DE4441780A1 - Druckmittelbetätigte Stelleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Stelleinrichtung mit einer Druckmittelquelle, einem Stellelement, welches in einem Gehäuse einen durch Druckbeaufschlagung einer Arbeitskammer verschiebbaren Stellkolben hat, und die einen Drucksensor zur Überwachung des die Druckbeaufschlagung herbeiführenden Systemdrucks und eine Endlagenerkennung aufweist.

Stelleinrichtungen der vorstehenden Art werden in der Technik für sehr verschiedene Zwecke eingesetzt und sind allgemein bekannt. Die Endlagenerkennung ist immer dann notwendig, wenn aus Sicherheitsgründen das Erreichen einer Endlage überwacht werden muß oder wenn andere Bewegungsabläufe einer Einrichtung erst erfolgen dürfen, wenn eine vorangegangene Stellbewegung vollständig ausgeführt wurde.

Zur Endlagenerkennung verwendet man üblicherweise elektrische Endschalter, welche durch das Stellelement bei Erreichen der Endstellung betätigt werden. Solche Endschalter bedingen die Verlegung elektrischer Leitungen zu dem im Bereich des Stellelements angeordneten Endschalter und verursachen vor allem dann beträchtliche Kosten, wenn nicht ohnehin im Bereich des Stellelementes elektrische Einrichtungen vorhanden sind. Oftmals verwendet man in Verschmutzungen, Feuchtigkeit und Kälte ausgesetzten Bereichen pneumatische Stelleinrichtungen, weil diese unter solchen Bedingungen zuverlässiger arbeiten als elektrische Bauelemente, so daß dann die Anordnung eines elektrischen Endschalters die Vorteile der Pneumatik mindern würde.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Stelleinrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß mit möglichst geringem Aufwand eine Endlagenerkennung auch unter rauhen Bedingungen zuverlässig möglich sind.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Endlagenerkennung die Arbeitskammer des Stellelements einen Auslaß mit einem ein Schließglied aufweisenden Fühlerventil hat, daß das Fühlerventil zum Öffnen in einer festgelegten Stellung des Stellelementes ausgebildet und angeordnet ist und daß der Drucksensor eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen einer beim Öffnen des Fühlerventils auftretenden, plötzlichen Druckänderung aufweist.

Bei einer solchen Stelleinrichtung wird zur Endlagenerkennung ein ohnehin vorhandener Drucksensor mitbenutzt. Dieser Drucksensor braucht nicht in unmittelbarer Nähe des Stellelementes angeordnet zu sein, so daß eine vor Verschmutzungen und Korrosion geschützte Anordnung möglich ist. Dank der Erfindung wird ein zusätzlicher Endschalter für die Endlagenerkennung unnötig, so daß ein Bauteil eingespart wird und dadurch die Stelleinrichtung kostengünstiger hergestellt werden kann. Zugleich arbeitet die Stelleinrichtung zuverlässiger als eine Ausführung mit einem Endschalter, da zusätzliche elektrische Verbindungen eingespart werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckmittelquelle eine pneumatische Pumpe ist. Der Auslaß des Stellelementes kann dann einfach ins Freie führen, so daß bei Erreichen der Endstellung Überdruck in die Umgebung abgeblasen oder bei einer Betätigung durch Unterdruck eine Belüftung der Arbeitskammer stattfinden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Stelleinrichtung zum Betätigen einer Türverriegelungsanlage und das Fühlerventil zum Öffnen bei Erreichen einer Kindersicherungsstellung des Stellelementes ausgebildet ist. Eine solche Stelleinrichtung erlaubt mit einfachen Mitteln eine Kontrolle, ob nach einer Betätigung der Kindersicherungsstellung diese tatsächlich erreicht wurde.

Der Auslaß mit dem Fühlerventil kann beispielsweise im Gehäuse des Stellelementes angeordnet und vom Kolben bei Erreichen der Endstellung betätigbar sein. Eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Auslaß mit dem Fühlerventil im Stellkolben des Stellelementes vorgesehen ist und das Fühlerventil zumindest einen zum Gehäuse des Stellelementes hin gerichteten, als Stößel ausgebildeten Fühler hat.

