EP0894200B1

EP0894200B1 - Druckluftzylinder, insbesondere zur betätigung von rauchabzugsklappen in rauch- und wärmeabzugsanlagen

Info

Publication number: EP0894200B1
Application number: EP97921772A
Authority: EP
Inventors: Andreas Grasl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2002-06-26
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: WO1997041357A1; EP0894200A1; CZ296160B6; DE59707600D1; SI9720033A; DE19617058A1; ATE219820T1; PL183929B1; JP4026855B2; PL329729A1; CZ345498A3; JP2001511233A

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftzylinder zur Betätigung eines einstellbaren Elements, insbesondere einer Rauchabzugsklappe in einer Rauch- und Wärmeabzugsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Druckluftbehälter mit einem doppelseitig beaufschlagbaren Kolben mit mindestens einer Arbeitsfläche, der in einem Zylinder mit mindestens einer Arbeitskammer durch Druckluft verschiebbar ist, werden zum Beispiel in Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (abgekürzt: RWA-Anlagen) eingesetzt, um im Falle eines Brandes durch Beaufschlagen eines Zylinderraums bzw. einer Zylinderkammer mit Druckluft Rauch- und Wärmeabzugsklappen selbstätig oder ferngesteuert zu öffnen, damit entstehender Rauch abziehen kann, der sonst eine Rettung erschwert oder verhindert, und damit ein zentraler Zugang für die Rettung geschaffen wird. Außerdem soll durch das Öffnen der Wärme- und Rauchabzugsklappen die Bildung von Stauhitzen verhindert werden. Die eingesetzten Druckzylinder müssen hohen Sicherheitsanforderungen genügen. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, Druckluftzylinder mit Endlageverriegelungen zu versehen, welche unter anderem eine weitgehende Einbruchssicherheit gewährleisten sollen. Eine besonders vorteilhafte Endlagenverriegelung, die außerdem geeignet ist, eine Zwischenstellung einer Kolbenstange des Druckluftzylinders zu arretieren, zeichnet sich dadurch aus, daß koaxial zu der Kolbenstange und gegenüber dieser bis zu einem Anschlag an der Kolbenstange verschiebbar, eine Zusatzriegelstange vorgesehen ist, die einen Teilhub der Kolbenstange begrenzt und in dieser Teilhubstellung in einen äußeren an einem Riegelkolben angeordneten Riegelzylinder ragt (EP 0 363 575 B1). In dem Riegelzylinder ist ein Zusatzriegelkolben verschiebbar, der mit einem hülsenartigen Abschnitt in Teilhubstellung Kugeln umgreift, die in eine ringförmige Nut in der Zusatzriegelstange eingreifen und sonst radial beweglich sind. Die radial nach außen beweglichen Kugeln werden freigegeben, wenn der hülsenartige Abschnitt axial weggerückt ist. Der Zusatzriegelkolben steht über ein druckgesteuertes Umsteuerventil bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks mit dem an nächsten benachbarten Zylinderraum in Verbindung. Diese Arretierung einer Zwischenstellung ist kombiniert mit als Kugeln ausgebildeten Verriegelungselementen der Endlagenverriegelungen, die über federbelastete Riegelkolben in Nuten der Kolbenstange gehalten werden.

Zu den oben erwähnten Sicherheitsanforderungen der eingesetzten Druckluftzylinder gehört, daß diese im Brandfall praktisch fehlersicher die mit ihnen gekoppelten Rauchabzugsklappen öffnen und in der geöffneten Stellung halten, wozu eine der genannten Endlageverriegelungen dienen kann. Damit das Öffnen der Rauchabzugsklappe auch im Brandfalle zuverlässig erfolgt, wird bei druckmittelbetätigten RWA-Zylindern das den Druck führende Medium über brandgeschützte Leitungen zugeführt. Die Verwendung und die Montage brandgeschützter Leitungen stellt jedoch einen erheblichen Zusatzaufwand dar.

Eine andere bekannte Möglichkeit der brandgeschützten Ausführung einer mit eïnem RWA-Zylinder aufgebauten RWA-Anlage besteht darin, daß der RWA-Zylinder mit einer Gasdruckfeder ausgerüstet ist. Diese Gasdruckfeder ist aber - abgesehen von dem hierfür bedingten Aufwand - unter Umständen noch nicht zuverlässig genug.

Weiterhin ist es bekannt, den RWA-Zylinder mit einer mechanischen Feder zu verbinden, die so viel Federenergie speichtert, daß eine Rauchabzugsklappe zusammen mit den beweglichen Teilen des RWA-Zylinders im Brandfall in ihre geöffnete Stellung geschwenkt werden kann. Infolge dieser zusätzlichen Feder ist jedoch der damit ausgerüstete RWA-Zylinder voluminös, insbesondere unhandlich lang.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen möglichst kompakten Druckluftzylinder der eingangs genannten Gattung, insbesondere als RWA-Zylinder zu schaffen, der ohne zusätzliche Hilfsenergie(art) und ohne zusätzliche externe, insbesondere brandgesicherte Leitungen, auskommt und der unkompliziert insbesondere in RWA-Anlagen installierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung eines Druckluftzylinders der eingangs genannten Gattung mit den in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Dieser Druckluftzylinder kommt ohne zusätzliche Hilfsenergieart aus, da er nur durch das für seinen normalen Betrieb vorhandene kompressible Druckmittel, d.h. insbesondere Druckluft, gesteuert wird. Bei einer normalen Betätigung dieses Druckluftzylinders zur Verstellung eines einstellbaren Elements, insbesondere zum Schließen einer Rauchabzugsklappe wird selbst in der Speicherkammer des Druckluftzylinders abgeschlossene Luft komprimiert, die somit in Verbindung mit dem Kolben eine Luftfeder bildet. Zu einer gegenläufigen Verstellung des einstellbaren Elements, insbesondere zum Öffnen einer Rauchabzugsklappe, also insbesondere im Brandfalle, braucht nur der auf der Arbeitsseite des Kolbens herrschende Druck durch Entlüftung der Arbeitskammer abgebaut zu werden, um den Kolben unter der Wirkung der komprimierten Luft in der Speicherkammer zu verschieben. - Diese Arbeitsweise setzt also voraus, daß die Speicherkammer, die an die der Arbeitsfläche abgewandten Kompressionsseite des Kolbens angrenzt, mit Luft genügend vorgefüllt ist, bevor der Kolben bei Druck auf seine Arbeitsfläche die kompressible Luft in der Speicherkammer ausreichend komprimieren kann. Der in der Speicherkammer aufgebaute Druck hängt von dem Verhältnis der Arbeitsfläche des Kolbens zu dessen Kompressionsfläche ab, wobei die Arbeitsfläche insbesondere kleiner ist, sowie von dem Hub des Kolbens bzw. dessen Verdrängungsvolumen bei dessen Bewegung von einer ersten in eine zweite Endstellung. Diese Funktion setzt voraus, daß jedenfalls bei gleichbleibenden Umgebungsbedingungen (Temperatur) insbesondere während der folgenden Hubbewegungen möglichst kein Luftverlust in der Speicherkammer eintritt.

