DE9413030U1 - Pneumatic control device - Google Patents
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Abstract
Description
ARNE MISSLING oipi.-ing. PATENTANWALTARNE MISSLING oipi.-ing. PATENT ATTORNEY
•S? (06 41) 71019, 35390 Giessen•S? (06 41) 71019, 35390 Giessen
11. August 1994 Mi-Wa/JK 94.094GMAugust 11, 1994 Mi-Wa/JK 94.094GM
WiWa Wilhelm Wagner GmbH & Co. KG Gewerbestraße 1-3 D-35633 LahnauWiWa Wilhelm Wagner GmbH & Co. KG Gewerbestrasse 1-3 D-35633 Lahnau
Die Erfindung betrifft eine pneumatische Steuereinrichtung für die alternierende Aufschaltung zweier über Druckluft-Ableitungen gespeister Druckluftströme auf einen Verbraucher, mit einem in einem Steuerzylinder längsbeweglichen Steuerkolben, durch den in jeweils einer seiner Steuerstellungen eine Druckluft-Zuleitung aus einer Druckluftquelle hohen Luftdruckes mit der Druckluft-Ableitung für den einen Druckluftstrom verbunden und die Druckluft-Ableitung für den anderen Druckluftstrom währenddessen gesperrt ist in der Weise, daß in einem Gehäuse des Steuerzylinders Verbindungskanäle zwischen der Druckluft-Zuleitung und je einer der Druckluft-Ableitungen vorgesehen sind, deren zugehörige, in dem Steuergehäuse befindliche Strömungskanäle über von dem Steuerkolben sukzessive überdeckte Steuerbohrungen in dem Steuerzylinder wechselweise miteinander verbindbar sind.The invention relates to a pneumatic control device for the alternating connection of two compressed air flows fed via compressed air outlets to a consumer, with a control piston that is longitudinally movable in a control cylinder, by means of which, in one of its control positions, a compressed air supply line from a compressed air source with high air pressure is connected to the compressed air outlet for one compressed air flow and the compressed air outlet for the other compressed air flow is blocked in such a way that connecting channels are provided in a housing of the control cylinder between the compressed air supply line and one of the compressed air outlets, the associated flow channels of which are located in the control housing and can be alternately connected to one another via control bores in the control cylinder that are successively covered by the control piston.
Derartige pneumatische Steuereinrichtungen sind insbesondere bei solchen druckluftbetriebenen Kolbenpumpen seit langem bekannt, die als Dosierpumpen verwendet werden; sie sind aber darauf keineswegs beschränkt.Such pneumatic control devices have long been known, particularly in compressed air-operated piston pumps that are used as metering pumps; however, they are by no means limited to this.
Generell haben Steuereinrichtungen dieser Art den Nachteil, daß sie im Bereich der Steuerbohrungen während des Betriebes zu vereisen drohen, weil deren für den Druckluftstrom wirksamer Querschnitt von einem jeweils zugehörigen Kolbenelement des Steuerkolbens nicht plötzlich, sondern nur stetig vergrößerbar ist, so daß sich dort die Druckluft (adiabatisch) entspannt und entsprechend abkühlt. Es kann vorkommen, daß durch die Eisbildung der verfügbare Strömungsquerschnitt soweit eingeschnürt wird, daß die Funktion der Steuereinrichtung nicht mehr gewährleistet ist und der Betrieb solange unterbrochen werden muß, bis das Eis abgetaut ist.Generally, control devices of this type have the disadvantage that they risk freezing up in the area of the control bores during operation, because the cross-section effective for the compressed air flow cannot be increased suddenly by a respective piston element of the control piston, but only continuously, so that the compressed air expands (adiabatically) there and cools down accordingly. It can happen that the formation of ice constricts the available flow cross-section to such an extent that the function of the control device is no longer guaranteed and operation must be interrupted until the ice has thawed.
Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine pneumatische Steuereinrichtung der eingangs näher bezeichneten Art so auszubilden, daß eine Vereisung im Bereich der Steuerbohrungen vermieden wird.The invention therefore has the object of designing a pneumatic control device of the type described in more detail above in such a way that icing in the area of the control bores is avoided.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die während eines Steuertaktes von der Druckluftquelle hohen Luftdruckes gerade abgesperrte Druckluft-Ableitung während dieses Steuertaktes zumindest zeitweise über eine Druckluft-Hilfszuleitung mit einer Druckluftquelle niedrigeren, vorzugsweise erheblich niedrigeren Luftdruckes verbunden ist und daß ferner ein Luftvorwärmer für die sekundäre Druckluft vorgesehen ist, so daß die sekundäre Druckluft aufgeheizt werden kann. In der Regel reicht die Zeitdauer eines Arbeitstaktes völlig aus, um soviel sekundäre Druckluft aus dieser Druckluftquelle einzuspeisen, daß eine Vereisung von vornherein nicht stattfinden oder sofort wieder rückgängig gemacht werden kann. Die dabei zugeführte sekundäre Druckluft entspannt nur geringfügig und im wesentlichen isotherm, so daß ihre Temperatur, notfalls durch zusätzliche Aufheizung, wesentlich über derjenigen der primären Druckluft aus der Druckluftquelle hohen Luftdrucks undAccording to the invention, the object is achieved in that the compressed air discharge line, which is currently shut off from the compressed air source of high air pressure during a control cycle, is connected at least temporarily during this control cycle via an auxiliary compressed air supply line to a compressed air source of lower, preferably considerably lower, air pressure and that an air preheater is also provided for the secondary compressed air so that the secondary compressed air can be heated up. As a rule, the duration of a working cycle is completely sufficient to feed in so much secondary compressed air from this compressed air source that icing does not occur from the outset or can be immediately reversed. The secondary compressed air supplied in this way expands only slightly and essentially isothermally, so that its temperature, if necessary by additional heating, is considerably higher than that of the primary compressed air from the compressed air source of high air pressure and
jedenfalls oberhalb der Schmelztemperatur des mit der Druckluft (als Wasserdampf) mitgeführten Wassers liegt.in any case above the melting temperature of the water carried with the compressed air (as water vapor).
Es ist einerseits möglich, daß die Druckluft-Hilfszuleitung mit der Druckluftquelle niedrigeren Luftdruckes absperrbar verbunden ist, andererseits aber stattdessen in einer bevorzugten Ausführung vorgesehen ist, die Druckluft-Hilfszuleitung mit der Druckluftquelle hohen Luftdruckes über eine Druckmindereinrichtung absperrbar zu verbinden, so daß in diesem Fall eine einzige Druckluftquelle ausreicht. In jedem Fall ist es zweckdienlich, wenn in der Druckluft-Hilfszuleitung ein Rückschlagventil vorgesehen ist, so daß die Druckluftquelle niedrigeren Luftdruckes nicht im Gegenstrom belastbar ist.On the one hand, it is possible for the auxiliary compressed air supply line to be connected in a lockable manner to the compressed air source with a lower air pressure, but on the other hand, in a preferred embodiment, the auxiliary compressed air supply line is connected in a lockable manner to the compressed air source with a high air pressure via a pressure reducing device, so that in this case a single compressed air source is sufficient. In any case, it is useful if a check valve is provided in the auxiliary compressed air supply line so that the compressed air source with a lower air pressure cannot be loaded in a countercurrent.
Eine besonders vorteilhafte bauliche Ausbildung der erfindungsgemäßen pneumatischen Steuereinrichtung besteht darin, daß die Strömungskanäle in Ringkanälen enden, die jeweils über den in einer gemeinsamen Zylinderbuchse des Steuerzylinders angeordneten Steuerbohrungen angeordnet sind. In fachüblicher Weise können diese Ringkanäle durch zur Hauptachse der Steuereinrichtung achsparallele Verbindungskanäle mit den Anschlußelementen für die Frischluft aus der Druckluft-Zuleitung und den Druckluft-Ableitungen und gegebenenfalls für die Abluft aus einer Druckluft-Rückleitung verbunden sein.A particularly advantageous structural design of the pneumatic control device according to the invention consists in the fact that the flow channels end in ring channels, each of which is arranged above the control bores arranged in a common cylinder bushing of the control cylinder. In the usual manner, these ring channels can be connected to the connection elements for the fresh air from the compressed air supply line and the compressed air discharge lines and, if necessary, for the exhaust air from a compressed air return line by connecting channels that are parallel to the main axis of the control device.
Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße pneumatische Steuereinrichtung, wenn der Verbraucher aus einer druckluftbetriebenen Kolbenpumpe besteht und die aus den Druckluft-Ableitungen eingespeisten Druckluftströme alternierend die beiden Kolbenflächen eines Arbeitskolbens der Kolbenpumpe belasten.The pneumatic control device according to the invention is particularly suitable when the consumer consists of a compressed air-operated piston pump and the compressed air flows fed in from the compressed air lines alternately load the two piston surfaces of a working piston of the piston pump.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an dem Ausführungsbeispiel einer Dosierpumpe näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing of an embodiment of a dosing pump. Show
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Fig. 1 eine erfindungsgemäße, an einer Dosierpumpe vorgesehene pneumatische Steuereinrichtung im mittigen ungefähren Längsschnitt X-X aus Fig. 2,Fig. 1 shows a pneumatic control device according to the invention provided on a metering pump in the central approximate longitudinal section X-X from Fig. 2,
Fig. 2 eine Draufsicht Y-Y aus Fig. 1 undFig. 2 is a plan view Y-Y of Fig. 1 and
Fig. 3 eine Dosierpumpe mit einer nicht erfindungsgemäßen, dem vorbekannten Stand der Technik entsprechenden Steuereinrichtung,Fig. 3 a dosing pump with a control device not according to the invention, corresponding to the previously known state of the art,
sämtlich in vereinfachter Darstellung gezeichnet.all drawn in a simplified representation.
