichnete Luftventil gemäß vorliegen­ der Erfindung ist in Fig. 1 ausführlich dargestellt sowie in Fig. 6 in seiner Anwendung an einem Druckluftmotor 50. Ein Gehäuse 12 hat ein erstes und eine zweites Ende 12a bzw. 12b und enthält ein Schieberelement 14 mit einem ersten Ende 14a und einem zweiten Ende 14b. Der Schieber 14 beinhaltet ferner wärmeabsorbierende Einrichtungen, die aus Rippen 14b und Öff­ nungen 14e bestehen. Die in Fig. 1 dargestellte obere Fläche des Schiebers 14 ist mit zwei oder mehr Ventiltassen 16 ver­ sehen, die nach oben gerichtet sind und die an ihrem Umfang mit einer Kunststoffdichtung 18 versehen sind. Jede Dichtung 18 weist eine Dichtfläche 18a zusammen mit einer Nebenluft­ ausnehmung 18b auf, die nach oben (etwa 0,5 mm in der bevor­ zugten Ausführungsform) von der Dichtfläche 18a beabstandet ist und sich distal von der Tasse erstreckt, um in einer dis­ talen Kante 18c gegenüber einer proximalen Kante 18d zu en­ den. Die Nebenluftausnehmung 18b hat eine Breite von etwa 4 mm im Vergleich zur Breite einer Öffnung 42 von etwa 9 mm. Ferner sind eine Vielzahl von länglichen Schlitzen 20 vorge­ sehen, die jeweils eine dünne zylindrische Rolle 22 enthal­ ten, die einen geringeren Durchmesser als die Länge des Schlitzes hat, um das Hin- und Herrollen zu ermöglichen.

Arretiereinrichtungen 25 sind in der Mitte des Schiebers 14 angeordnet und bestehen aus einer Arretierfläche 14c, die Teil des Schiebers 14 ist, der durch Guß, spanend oder auf andere Art in einem Stück geformt sein kann. Die Arretierein­ richtung 24 umfaßt weiter ein Kunststoffeinsatzelement 26, ein Arretierelement 28 und eine Arretierspannfeder 30. Eine Arretierrolle 32 ist am Arretierelement 28 angebracht und läuft wiederum in einer Arretierspur 34, die zwei Vertiefun­ gen 34a aufweist, die den beiden Positionen, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt entsprechen.

Ventilöffnungsplatten 36 sind mittels Schrauben 38 am Gehäuse 12 befestigt. Jede der Ventilöffnungsplatten weist zwei Öff­ nungen auf, eine Kolbenkammeröffnung 40 und eine Auslaßöff­ nung 42. Wenn das Ventil 10 am Druckluftmotor 50 angebracht ist, werden die Kolbenkammeröffnungen 40 jeweils mit der obe­ ren bzw. der unteren Kammer 44 (in Fig. 6 dargestellt) ver­ bunden, während die Öffnungen 42 mit dem Abluftmechanismus verbunden werden, der im Detail in dem vorstehend genannten US-Patent Nr. 4,921,408 beschrieben ist.

Stoßstangen 46 werden wechselweise von einem Druckluftmotor­ kolben 51 betätigt und betätigen abwechselnd Kipphebel 48. Die Kipphebel 48 bewegen eine Schubstange 52 vor und zurück. In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist die Schubstange 52 tatsächlich aus zwei Hälften gebildet, die wie folgt zusammengesetzt sind. Jede Hälfte der Schubstange 52 ist in eine Ausnehmung 56a in einer Federrückhalteeinrichtung bzw. in einem Federsitz 56 eingeführt. Die innenseitigen En­ den 56b der Federsitze 56 sind normalerweise mit Ausnahme des Zeitraumes während des Umschaltens voneinander beabstandet. Die distalen Enden 56c der Federsitze 56 sind von den Enden 58a der Öffnung 56 im Schieber 14 eingeschlossen.

In der in Fig. 7 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Schubstange 52 aus wenigstens zwei Teilen zusammenge­ setzt und hat ein Paar Schultern 52d, die mit Federsitzen 56 in Eingriff kommen, welche wiederum eine Feder 54 zwischen sich halten. Auch hier sind die innenseitigen Enden der Fe­ dersitze 56 normalerweise voneinander beabstandet, mit Aus­ nahme während des Umschaltvorganges.

Im Betrieb wird eine Druckluftquelle mit einer inneren Kammer 60 im Gehäuse 12 verbunden, wodurch die Kammer 60 mit Druck­ luft gefüllt wird. Wenn der Mechanismus in der in Fig. 1 und 3 dargestellten Position ist, ist die Öffnung 40, die zur Kammer 44 führt, direkt verbunden und in Strömungsverbindung mit der inneren Kammer, die mit Druckluft gefüllt ist, so daß die verbundene Kammer 44 mit Druck beaufschlagt wird. In die­ ser Position steht die Auslaßöffnung 42 in Strömungsverbin­ dung mit der Tasse 16, deren anderer Teil durch den festen Oberflächenteil der Ventilöffnungsplatte 36 blockiert ist. Wenn sich der Kolben 51 dem Ende seines Hubes nähert, kommt er mit der Stoßstange 46 in Berührung, die wiederum den Kipp­ hebel 48 betätigt und verursacht, daß die Schubstange 52 von einer Position zur anderen umzuschalten beginnt.