Um sicherzustellen, daß nach Erreichen der Endstellung und dem Öffnen des Fühlerventils dieses zwangsläufig wieder schließt, so daß eine Rückbewegung des Stellkolbens durch Gegendruckbeaufschlagung möglich wird, kann man gemäß einer anderen, vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorsehen, daß das Stellelement eine Rückstellfeder zum Verschieben des Stellkolbens nach Erreichen einer zu einem Öffnen des Fühlerventils führenden Stellung in eine ein Schließen des Fühlerventils herbeiführenden Stellung aufweist.

Wenn das Fühlerventil relativ groß ausgebildet ist, dann kann die Rückstellfeder durch eine das Schließglied des Fühlerventils in Schließrichtung vorspannende Ventilfeder gebildet werden.

Lassen sich mit der Ventilfeder keine ausreichend hohen Kräfte erzeugen, um den Stellkolben mit den von ihm zu bewegenden Bauteilen nach Erreichen seiner Endstellung um einen geringen, ein Schließen des Fühlerventils bewirkenden Hub zurückzubewegen, dann kann man gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorsehen, daß die Rückstellfeder zwischen dem Gehäuse und dem Stellkolben gespannt ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind drei davon schematisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Stelleinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Stellelementes nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Stellelementes nach der Erfindung,

Fig. 4 ein Druckdiagramm der Stelleinrichtung nach der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine Druckmittelquelle 1, bei der es sich um eine pneumatische Bidruckpumpe handeln kann und die eine Arbeitskammer 2 eines Stellelementes 3 wahlweise mit Überdruck oder Unterdruck zu beaufschlagen vermag. Das Stellelement 3 hat in einem Gehäuse 4 einen Stellkolben 5, welcher mittels einer Kolbenstange 6 beispielsweise eine nicht gezeigte Kindersicherung einer Türverriegelungsanlage zu betätigen vermag. Wichtig für die Erfindung ist ein Auslaß 7, über den die Arbeitskammer 2 mit der sie umgebenden Luft Verbindung erhalten kann. In diesem Auslaß 7 ist ein Fühlerventil 8 angeordnet, welches durch eine Ventilfeder 9 in Schließstellung vorgespannt ist. Die Arbeitskammer 2 hat weiterhin Verbindung mit einem Drucksensor 10, welcher mit einer Überwachungseinrichtung 11 verbunden ist, die ihrerseits eine Signallampe 12 oder andere Signalisierungsmittel anzusteuern vermag.

Wenn die Druckmittelquelle 1 die Arbeitskammer 2 mit Unterdruck beaufschlagt, dann bewegt sich der Stellkolben 5 in Fig. 1 gesehen nach unten. Der Drucksensor 10 registriert diesen Unterdruck und meldet aufgrund der Überwachungseinrichtung 11 das Vorhandensein des Unterdrucks. Wenn der Stellkolben 5 bei seinem Abwärtshub das Fühlerventil 8 erreicht, dann drückt er dieses in Offenstellung. Dadurch strömt plötzlich Luft in die Arbeitskammer 2, wodurch es zu einem plötzlichen Druckanstieg am Drucksensor 10 kommt. Dieser wird von der Überwachungseinrichtung 11 festgestellt und mittels der Signallampe 12 angezeigt. Dadurch ist feststellbar, daß der Stellkolben 5 seine Endlage erreicht hat. Wenn es sich bei der Druckmittelquelle 1 um eine Pumpe handelt, dann wird diese bei Erreichen der festgestellten Endstellung abgeschaltet. Danach schiebt das Fühlerventil 8 durch die Kraft der Ventilfeder 9 den Stellkolben 5 so weit zurück nach oben, bis das Fühlerventil 8 wieder schließt und dadurch ein Rückhub des Stellkolbens 5 durch Überdruckbeaufschlagung der Arbeitskammer 2 möglich wird. Hierzu muß die Kolbenstange 6 begrenzt verschieblich mit dem zu verstellenden Bauteil verbunden sein oder das Bauteil selbst einen solchen geringen Rückhub der Kolbenstange 6 zulassen können.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das Fühlerventil 8 im Stellkolben 5 angeordnet. Sein Schließglied 13 hat einen als Stößel ausgebildeten Fühler 14, der nach unten hin aus dem Stellkolben 5 herausragt. Die Ventilfeder 9 spannt das Schließglied 13 wiederum in Schließstellung vor. Die Arbeitskammer 2 ist bei dieser Ausführungsform oberhalb des Stellkolbens 5 vorgesehen und zum Beaufschlagen mit Überdruck ausgebildet. Unterhalb des Stellkolbens 5 ist eine Rückstellfeder 15 in einem Raum 16 angeordnet, der über eine Öffnung 17 Verbindung zur Atmosphäre hat.

