EP0984170B1 - Druckmittelzylinder, Weichenventil und druckmittelbetätigte Arbeitseinheit - Google Patents

Druckmittelzylinder, Weichenventil und druckmittelbetätigte Arbeitseinheit Download PDF

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EP0984170B1
EP0984170B1 EP99890249A EP99890249A EP0984170B1 EP 0984170 B1 EP0984170 B1 EP 0984170B1 EP 99890249 A EP99890249 A EP 99890249A EP 99890249 A EP99890249 A EP 99890249A EP 0984170 B1 EP0984170 B1 EP 0984170B1
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working
pressure
cylinder
medium
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Definitions

  • the invention relates to a valve arrangement with a through which on the control connection applied pressure between two switch positions, switchable rocker sealing element (31, 33) and at least one control space (34a, 34b) delimited by the rocker sealing element, and an exhaust control valve (36a, 36b) which has at least one device (35a, 35b; 37a, 37b) for transmitting the pressure applied to the control connection is in operative connection with the control room (34a, 34b), and a working unit actuated by pressure medium, comprising at least one pressure source (25), at least one possibly double-acting Pressure medium cylinder (A) with at least one drain opening (12a, 12b), which with a valve (13a, 13b; 27a, 27b) is provided, which through the at the feed opening (9a, 9b) applied pressure of the working medium is controllable, at least one valve (V) for controllable Supply of the working cylinder with working medium and at least one line (29a, 29b) for the working medium from the valve to the working cylinder.
  • pneumatic work units For converting pneumatic energy into mechanical power, for example several functions are necessary, that of different components, elements or component groups pneumatic work units are carried out here. That's the way the right of way signal is into a ventilation signal of the corresponding working area of the working cylinder and, if necessary To convert the ventilation signal of the counter chamber, or to link these signals. This is achieved in conventional constructions by the valve, which also applies to the deflection the compressed air to the corresponding work area, the opening of the counter chamber to Cylinder ventilation and the discharge of the exhaust air into the atmosphere ensures.
  • the management of both the Network compressed air to the cylinder which purely converts the air pressure into mechanical force the cylinder piston, as well as the exhaust air from the cylinder is released into the atmosphere Pneumatic lines carried out.
  • a pressure cylinder is known, in the drain opening Valve is provided, which is determined by the pressure of the working medium at the supply opening is controllable.
  • a valve with at least one inlet, at least one outlet for a working medium, a control connection and a drain channel for the working medium is in WO-A-9821484 described.
  • Said drain channel goes from a position between the blocking element of the valve and leads to the at least one outlet and includes an outlet or vent control valve, which can be switched by the pressure applied to the control connection is.
  • GB-A-2089941 discloses a structure of a pneumatic switching valve as a rocker valve, with a rocker sealing element that can be switched between two switching positions. On On one side of this rocker there is a one, limited by the rocker sealing element Control pressure for switching the rocker sealing element between its switching positions loadable control room.
  • the aim of the present invention is therefore to provide elements for a pressure-operated Work unit and to create such an improved work unit itself, in which a smaller size, at least of the valve, reaches the already existing space, better exploited especially in the cylinder and the performance of the individual elements better and can be coordinated more efficiently.
  • This aim is achieved according to the invention for a valve arrangement characterized at the outset thereby achieved that, as a device for transmitting the pressure, a part of the wall the control chamber forming flexible membrane is provided, which preferably via a valve stem acts on the actual sealing element, which blocks or releases the drain channel.
  • This is a particularly good one in a structurally simple and very space-saving manner Switchability of the outlet or ventilation control valve guaranteed.
  • this offers Valve construction for the smallest damaged spaces and fast even for large cross-sections Switching times and exact sealing, which means an immediate, safe and quick ventilation control or control of the outflow of the pressure medium from the working cylinder guaranteed.
  • Switch valve is a smaller size than even with two rocker valves for one 5/2-way function.
  • valve arrangement has a structure that is at least functionally the same on both sides having.
  • a working unit actuated by pressure medium according to the invention is to solve the problem Task according to the invention, characterized in that only per cylinder work space One line each for the working medium to the cylinder and the lines over at least a controllable outlet or vent valve can be vented or relieved, and that the Drain opening of the working cylinder is kept clear.
  • the work unit with the at least one double-acting pressure medium cylinder characterized in that the Cylinder only one line is provided for the working medium to the cylinder, and that the Switch valve arrangement is designed as a rocker valve according to one of the above paragraphs.
  • a control logic arrangement is provided, the connections for communication, preferably has a fieldbus, electrical control and supply and for the working medium.
  • the connections for communication preferably has a fieldbus, electrical control and supply and for the working medium.
  • the Invention the valve for controlling one or both working spaces of the working cylinder directly be attached to it or integrated therein, preferably in one of the two end pieces of this Cylinder.