In dem Fall, in dem der Druckluftzylinder in einer RWA-Anlage eingesetzt wird, bei der die Rauchgasklappe über einen vorgegebenen Öffnungswinkel -hinaus, in der Regel 90°, unter dem Einfluß ihrer Schwerkraft weiter in einen größeren Öffnungswinkel von beispielsweise 140° schwenkt und dabei die Kolbenstange des Druckluftzylinders über die üblichen mechanischen Verbindungselemente zwangsläufig mitnimmt, wird Luft in die Speicherkammer nachgesaugt, wodurch ein vorausgehender Druckmittelverlust wenigstens teilweise ausgeglichen werden kann. Eine geeignete konstruktive Maßnahme, um diesen Ansaugeffekt in den letztgenannten bestimmten RWA-Anlagen mit großen Öffnungswinkel gezielt zu nutzen, ist in Anspruch 11 angegeben.

Demgemäß besteht die Druckmittelnachfülleinrichtung insbesondere für die genannten speziellen RWA-Anlagen in konstruktiv einfacher Weise darin, daß sie als Druckmittelansaugeinrichtung in Form eines Unterdruckventils vorzugsweise in einem Zylinderboden oder einer Zylinderwand ausgebildet ist, über welches der von der Arbeitskammer abgeteilte Zylinderraum mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht. Über dieses Unterdruckventil kann durch Ansaugen von Luft aus der Außenatmosphäre die Füllung der Speicherkammer unter Nutzung der normalen Funktion des Druckluftzylinders gezielt aufrechterhalten werden. Mit dieser Ausbildung des Druckluftzylinders ist außerdem eine kompakte Bauweise erreichbar.

Alternativ kann als Drucknachfülleinrichtung gemäß Anspruch 7 die Arbeitskammer und der von ihm abgeteilte Zylinderraum über einen Strömungsweg in Verbindung stehen, in dem ein mechanisch selbstätig gesteuerter Differenzdruckbegrenzer angeordnet ist. In diesem Fall wird in einer vorzugsweise durch einen Anschlag vorgegebenen Stellung des Kolbens maximaler Kompression der in der in der Speicherkammer enthaltenen komprimierten Luft der Weg zu der Arbeitskammer geöffnet, wenn die Druckdifferenz zwischen Arbeitskammer und Speicherkammer einen an dem Differenzdruckbegrenzer voreingestellten Wert überschreitet. Dabei tritt ein partieller Druckausgleich ein, womit das durch eventuelle Leckage verlorene Druckmittel in der Speicherkammer selbstätig aufgefüllt wird.

Im einzelnen ist diese Variante der Drucknachfülleinrichtung vorteilhaft kompakt in dem Kolben gemäß Anspruch 8 ausgebildet: In dem Kolben sind in dem Kolben ein erster Ventilschieber sowie ein Rückschlagventil als Differenzdruckbegrenzer dergestalt angeordnet, daß ein Strömungsweg in dem Kolben zwischen der Arbeitskammer und dem von ihm abgeteilten Zylinderraum geöffnet werden kann. Hierzu ist der erste Ventilschieber durch einen in dem Zylinderraum, der die Speicherkammer bildet, angeordneten Stößel betätigbar. Der Strömungsweg in dem Kolben ist geöffnet, wenn mit dem Kolben der erste Ventilschieber, insbesondere dessen Stößel, an den Anschlag oder eine entsprechende feste Fläche anstößt und eine Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer und dem Zylinderraum einen an dem Rückschlagventil voreingestellten Wert überschreitet.

Eine bevorzugte Variante des Druckluftzylinders hat die Merkmale, daß das Rückschlagventil als zweiter Ventilschieber ausgebildet ist und daß der zweite Ventilschieber sowie der erste Ventilschieber mit einem von diesem abstehenden Stößel koaxial hintereinander in einer gemeinsamen Bohrung in dem Kolben gelagert sind, in deren einem Ende ein Einsatz eingesetzt ist, und daß der erste Ventilschieber und der zweite Ventilschieber durch eine zwischen ihnen angeordnete Druckfeder nach außen gegen abdichtende Flächen gedrückt werden. Diese Variante kann insbesondere im Hinblick auf die Ausbildung des Kolbens mit nur einer Bohrung für beide Ventilschieber mit nur wenigen Teilen fertigungsgünstig hergestellt werden.

Besonders gute Abdichtungen mit maximaler Speichermöglichkeit werden erzielt, indem der erste Ventilschieber und der zweite Ventilschieber als Gummiformteile mit auf ihrer äußeren Stirnseite ringförmig ausgeformten Dichtungswulst ausgebildet sind.