Eine für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung geeignete Kolbenpumpe P entsprechend Fig. 3 besitzt einen Arbeitskolben K, der innerhalb eines zylindrischen Arbeitszylinders Z senkrecht oszillierend bewegt wird, wozu seine beiden Kolbenflächen Fl und F2 abwechselnd mit einer primären Druckluft beaufschlagt werden müssen. Der Arbeitskolben K ist dabei in einem (oberen), an einem Oberteil 0 der Kolbenpumpe P befestigten Zylinderdeckel D durch Führungsbolzen B (Fig. 1) geführt. Das Oberteil O ist über den Mantel M des Arbeitszylinders Z unter Verwendung von Ankerschrauben S mit einem entsprechenden Unterteil U verbunden. Die Einzelheiten einer solchen Anordnung stehen in keinem unmittelbaren Zusammenhang mit der Erfindung, sind fachüblich ausgebildet und werden deshalb nicht weiter erörtert.A piston pump P suitable for a control device according to the invention, as shown in Fig. 3, has a working piston K which is moved in a vertical oscillating manner within a cylindrical working cylinder Z, for which purpose its two piston surfaces Fl and F2 must be alternately pressurized with primary compressed air. The working piston K is guided in an (upper) cylinder cover D attached to an upper part 0 of the piston pump P by guide bolts B (Fig. 1). The upper part O is connected to a corresponding lower part U via the casing M of the working cylinder Z using anchor bolts S. The details of such an arrangement have no direct connection with the invention, are of a standard design and are therefore not discussed further.
Ein Teil des Oberteiles O wird von der pneumatischen Steuereinrichtung für den Arbeitskolben K eingenommen. Diese Steuereinrichtung besteht zunächst im wesentlichen aus einem Steuerzylinder 1 mit einem Zylindergehäuse 10, in dem eine Zylinderbuchse 11 starr eingepaßt ist, und einem in dem Steuerzylinder 1 achsbeweglichen Steuerkolben 2, der radial in der Zylinderbuchse 11 geführt ist, und ist amA part of the upper part O is taken up by the pneumatic control device for the working piston K. This control device consists essentially of a control cylinder 1 with a cylinder housing 10, in which a cylinder sleeve 11 is rigidly fitted, and a control piston 2 which is axially movable in the control cylinder 1 and is guided radially in the cylinder sleeve 11, and is
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besten in der vergrößerten Darstellung der Fig. 1 und 2 ablesbar.best seen in the enlarged view of Fig. 1 and 2.
Die Zylinderbuchse 11 ist von in das Zylindergehäuse 10 eingetieften nutförmigen Ringkanälen 12, 13 und 14 umgeben, die mit dem Steuer zylinder 1 jeweils über am Umfang der Zylinderbuchse Il verteilte Gruppen von Steuerbohrungen 15 in der Zylinderbuchse 11 pneumatisch verbunden sind. Die Steuerbohrungen 15 werden von Kolbenelementen 21 des Steuerkolbens 2 angesteuert in der Weise, daß entweder die Ringkanäle 12 und 13 oder die Ringkanäle 12 und 14 miteinander strömungsverbunden sind; in der Stellung des Steuerkolbens 2 der Fig. 1 sind es die Ringkanäle 12 und 14. In der Zeichnung ist zu erkennen, daß die Kolbenflächen 22 der Kolbenelemente 21 kegelförmig ausgebildet sind, um Strömungsverluste zu vermeiden.The cylinder sleeve 11 is surrounded by groove-shaped ring channels 12, 13 and 14 recessed into the cylinder housing 10, which are each pneumatically connected to the control cylinder 1 via groups of control bores 15 in the cylinder sleeve 11 distributed around the circumference of the cylinder sleeve 11. The control bores 15 are controlled by piston elements 21 of the control piston 2 in such a way that either the ring channels 12 and 13 or the ring channels 12 and 14 are fluidly connected to one another; in the position of the control piston 2 in Fig. 1, these are the ring channels 12 and 14. In the drawing it can be seen that the piston surfaces 22 of the piston elements 21 are conical in order to avoid flow losses.