In der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform drückt die Schul­ ter 52d an der Schubstange 52 auf den Federsitz 56 und drückt dadurch die Feder 54 zusammen und speichert Energie in die­ ser. Wenn die Enden 56b der Federsitze in Berührung kommen, wird die Kraft von der Schubstange durch den ersten Federsitz 56, die Feder 54 und anschließend den anderen Federsitz wei­ tergeleitet, worauf hin sich der Schieber 14 zu bewegen be­ ginnt. Wenn die Arretiereinrichtung 24 sich weit genug bewegt hat, läßt die in der Feder 54 gespeicherte Energie den Schie­ ber über die Arretierung und in die andere Position schnap­ pen, wie in Fig. 4 dargestellt, wobei die Tasse 16 eine Ver­ bindung zwischen den Öffnungen 40 und 42 herstellt und da­ durch den Austritt der Luft aus der Kammer durch die Auslaß­ öffnung 42 erlaubt.

Wie zu erkennen ist, unterliegen die beiden Kolbenkammern 44 jeweils diametral entgegengesetzten Prozessen, d. h., während die obere Kammer 44 druckbeaufschlagt wird, wird die untere Kammer 44 druckentlastet und umgekehrt. Während Fig. 3 und 4 nur ein Ende des Schiebers 14 und der Tasse 16 zeigen, ist festzustellen, daß derselbe allgemeine Prozeß am andere Ende desselben verwendet wird.

Verschiedene Änderungen und Modifikationen können an dem Luftventil mit niedriger Reibung und geringer Vereisung durchgeführt werden, ohne den Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie in den nachstehenden Patentansprüchen defi­ niert zu verlassen.

Claims (9)

1. Luftventil in Kombination mit einem Druckluftmotor mit einem hin- und hergehenden Kolben und einer ersten und einer zweiten Kolbenkammer, umfassend:
ein Gehäuse (12) mit einem ersten und einem zweiten Ende (12a, 12b), das in seinem Inneren eine Ventilkammer (60) bil­ det, die mit einer zuführenden Druckluftquelle verbunden ist;
einen Schieber (14) mit einem ersten und einem zweiten Ende (14a, 14b), der in der Kammer (60) hin- und herbewegbar ver­ schieblich angeordnet ist;
eine erste und eine zweite Ventilöffnungsplatte (36), die je­ weils eine erste und eine zweite Auslaßöffnung (42) und eine erste und eine zweite Kolbenkammeröffnung (40) umfassen;
erste und zweite Ventiltassen (16), die in dem Schieber (14) angeordnet sind, wobei jede der Tassen (16) eine Dichtfläche (18a) um ihren Umfang aufweist, deren proximale Enden einan­ der sowie distalen Enden gegenüberliegen, wobei die Tassen (16) wechselweise die einströmende Druckluft zunächst von der Ventilkammer (60) in jede der Kolbenkammern (44) und an­ schließend von jeder der Kolbenkammern (44) in die Auslaßöff­ nungen (42) leiten, während sich der Schieber (14) hin- und herbewegt, so daß dann, wenn eine der Tassen (16) eine der Kolbenkammeröffnungen (40) und der Auslaßöffnungen (42) ver­ bindet, das distale Ende der anderen Ventiltasse (16) im we­ sentlichen die andere Kolbenkammeröffnung (40) blockiert, um so den Luftzustrom in diese zu bemessen und dadurch den Luft­ druck in der Ventilkammer (44) aufrecht zu erhalten.

2. Luftventil nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Arre­ tiereinrichtung (24) zum Positionieren des Schiebers (14) je­ weils in einer ersten bzw. einer zweiten Position in der Ven­ tilkammer (60).

3. Luftventil nach Anspruch 1, ferner umfassend eine durch die Ventilkammer (60) von dem ersten Ventilkammerende zu dem zweiten Ventilkammerende laufende Schubstange (52).

4. Luftventil nach Anspruch 3, weiter umfassend eine Öff­ nung in dem Schieber (14) und eine Feder (54), die um die Schubstange (52) in dieser Öffnung angeordnet ist.

5. Luftventil nach Anspruch 4, weiter umfassend Einrichtun­ gen (56) zum Zurückhalten der Feder (54) auf der Schubstange (52) und zum Ermöglichen der Kompression der Feder (54), aber Verhindern der Ausdehnung der Feder (54) über eine vorbe­ stimmte Länge.

6. Luftventil nach Anspruch 5, worin die Rückhalteeinrich­ tung umfaßt:
eine Strecke verringerten Durchmessers in etwa der Mitte der Schubstange (52), die an beiden Enden in Schultern (52d) en­ det; und
einen ersten und eine zweiten Federsitz (56), die jeweils an den Schultern (52d) anliegen und den Schultern (52d) anliegen und halten.

7. Luftventil nach Anspruch 1, worin die distalen Enden je­ weils eine Ausnehmung (18b) in der Dichtfläche (18a) umfas­ sen.

8. Luftventil nach Anspruch 1, weiter umfassend Rollenein­ richtungen zwischen dem Schieber (14) und der Ventilöffnungs­ platte (36), um die pneumatische Belastung und Reibung zwi­ schen dem Schieber (14) und der Ventilöffnungsplatte (36) zu verringern.

9. Luftventil nach Anspruch 8, worin die Rolleneinrichtun­ gen eine Vielzahl von länglichen Schlitzen (20) in der Ober­ seite des Schiebers (14) umfassen, die jeweils eine zylindri­ sche Rolle (22) enthalten.