Die Funktion des in dem -Kolben angeordneten ersten Ventilschiebers setzt voraus, daß ein Anschlag oder eine entsprechende feste Fläche die Kolbenbewegung begrenzt. Dieser Anschlag bzw. die Fläche ist in dem von der Arbeitskammer abgeteilten Zylinderraum angeordnet, wobei dieser Zylinderraum entweder die Speicherkammer vollständig bildet, siehe Anspruch 2, oder einen Teil dieser Speicherkammer darstellen kann, siehe Anspruch 3.

In dem erstgenannten Fall nach Anspruch 2, in dem die Speicherkammer vollständig durch einen im wesentlichen geschlossenen Zylinderraum gebildet ist, der in dem Zylinder von der Arbeitskammer durch den Kolben abgeteilt ist, handelt es sich um eine äußerst unkomplizierte Bauweise verhältnismäßig schmalen Durchmessers.

In der Ausbildung gemäß Anspruch 3, bei der eine mit dem Zylinderraum, welcher allenfalls einen Teil der Speicherkammer bildet, eine Teilspeicherkammer über einen Strömungsweg in Verbindung steht, kann die Teilspeicherkammer weitgehend freizügig ausgebildet werden. Vorteilhaft ist die Teilspeicherkammer eine Ringkammer, die um den Zylinder angeordnet ist. Hieraus ergibt sich eine verhältnismäßig kurze Bauweise des Zylinders, der jedoch einen verhältnismäßig großen Außenumfang aufweist. Auch kann es vorteilhaft sein, die Teilspeicherkammer als externe Speicherkammer konstruktiv von dem Zylinder bzw. der Zylindereinheit zu trennen.

Nach Anspruch 5 wird generell die Verschiebbarkeit des Kolbens durch einen Anschlag in die Zylinderkammer begrenzt, der von dem Arbeitsraum abgeteilt ist und eine Speicherkammer bzw. einen Teil hiervon bildet. Der Anschlag kann in diesem Fall auch außerhalb des Zylinderraums angeordnet sein und beispielsweise an eine Kolbenstange angreifen. Durch den Anschlag wird der Enddruck in der Speicherkammer durch Kompression des kompressiblen Druckmittels, hier Luft oder Druckluft, mitbestimmt. Der Enddruck wird so groß gewählt, daß die Kraft-Hubkurve des Druckluftzylinders stets über der Belastungskurve liegt, die durch die Betätigung der Rauchabzugsklappe bestimmt ist.

Weiterhin steht nach Anspruch 12 bevorzugt der von der Arbeitskammer abgeteilte Zylinderraum über einen vorzugsweise in einem Zylinderboden oder einer Zylinderwand angeordnetes Überdruckbegrenzungsventil mit der Außenatmosphäre in Verbindung. Damit wird erreicht, daß auch bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur der Enddruck in der Speicherkammer einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet, um eine normale Funktion des Druckluftzylinders zu gewährleisten und Überbeanspruchungen der Wärmeabzugsklappe und der mit ihr verbundenen Verbindungselemente zu vermeiden.

Wie erwähnt kann der Druckluftzylinder gemäß Anspruch 13 vorteilhaft mit einer an die Kolbenstange angreifende Endlagenverriegelung ausgestattet sein, durch die der Kolben zumindest in der einen Endstellung bei entlüfteter Arbeitskammer verriegelbar ist, um die Rauchabzugsklappe geöffnet zu halten. In einer Weiterbildung nach Anspruch 14 ist eine beidseitige Endlagenverriegelung der Kolbenstange vorgesehen.

In Anspruch 15 ist hervorgehoben, daß die Speicherkammer mit Luft, die auch von der Druckluft zur Betätigung des Druckluftzylinders abgezweigt sein kann, vorgefüllt ist.

Sechs Varianten des erfindungsgemäßen Druckluftzylinders mit erfinderischen Merkmalen werden im folgenden anhand einer Zeichnung mit dreizehn Figuren beschrieben, in denen jede Variante in einem Längsschnitt dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1: eine erste Variante mit einer Druckmittelnachsaugeinrichtung und einem Überdruckbegrenzungsventil in einer geöffneten Stellung der mit einer Kolbenstange in Verbindung stehenden, nicht dargestellten Rauchabzugsklappe;
Fig. 2: die erste Variante in einer Position, die einer geschlossenen Stellung der Rauchabzugsklappe entspricht;
Fig. 3: eine zweite Variante mit Druckmittelnachfülleinrichtung und Überdruckbegrenzungsventil in einer Position, die einer geöffneten Stellung der nicht dargestellten Rauchabzugsklappe entspricht;
Fig. 4: die zweite Variante in einer Stellung, die der geschlossenen Stellung der Rauchabzugsklappe entspricht;
Fig. 5: eine dritte Variante ähnlich der zweiten Variante, jedoch mit einer Teilspeicherkammer, die als Ringkammer um den Zylinder angeordnet ist, in einer der geöffneten Stellung der nicht dargestellten Rauchabzugsklappe zugeordneten Position;
Fig. 6: die dritte Variante gemäß Fig. 5, jedoch in einer Position, die der geschlossenen Stellung der Rauchabzugsklappe zugeordnet ist;
Fig. 7: eine vierte Variante ähnlich der ersten Variante ergänzt mit einem Thermoventil sowie einem beliebig betätigbaren Drei/Zweiwegeventil sowie mit einer Endlagenverriegelung in einer geöffneten Stellung der mit einer Kolbenstange in Verbindung stehenden, nicht dargestellten Rauchabzugsklappe;
Fig. 8: einen Querschnitt durch die vierte Variante nach Fig. 7;
Fig. 9: die vierte Variante in einer Position, die einer geschlossenen Stellung der Rauchabzugsklappe entspricht, jedoch ohne Thermoventil und sonstiges Drei/Zweiwegeventil;
Fig. 10: eine fünfte Variante in einer Position, die einer geschlossenen Stellung der Rauchabszugsklappe entspricht, mit einem Thermoventil sowie einer Endlagenverriegelung einer nicht dargestellten Rauchabzugsklappe;
Fig. 11: eine Einzelheit der fünften Variante, nämlich den Kolben in einer Position gemäß Fig. 10;
Fig. 12: die Einzelheit gemäß Fig. 11, jedoch in einer Zwischenposition zwischen den Positionen, welche einer geschlossenen bzw. geöffneten Stellung der Rauchabzugsklappe entspricht, und
Figl 13: eine sechste Variante ähnlich der fünften Variante gemäß Fig. 10, jedoch mit einem separaten Druckluftspeicher.