Wird bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Arbeitskammer 2 mit Überdruck beaufschlagt, dann bewegt sich der Stellkolben 5 so lange nach unten, bis der Fühler 14 gegen die untere Stirnfläche des Gehäuses 4 trifft und das Fühlerventil 8 öffnet. Dann strömt die Druckluft aus der Arbeitskammer 2 durch den Auslaß 7, den Raum 16 und die Öffnung 17 zur Atmosphäre, so daß der Drucksensor 10 wiederum eine plötzliche Druckänderung messen kann, was auf das Erreichen der Endlage hinweist. Die Rückstellfeder 15 schiebt nach Erreichen der Endlage den Stellkolben 5 geringfügig nach oben, so daß das Fühlerventil 8 wieder schließen kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 hat das Stellelement 3, welches für eine Türverriegelungsanlage vorgesehen ist, einen Stellkolben 5, der über eine Rollmembran 18 mit dem Gehäuse 4 verbunden ist. In diesem Stellkolben 5 ist wiederum ein Fühlerventil 8 angeordnet, welches hier jedoch als Schließglied 13 eine ringförmige Ventilplatte hat, die von einem Ventilsitz 19 abhebt, wenn die Fühler 14, 14a gegen die untere Stirnfläche des Gehäuses 4 gelangen.

Das Diagramm gemäß Fig. 4 zeigt den Unterdruckverlauf über die Zeit im Drucksystem und damit auch in der Arbeitskammer 2. Dieser nimmt zunächst nach dem Anlaufen der als Druckmittelquelle 1 dienenden Pumpe gleichmäßig zu, fällt jedoch nach Erreichen der Zeit t₁ plötzlich ab, da die Endstellung erreicht wurde und das Fühlerventil 8 öffnete.

Wenn man sicherstellen will, daß ein signalisierter Druckabfall tatsächlich durch das Erreichen der Endstellung und nicht etwa durch eine defekte oder von ihrem Anschluß abgerutschte Druckmittelleitung verursacht ist, dann kann man nach einem plötzlichen Druckabfall eine kurzfristige Druckbeaufschlagung vornehmen. Ändert sich dann der Druck im System, muß dieses dicht und der vorangegangene Druckabfall tatsächlich auf das Öffnen des Fühlerventils zurückzuführen sein.

Claims (7)

1. Druckmittelbetätigte Stelleinrichtung mit einer Druckmittelquelle, einem Stellelement, welches in einem Gehäuse einen durch Druckbeaufschlagung einer Arbeitskammer verschiebbaren Stellkolben hat, und die einen Drucksensor zur Überwachung des die Druckbeaufschlagung herbeiführenden Systemdrucks und eine Endlagenerkennung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Endlagenerkennung die Arbeitskammer (2) des Stellelements (3) einen Auslaß (7) mit einem ein Schließglied (13) aufweisenden Fühlerventil (8) hat, daß das Fühlerventil (8) zum Öffnen in einer festgelegten Stellung des Stellelementes (3) ausgebildet und angeordnet ist und daß der Drucksensor (10) eine Überwachungseinrichtung (11) zum Überwachen einer beim Öffnen des Fühlerventils (8) auftretenden, plötzlichen Druckänderung aufweist.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle (1) eine pneumatische Pumpe ist.

3. Stelleinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Betätigen einer Türverriegelungsanlage und das Fühlerventil (8) zum Öffnen bei Erreichen einer Kindersicherungsstellung des Stellelementes (3) ausgebildet ist.

4. Stelleinrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (7) mit dem Fühlerventil (8) im Stellkolben (5) des Stellelementes (3) vorgesehen ist und das Fühlerventil (8) zumindest einen zum Gehäuse (4) des Stellelementes (3) hin gerichteten, als Stößel ausgebildeten Fühler (14) hat.

5. Stelleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (3) eine Rückstellfeder (15) zum Verschieben des Stellkolbens (5) nach Erreichen einer zu einem Öffnen des Fühlerventils (8) führenden Stellung in eine ein Schließen des Fühlerventils (8) herbeiführenden Stellung aufweist.

6. Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder durch eine das Schließglied (13) des Fühlerventils (8) in Schließrichtung vorspannende Ventilfeder (9) gebildet ist.

7. Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (15) zwischen dem Gehäuse (4) und dem Stellkolben (5) gespannt ist.