Der (mittlere) Ringkanal 12 ist über eine in der Fig. 2 angedeutete Druckluft-Zuleitung DZ über einen Strömungskanal 16 mit einer in der Zeichnung weggelassenen Druckluftquelle für die primäre Druckluft strömungsverbunden, aus der eine primäre Frischluft eingespeist wird. Die Frischluft gelangt alternierend über zwei Druckluft-Ableitungen DA aus dem Steuerzylinder 1 zum Verbraucher, nämlich aus dem Ringkanal 13 über einen Strömungskanal 17 in den Arbeitszylinder Z oberhalb der Kolbenfläche Fl und aus dem Ringkanal 14 über einen weiteren Strömungskanal 18 in den Arbeitszylinder Z unterhalb der Kolbenfläche F2. Die Strömungskanäle 17,18 sind dabei mehrteilig durch das Oberteil 0, den Zylinderdeckel D und (Strömungskanal 18) durch das Unterteil U geführt; sie können die Ringkanäle 12 bis 14 auch mehrfach mit dem Verbraucher verbinden, wie das in der Fig. 2 ersichtlich ist.The (middle) ring channel 12 is connected via a compressed air supply line DZ indicated in Fig. 2 via a flow channel 16 to a compressed air source for the primary compressed air, which is omitted in the drawing and from which primary fresh air is fed. The fresh air passes alternately via two compressed air outlets DA from the control cylinder 1 to the consumer, namely from the ring channel 13 via a flow channel 17 into the working cylinder Z above the piston surface Fl and from the ring channel 14 via another flow channel 18 into the working cylinder Z below the piston surface F2. The flow channels 17, 18 are made up of several parts and run through the upper part 0, the cylinder cover D and (flow channel 18) through the lower part U; they can also connect the ring channels 12 to 14 to the consumer several times, as can be seen in Fig. 2.
In jeweils einem der in dem Ausführungsbeispiel doppelt ausgeführten Strömungskanäle 17 und 18 mündet eineIn each of the flow channels 17 and 18, which are double in the embodiment, a
Druckluft-Hilfszuleitung 3, die eine sekundäre Druckluft einspeist. Der Luftdruck dieser sekundären Druckluft liegt nur wenig über dem atmosphärischen; die erforderliche Druckluftquelle ist entweder von der primären Druckluft völlig getrennt oder besser wie in der Fig. 2 einfach an der zu dieser gehörigen DruckluftguelIe über eine Druckmindereinrichtung 31 angeschlossen. Die sekundäre Druckluft gelangt auch in den Bereich des Steuergehäuses 1 und verhindert eine bis unter den Gefrierpunkt reichende Abkühlung. Rückschlagventile 32 in jeder Druckluft-HiIfszuleitung 3 verhindern die Überführung bzw. Rückführung der primären Druckluft. Wird die sekundäre Druckluft der Druckluftquelle für die primäre Druckluftquelle entnommen, dann stellt die Druckluft-Hilfszuleitung einen die Steuereinrichtung überbrückenden Kurzschluß dar.Auxiliary compressed air supply line 3, which feeds in secondary compressed air. The air pressure of this secondary compressed air is only slightly above atmospheric pressure; the required compressed air source is either completely separate from the primary compressed air or, better as in Fig. 2, simply connected to the compressed air source associated with it via a pressure reducing device 31. The secondary compressed air also reaches the area of the control housing 1 and prevents cooling to below freezing point. Check valves 32 in each auxiliary compressed air supply line 3 prevent the transfer or return of the primary compressed air. If the secondary compressed air is taken from the compressed air source for the primary compressed air source, the auxiliary compressed air supply line represents a short circuit bridging the control device.
I Steuerzylinder 10 ZylindergehäuseI Control cylinder 10 Cylinder housing
II Zylinderbuchse 12,13,14 RingkanalII Cylinder liner 12,13,14 Ring channel
15 Steuerbohrung 16,17,18 Strömungskanal15 Control bore 16,17,18 Flow channel
2 Steuerkolben2 control pistons
21 Kolbene1ement21 Piston element
22 Kolbenfläche22 Piston area
3 Druckluft-Hilfszuleitung3 Auxiliary compressed air supply line
31 Druckmindereinrichtung31 Pressure reducing device
32 Rückschlagventil32 Check valve
B FührungsbolzenB Guide bolt
D ZylinderdeckelD Cylinder cover
DA Druckluft-AbleitungDA compressed air discharge
DZ Druckluft-ZuleitungDZ compressed air supply line
Fl,F2 KolbenflächeFl,F2 piston area
K ArbeitskolbenK Working piston
M MantelM Coat
O OberteilO Top
30- P Kolbenpumpe30- P piston pump
S AnkerschraubeS anchor screw
U UnterteilU bottom part
Z ArbeitszylinderZ Working cylinder
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