In Fig. 1 ist allgemein mit 1 ein Druckluftzylinder bezeichnet, der einen doppelseitig beaufschlagbaren Kolben 2 mit einer Kolbenstange 3 aufweist. Der Kolben 2 trennt eine Arbeitskammer 4 von einer Zylinderkammer 5, die als eine Luft bzw. Druckluft als kompressibles Druckmittel speichernde Speicherkammer ausgebildet ist. In der Zylinderkammer 5 ist zentrisch ein Anschlag 8 an einem Zylinderboden 9 angebracht.

In dem Zylinderboden ist ein Unterdruckventil 10 eingelassen, und zwar in einem den Zylinderraum 5 mit einer nicht bezeichneten Außenatmosphäre verbindenden Strömungskanal 11. Das Unterdruckventil umfaßt im einzelnen eine federbelastete Kugel, die durch den äußeren atmosphärischen Druck nach innen zu dem Zylinderraum gedrückt wird und den Strömungskanal 11 damit öffnet, wenn der Druck in dem Zylinderraum den Außendruck in der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Kolbens um einen vorgebenen Wert unterschreitet. In diesem Fall wird Luft unter atmosphärischen Druck in den Zylinderraum nachgefüllt.

Das ebenfalls in dem Zylinderboden eingelassene Überdruckbegrenzungsventil 12 ist ähnlich wie das beschriebene Unterdruckventil 10 aufgebaut,- jedoch umgekehrt in einem Strömungskanal 13 orientiert, so daß es diesen zur Außenatmosphäre öffnet, wenn der Kolben 2 in der in Fig. 2 gezeigten Position ist und in diesem Fall in dem Zylinderraum 5 ein Überdruck herrscht, der einen an dem Überdruckbegrenzungsventil 12 voreingestellten Wert überschreitet.

Die grundlegende Funktion des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Druckluftzylinders 1 ist folgende, wobei wiederum anzunehmen ist, daß die Kolbenstange 3 über nicht dargestellte Verbindungselemente mit einer schwenkbaren Rauchabzugsklappe in einer RWA-Anlage verbunden ist:

Um den in der Position des Kolbens 2 und der Kolbenstange 3 gemäß Fig. 1 offene Abzugsklappe in eine geschlossene Stellung zu bewegen, wird die Arbeitskammer 4 über eine Anschlußbohrung 14 und einen Strömungskanal 15 durch nicht dargestellte Mittel, insbesondere gesteuerte Ventile, mit Druckluft versorgt. Die Druckluft wirkt über eine Arbeitsfläche 6 des Kolbens auf diesen ein, der in Fig. 1 nach rechts verschoben wird, da in der dargestellten Ausgangslage ein geringer Druck in dem Zylinderraum 5 als weitgehend abgeschlossene Speicherkammer herrscht. Bei der Verschiebung des Kolbens in Richtung auf den Zylinderraum 5 wird die in ihm vorgefüllte Luft durch die Kompressionsfläche 7 des Kolbens komprimiert, die sich also auf den Zylinderboden 9 zu bewegt. Dabei entsteht in dem Zylinderraum 5 ein geringerer Überdruck als der Druck der Druckluft in der Arbeitskammer 4, entsprechend dem Verhältnis der Arbeitsfläche 6 zu der Kompressionsfläche 7 und dem Kolbenverdrängungsvolumen, welches der Kolben 2 in dem Zylinderraum 5 verdrängt, wenn er von der in Fig. 1 dargestellten Endposition in die in Fig. 2 gezeigte Endposition unter Einwirkung des Drucks der Druckluft in der Arbeitskammer 4 verschoben wird.

Wenn der Druck der in dem Zylinderraum somit komprimierten Luft einen vorgegebenen Wert insbesondere bei späterer Erhöhung der Umgebungstemperatur überschreitet, öffnet das Überdruckbegrenzungsventil 12.

In der in Fig. 2 gezeigten Endposition ist somit der Kolben 2 unter dem Druck der kompressiblen Luft in dem Zylinderraum 5 als Speicherraum vorgespannt.

Wenn die nicht dargestellte Rauchabzugsklappe beispielsweise im Brandfall geöffnet werden soll, ist es nicht notwendig, daß dem Druckluftzylinder weitere Energie zugeführt wird, vielmehr genügt es, den Arbeitsraum durch eine an die Anschlußbohrung 14 angeschlossene, nicht dargestellte Ventilanordnung zu entlüften, welche beispielsweise ein Magnetventil sein kann oder Drei/Zweiwegeventile. In diesem Fall ist also der Druck in der Arbeitskammer 4 praktisch gleich dem Druck der Außenatmosphäre, so daß unter dem Druck der in dem Zylinderraum 5 vorgespannten Luft der Kolben 2 aus der in Fig. 2 dargestellten Endposition wieder in die in Fig. 1 gezeigte Endposition vorrücken kann und die Rauchabzugsklappe öffnen kann. Wenn bei überschlagenden Rauchabzugsklappen ein vorgegebener Öffnungswinkel von beispielsweise 90° überschritten wird, fällt die Klappe selbstätig in ihre geöffnete Endstellung von beispielsweise 140° und zieht die Kolbenstange 3 mit dem Kolben 2 mit, wodurch der Druck in dem Zylinderraum 5 unter den Druck der Außenatmosphäre sinken kann, wodurch aber der Zylinderraum 5 nicht mehr für die nächste Kompressionsphase beim Schließen der Rauchabzugsklappe genügend vorgefüllt wäre. Um dies zu vermeiden, öffnet wie beschrieben das Unterdruckventil 10, bis der gewünschte Vorfüllungsgrad erreicht ist.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte zweite Variante unterscheidet sich von der besprochenen ersten Variante dadurch, daß anstelle des Unterdruckventils 10 in dem Zylinderboden eine Druckmittelnachfülleinrichtung in dem Kolben 16 angeordnet ist. Im übrigen tragen bei allen Varianten des Druckluftzylinders übereinstimmende Elemente gleiche Bezugszeichen. Im einzelnen besteht die Druckmittelnachfülleinrichtung in dem Kolben 16 im wesentlichen aus einem ersten Ventilschieber 17 mit einem von einer Kompressionsfläche 18 des Kolbens hervorstehende Stößel 19 sowie einem federbelasteten und damit voreinstellbaren Rückschlagventil 20. Der erste Ventilschieber und das Rückschlagventil sind in nicht bezeichneten Bohrungen angeordnet, die einen Strömungsweg von der Arbeitskammer 4 über das voreinstellbare Rückschlagventil 20 und den Ventilschieber 17 zu dem Zylinderraum 5 bilden.

Im Bereich seines Zylinderbodens 21 ist die zweite Variante ebenfalls anders ausgebildet als die erste Variante, in dem bei der zweiten Variante ein Anschlag 22 in Form eines Hohlzylinders einstückig mit dem Zylinderboden 21 ausgeformt ist, und zwar so, daß der Stößel 19 des ersten Ventilschiebers 17 auf eine Stirnfläche 23 des Anschlags stoßen kann.

Das Überdruckbegrenzungsventil 12 ist hier zentrisch zu der mit einer strichpunktierten Linie angedeuteten Längsachse 24 des Druckluftzylinders angeordnet, wobei der Strömungskanal 13 des Überdruckbegrenzungsventils 12 in das Innere des Anschlags 22 hineinreicht. Bei dieser Bauweise wird eine sichere Anlage der Kompressionsfläche 18 des Kolbens 16 an der Stirnfläche 23 des Anschlags ohne Verkanten des Kolbens unter gleichzeitiger Betätigung des Stößels 19 erreicht.

In der in Fig. 3 gezeigten Position des Kolbens 16, der einer geöffneten Stellung der Rauchabzugsklappe zugeordnet ist, welche mit der Kolbenstange 3 in Verbindung steht, ist der Strömungsweg über das voreinstellbare Rückschlagventil 20 und den ersten Ventilschieber 17 geschlossen, da der federbelastete erste Ventilschieber den Zylinderraum 5 gegenüber dem Strömungsweg abdichtet. Wird beispielsweise über Drei/Zweiwegeventile die Arbeitskammer 4 mit Druckluft beaufschlagt, so rückt der Kolben 16 unter Kompression der in dem Zylinderraum 5 vorgefüllten Luft wiederum nach rechts in Richtung auf den Anschlag 22, entsprechend dem in dem Zylinderraum 5 herrschenden Anfangsdruck und dem Flächenverhältnis zwischen der Kompressionsfläche 18 und der nicht bezeichneten Arbeitsfläche des Kolbens 16, und zwar so weit, bis die Kompressionsfläche 18 des Kolbens 16 an die Stirnfläche 23 des Anschlags 22 stößt, wobei gleichzeitig der Stößel 19 entgegen der Federbelastung des ersten Ventilschiebers 17 nach innen in den Kolben 16 geschoben wird und der Ventilschieber 17 den Strömungsweg in dem Kolben zu dem Zylinderraum 5 öffnet. Wenn dabei der in dem Zylinderraum 5 herrschende Enddruck (gleich Kompressionsdruck) in der Anschlagstellung des Kolbens 16 an dem Anschlag 22 noch um einen Differenzdruck zu niedrig ist, der an der an dem voreinstellbaren Rückschlagventil 20 eingestellt ist, so öffnet das Rückschlagventil, bis der Differenzdruck zwischen der Arbeitskammer 4 und dem Zylinderraum 5 den voreingestellten Wert erreicht. Es liegen somit stets die gleichen Anfangsbedingungen für eine Bewegung des Kolbens aus der in Fig. 4 dargestellten Endstellung in die in Fig. 3 gezeigte Endstellung vor. Diese Bewegung des Kolbens zum Öffnen der Rauchabzugsklappe erfolgt auch hier, wenn die Arbeitskammer 4 über die Anschlußbohrung 14 und die nicht dargestellten Drei/Zweiwegeventile entlüftet wird. Es ist zum Erreichen dieses Enddrucks in der Position nach Fig. 4 des Kolbens 16 in dem Zylinderraum 5 nicht erforderlich, daß der Druckluftzylinder mit einer überschlagenden Klappe in Verbindung steht, welche die Kolbenstange 3 über einer bestimmten Öffnungsstellung weiter in die Position zieht, die der vollständig geöffneten Stellung entspricht, vielmehr ist der Druckluftzylinder nach den Fig. 3 und 4 ohne diese Einschränkung einsetzbar und gewährleistet gleichwohl einen vorgegebenen Enddruck in dem Zylinderraum 5.

Die Funktion des Überdruckbegrenzungsventils, welche den Enddruck auch bei Temperaturänderungen, insbesondere Temperaturerhöhungen der Umgebung garantiert, ist die gleiche wie bei der ersten Variante gemäß den Fig. 1 und 2.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte dritte Variante unterscheidet sich von der oben besprochenen zweiten Variante dadurch, daß die Speicherkammer, in welcher die vorgefüllte Luft durch den Kolben 16 komprimiert wird, nicht vollständig durch einen Zylinderraum 25 gebildet wird, sondern daß zusätzlich eine Teilspeicherkammer als Ringkammer 26 um den Zylinder 24 angeordnet ist. Dabei steht die Ringkammer 26 mit dem Zylinderraum 25 über wenigstens eine Bohrung 27 in einer Zylinderwand 28 in Verbindung. Das Speichervolumen ist also hier um das Volumen der Ringkammer 26 größer als das Speichervolumen des Zylinderraums 5 in der zweiten Variante nach den Fig. 3 und 4, gleiche Volumina der Zylinderräume 25 und 5 vorausgesetzt. Mit anderen Worten, wenn das gleiche Gesamtspeichervolumen erzielt werden soll, kann der Druckluftzylinder 24 kürzer gebaut werden als der Druckluftzylinder 1 in den Fig. 3 und 4.

Im übrigen sind die Funktionen der in den Fig. 5 und 6 gezeigten dritten Variante, wobei die Position in Fig. 5 der Position in Fig. 3 der zweiten Variante entspricht und die Position in Fig. 6 der Position in Fig. 4 der zweiten Variante, die gleichen wie oben besprochen.

Die in den Fig. 7 bis 9 dargestellte vierte Variante des Druckluftzylinders 29 entspricht vor allem in dem Bereich des Zylinderraums 5 der ersten Variante mit dem Anschlag 8 in dem Zylinderraum sowie dem abschließenden Zylinderboden 9, in dem ein Unterdruckventil 10 mit einem Strömungskanal 11 sowie ein Überdruckbegrenzungsventil 12 mit einem Strömungskanal 13 angeordnet sind. Insoweit kann hinsichtlich der Funktionsbeschreibung auf die erste Variante verwiesen werden.

Gemäß der vorliegenden vierten Variante ist ein Kolben 30 mit einer Kolbenstange 32 verbunden, die aus einer Arbeitsfläche 31 des Kolbens herausragt. Die Arbeitsfläche 31 begrenzt wiederum eine Arbeitskammer 33, die andererseits durch einen Zylinderkopf 34 definiert ist.

Der Zylinderkopf 34 nimmt hier in seinem stirnseitigen äußeren Bereich eine allgemein mit 35 bezeichnete Endlagenverriegelung auf, welche geeignet ist, die Kolbenstange 32 in der in Fig. 7 gezeigten Stellung, die der geöffneten Stellung einer mit der Kolbenstange 32 in Verbindung stehenden Rauchabzugsklappe (nicht dargestellt) entspricht, zu verriegeln. Hierzu umfaßt die Endlagenverriegelung einen Riegelkolben 36, den Federn in die Federkammer 37 in der Zeichnung nach rechts in Richtung auf Kugeln 42 als Verriegelungselemente zu schieben suchen. Der Riegelkolben 36 begrenzt im Inneren des Zylinderkopfs einen Riegeldruckraum 38, der über eine (in Fig. 9 nicht dargestellte) Durchgangsbohrung 39 mit der Arbeitskammer in druckleitender Verbindung steht. Der Riegeldruckraum und die Arbeitskammer können über weitere Bohrungen 40 - die in Fig. 9 ebenfalls nicht dargestellt sind - über Ventile mit dem Druckmittel unter Arbeitsdruck versorgt werden oder aber entlüftet werden. Das Druckmittel ist auch hier bevorzugt Druckluft.

An einer inneren Stirnseite weist der Riegelkolben 36 weiter einen hülsenartigen Abschnitt 41 auf, der geeignet ist, die Kugeln 42 abzudecken, wenn die Kugeln in einer ringförmigen Nut 43 in der Kolbenstange liegen, siehe Fig. 7, oder aber freizugeben, so daß die Kugeln durch Verschiebung der Kolbenstange 32 aus der ringförmigen Nut 43 herausgedrückt und in den Riegeldruckraum 38 radial nach außen bewegt werden können, siehe Fig. 9.

Im einzelnen wird, wenn der Riegeldruckraum in Fig. 7 entlüftet ist, womit auch die Arbeitskammer 33 entlüftet ist und der Kolben nach links in die die Rauchabzugsklappe öffnende Stellung geschoben ist, die ringförmige Nut 43 eine Lage unter dem hülsenförmigen Abschnitt 41 des in diesem Betriebsfall nach rechts geschobenen Riegelkolbens annehmen, wodurch die Kugeln 42 in der ringförmigen Nut 43 zurückgehalten werden und die Kolbenstange 32 arretieren.

In dem Betriebsfall nach Fig. 9, in dem in den Riegeldruckraum 38 und die Arbeitskammer 33 Druckluft unter Arbeitsdruck eingeströmt ist, wird hingegen der Riegelkolben nach links entgegen der Federkraft geschoben und die Kugeln 42 können radial nach außen zurückweichen und die ringförmige Nut 43 freigeben, wodurch die Kolbenstange 42 nicht mehr arretiert ist und durch den Kolben nach rechts mitgenommen werden kann, was der geschlossenen Stellung der Rauchabzugsklappe entspricht.

Die Steuerung erfolgt bei der Variante 4 durch ein Drei/Zweiwege-Thermoventil 44, welches bei Erwärmung über einen vorgebenen Grenzwert den Riegeldruckraum 38 und die Arbeitskammer 33 selbstätig entlüftet. Das Thermoventil kann mit einem weiteren Drei/Zweiwegeventil 45 in Verbindung stehen, das beliebig, z.B. manuell oder magnetisch (als Magnetventil) betätigt werden kann. Diese Drei/Zweiwegeventil steht dazu mit einer Druckluftquelle in Verbindung.

Aus Fig. 8 ergibt sich ein Schnitt durch das Thermoventil 44 herkömmlicher Bauweise, welches deswegen nicht im einzelnen beschrieben zu werden braucht. Dieses Thermoventil steht, wie auch in Fig. 7 angedeutet, mit weiteren Bohrungen 40 in Verbindung, die zu dem Riegeldruckraum 38 führen.

Die in den Fig. 10 - 12 gezeigte bevorzugte fünfte Variante des Druckluftzylinders 45 entspricht in dessen linkem Endabschnitt mit einer Endlageverriegelung 46 und einem Thermoventil 47 der vierten Variante gemäß Fig. 7 und in dem Bereich des Kolbens 48 teilweise der zweiten Variante gemäß Fig. 4. Im wesentlichen Unterschied zu der zweiten Variante sind jedoch hier in einer einzigen Bohrung 49 in axialer Richtung des Kolbens 48 ein zweiter Ventilschieber 50, der das Rückschlagventil 50 bildet, und ein erster Ventilschieber 51 hintereinander angeordnet. Beide Ventilschieber 50, 51 sind in Form eines Gummiformteils mit einem ringförmigen Dichtungswulst 52 bzw. 53 auf dessen Stirnseite ausgebildet. Der Dichtungswulst 52, 53 dichtet gut in Verbindung mit einer planen Fläche ab, an der er zur Anlage gelangt.

Der zweite Ventilschieber-50 ersetzt dabei die Kugel des voreinstellbaren Rückschlagventils 20 in Fig. 3 und 4. Der Dichtungswulst 53 des zweiten Ventilschiebers 50 dichtet unter Federkraft einer in der Zeichnung nicht dargestellten Druckfeder, die sich an je einem Bund 58 bzw. 59 den ersten bzw. zweiten Ventilschieber 51 bzw. 50 abstützt, gegen eine ringförmige plane Stirnseite 54 eines Einsatzes 55 mit Durchgangsbohrung 56 ab, die zu einer Arbeitskammer 57 führt.

Der erste Ventilschieber 51 wird durch einen Stößel 63 betätigt, wenn dieser an einem Anschlag 64 an einem Zylinderboden 65 anstößt.

Der Zylinderboden 65 weist ein Überdruckbegrenzungsventil 66 auf, welches über eine Bohrung 67 mit einem von der Arbeitskammer 57 im wesentlichen getrennten Zylinderraum 68 in Verbindung steht. Zu dessen Funktion kann wiederum auf die erste Variante verwiesen werden.

Die Endlagenverriegelung 46 und das Thermoventil 47, welches über eine Bohrung mit einem Riegeldruckraum 70 in Verbindung steht, wurden im Zusammenhang mit den gleichwirkenden Komponenten der vierten Variante besprochen. In den Fig. 10 und 11 fehlen Darstellungen der Kugeln 42 in Fig. 7 und 9, die mit einem hülsenförmigen Abschnitt 41 zusammenwirken. Wenn der Riegeldruckraum 70 und die Arbeitskammer 57 über ein Dreiwegeventil, an das das Thermoventil 47 angeschlossen ist, mit Druckluft unter Arbeitsdruck beaufschlagt werden, wird die Kolbenstange 71 entriegelt, und der Kolben 48 wird, wie in Fig. 10 dargestellt,an den Anschlag 64 gedrückt. Dadurch öffnet der über den Stößel 63 betätigte erste Ventilschieber 51, und ein Strömungsweg wird über den ersten Ventilschieber 51 und den als Differenzdruckbegrenzer wirkenden zweiten Ventilschieber 50 in dem Kolben 48 zwischen der Arbeitskammer 57 und dem Zylinderraum 68 geöffnet, bis ein Differenzdruck zwischen der Arbeitskammer 57 und dem Zylinderraum 68 einen an dem zweiten Ventilschieber 50 voreingestellten Wert erreicht.

Bei Entlüftung der Arbeitskammer 57 und der Riegeldruckkammer 70 wird der Kolben 48 durch den in dem Zylinderraum 68 herrschenden Druck nach links zum Öffnen der mit der Kolbenstange 71 verbundenen Rauchabszugsklappe geschoben, wobei der zweite und der erste Ventilschieber 50, 51 abdichten, siehe Fig. 12. Im übrigen hat der zweite Ventilschieber 50 die gleiche Funktion wie das einstellbare Rückschlagventil 20 der zweiten Variante.

Die sechste, in Fig. 13 gezeigte Variante des Druckluftzylinders 72 unterscheidet sich von der fünften Variante im wesentlichen dadurch, daß eine externe Speicherkammer 73 vorgesehen ist, die über eine Leitung 74 mit dem Zylinderboden 75 verbunden ist. Darin steht sie über Bohrungen 76, 77 mit einem Zylinderraum 78 in Verbindung, dessen Volumen in der gezeigten Stellung des Kolbens 48 auf praktisch Null reduziert ist, weil der Kolben 48 mit einer Arbeitsfläche auf eine entsprechende Stirnfläche des Zylinderbodens 75 gedrückt wird und ein von diesem herausragender Anschlag fehlt. Das gesamte von dem Kolben 48 begrenzte Volumen in dem Zylinder 72 steht also als Arbeitskammer 79 zur Verfügung, während die externe Speicherkammer 73 räumlich getrennt von dem Druckluftzylinder 72 untergebracht werden kann. Der Arbeitshub des Kolbens 48 und der Kolbenstange 89 sind maximiert.

Claims

Druckluftzylinder zur Betätigung eines einstellbaren Elements, insbesondere einer Rauchabzugsklappe in einer Rauch- und Wärmeabzugsanlage, mit einem doppelseitig beaufschlagbaren Kolben (2, 16, 30, 48) mit mindestens einer Arbeitsfläche (6, 31), der in einem Zylinder (1, 24, 29, 45, 72) mit mindestens einer Arbeitskammer (4, 33, 57, 79) durch Druckluft verschiebbar ist, mit einer Kolbenstange (3), die mit dem einstellbaren Element, insbesondere mit der Rauchabzugsklappe, in Verbindung steht, und mit einem Energiespeicher mit Stellmitteln, welcher durch eine Steuereinrichtung in deren erster Funktion gesteuert die Arbeitsfläche beaufschlagt, wobei das einstellbare Element, insbesondere eine Rauchabzugsklappe, betätigt wird bzw. betätigt gehalten wird, insbesondere geöffnet gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet, daß als Energiespeicher eine Luft bzw. Druckluft als kompressibles Druckmittel speichernde Speicherkammer vorgesehen ist, die mit einer Kompressionsfläche (7, 18) des Kolbens (2, 16, 30, 48) auf dessen der Arbeitsfläche (6, 31) abgewandten Seite in druckmittelleitender Verbindung steht, und daß die Steuereinrichtung in deren zweiter Funtion ein mit der Arbeitskammer (4, 33, 57, 79) in druckleitender Verbindung stehendes Entlüftungsventil betätigt.
Druckluftzylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer vollständig durch einen im wesentlichen abgeschlossenen Zylinderraum (5) gebildet ist, der in dem Zylinder (1, 29, 45) von der Arbeitskammer (4, 33) durch den Kolben (2, 16, 32, 48) abgeteilt ist.
Druckluftzylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer allenfalls zum Teil durch den Zylinderraum (25) gebildet ist, der in dem Zylinder (24, 72) von der Arbeitskammer (4) durch den Kolben (16, 48) abgeteilt ist, und daß mit diesem Zylinderraum (25) eine Teilspeicherkammer über einen Strömungsweg (Bohrung 27) in Verbindung steht.
Druckluftzylinder nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß als Teilspeicherkammer eine Ringkammer (26) um den Zylinder (24) angeordnet ist.
Druckluftzylinder nach einem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (8, 22, 64) vorgesehen ist, der die Verschiebbarkeit des Kolbens in den Zylinderraum (5, 25, 68) begrenzt, der von der Arbeitskammer abgeteilt ist.
Druckluftzylinder nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (8, 22, 64) an dem von der Arbeitskammer (4) abgeteilten Zylinderraum (5, 25, 68) angeordnet ist.
Druckluftzylinder nach einem der Ansprüche 1 - 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (4, 57) und der von ihm abgeteilte Zylinderraum (5, 25, 68) über einen Strömungsweg in Verbindung stehen, in dem ein mechanisch selbsttätig gesteuerter Differenzdruckbegrenzer angeordnet ist.
Druckluftzylinder nach den Ansprüchen 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kolben (16, 48) ein durch den Anschlag in dem Zylinderraum betätigbarer erster Ventilschieber (17, 51) sowie ein Rückschlagventil (20) als Differenzdruckbegrenzer dergestalt angeordnet sind, daß ein Strömungsweg in dem Kolben (16, 48) zwischen dem Zylinderraum und der Arbeitskammer geöffnet wird, wenn der Ventilschieber an den Anschlag anstößt und ein Differenzdruck zwischen der Arbeitskammer und dem Zylinderraum einen an dem Rückschlagventil voreingestellten Wert erreicht.
Druckluftzylinder nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil als zweiter Ventilschieber (50) ausgebildet ist und daß der zweite Ventilschieber (50) sowie der erste Ventilschieber (51) mit einem von diesem abstehenden Stößel (63) koaxial hintereinander in einer gemeinsamen Bohrung (49) in dem Kolben (48) gelagert sind, in deren einem Ende ein Einsatz (55) eingesetzt ist, und daß der erste Ventilschieber (51) und der zweite Ventilschieber (50) durch eine zwischen ihnen angeordnete Druckfeder nach außen gegen abdichtende Flächen (54) gedrückt werden.
Druckluftzylinder nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilschieber (51) und der zweite Ventilschieber (50) als Gummiformteile mit auf ihrer äußeren Stirnseite ringförmig ausgeformten Dichtungswulst (52, 53) gebildet sind.
Druckluftzylinder, der insbesondere mit einer Rauchabzugsklappe dergestalt in Verbindung steht, daß bei deren Öffnen über einen konstruktiv vorgegebenen Öffnungswinkel der Kolben des Druckluftzylinders durch die Rauchabzugsklappe in Richtung auf die Arbeitskammer bewegt wird, nach einem der Ansprüche 1 - 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelnachfülleinrichtung als Druckmittelnachsaugeinrichtung in Form eines Überdruckventils (10) vorzugsweise in einem Zylinderboden (9) oder einer Zylinderwand ausgebildet ist, über welches der von der Arbeitskammer (4) abgeteilte Zylinderraum (5) mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht.
Druckluftzylinder nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der von der Arbeitskammer (4) abgeteilte Zylinderraum (5, 25, 68, 78) über ein vorzugsweise in einem Zylinderboden (9, 65, 75) oder einer Zylinderwand angeordnetes Überdruckbegrenzungsventil (12, 66) mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht.
Druckluftzylinder nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Kolbenstange (32, 64, 80) mit mindestens einer Endlagenverriegelung (35) in der durch den Druck in der Speicherkammer bei entlüfteter Arbeitskammer (33, 57, 79) herausgefahrenen Stellung verriegelbar ist.
Druckluftzylinder nach Anspruch 13,
gekennzeichnet durch eine beidseitige Endlagenverriegelung der Kolbenstange.
Druckluftzylinder nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer mit Luft vorgefüllt ist.