  • the or each vent control valve can advantageously be attached to the working cylinder and / or the switch valve can be attached or structurally integrated into it.
  • the switch valve can advantageously be attached to the working cylinder and / or the switch valve can be attached or structurally integrated into it.
  • lines between these combined components can and in the case of structural integration there are also no connection and sealing points, with which on the one hand, the arrangement of the overall system is considerably simplified and its functional reliability - due to the lower risk of leakage - can be increased significantly.
  • the aforementioned options are also available when designing the switch valve in a rocker valve design advantageously applicable.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through an advantageous in the invention Working unit used working cylinder
  • Fig. 2 is a partial cross-sectional view a switch valve that can be used for the working unit according to the invention with integrated Vent control valves
  • Fig. 3 shows a possible embodiment of the switch valve
  • Fig. 4 and Fig. 5 are schematic circuit diagrams of the invention pneumatic work units
  • Fig. 6 represents a switch valve in rocker valve design together with the associated vent control valves
  • Fig. 7 is a Switch valve in rocker valve design with integrated bleed control valves.
  • the pneumatic working cylinder A shown in Fig. 1, preferably with compressed air as Operated working medium consists of a cylinder tube 1, the ends of which have a bottom 2 and a lid 3 are completed.
  • a piston 4 which is sealed by a piston rod 5 through the Cover 3 is passed, transmits the mechanical force to the element to be driven.
  • the invention is in the same way on rodless cylinders and Working media other than compressed air can be used, for example also on hydraulic working media.
  • the mouth of the passage 11a, 11b lying in the feed opening 9a, 9b forms a valve seat for a located in the feed opening 9a, 9b preferably flat valve element 13a, 13b, this mouth completely covered and advantageously also the mouth of the parallel Feed channels 10a, 10b to work space 6 and 7, at least partially covered.
  • in compressed air is supplied to the connection 8a on the right thereby pressing the right valve element 13a onto its seat and sealing the Passage 11a to the right drain opening 12a.
  • the compressed air arrives on Valve element 13a past into the feed channel 10a and further into the work area 6. This causes the piston 4 to move to the left and the Piston rod 5 extends.
  • valve V With such a working cylinder A with integrated pressure relief or ventilation can be in the valve V, for example in the version of the Fig. 2, the vent valve arrangement avoided and the size accordingly be made smaller.
  • Valve element 15 In the housing 14 of the valve V is the real thing Valve element 15 slidably mounted, which valve element 15 in itself known way a compressed air connection 16 alternately with the two Working connections 17a and 17b connects which working connections 17a, 17b via pressure lines and the connections 8a and 8b on the working cylinder A thereof Supply working rooms 6 and 7 with compressed air.
  • the valve element 15 acted upon by a control pressure, which via the control connections 18 is initiated.
  • a drain channel 19 be provided from a position between the corresponding output 17a, 17b of the valve V and the actual valve element 15 to a drain opening 19a leads into the atmosphere.
  • This drain channel 19 is through a Valve element 20 closed as long as the associated outlet with the compressed air source connected is.
  • the valve element 20 from its valve piston 22 Lifted the seat and gives the connection from the drain channel 19 through the drain opening 19a released into the atmosphere.
  • the pressure line is then depressurized and in the working cylinder A, the valve element 13a, 13b by the from the previously lifted up with compressed air and the corresponding Ventilated work area.
  • vent control valves 24 As shown in FIG Fig. 4 is shown, the working air lines by solid lines and the control air lines are symbolized by dashed lines.
  • the pneumatic working unit shown here is the compressed air source 25 connected to the working cylinder A via a switch valve V.
  • the working cylinder A has two vent valves 27a and 27b, for example as in FIG 1 explained, integrated.
  • the control air lines 28a, 28b lead both to the switch valve V and also to the two vent control valves 24a, 24b, the drain lines in block or release the compressed air lines 29a and 29b to the working cylinder A.
  • the switch valve V gives the compressed air connection to right working space 6 of working cylinder A free.
  • the Pilot pressure in parallel to this also on the right ventilation control valve 24a is placed in a position in which the connection of the left compressed air line 29b released to the atmosphere and this line is therefore depressurized. This also releases the vent valve 27b and the left work space 7 can be vented to the atmosphere.
  • the left bleed control valve 24b is in because there is no pilot pressure the closed position.
  • a single vent control valve 30 may also be provided, whose two inputs each with one of the two pressure lines 29a and 29b are connected and its exit leads into the atmosphere.
  • the bleed control valve 30 is for example a conventional 3/2-way valve, as well like the switch valve V. If the left control line 28b with the control pressure is acted upon, the compressed air from the compressed air source 25 passes through the Pressure line 29b to the left work space 7. At the same time, the vent control valve due to the control pressure present in parallel in a Positioned in which the right pressure line 29a via the bleed control valve 30 vented into the atmosphere and thus depressurized. In order to the right ventilation valve 27a in the working cylinder A is relieved and the Air can escape from the right-hand work area 6, which is thus a vented counter chamber is to escape into the atmosphere via this valve 27a.
  • FIG. 6 An advantageous embodiment for the switch valve is in FIG. 6 shown.
  • a rocker valve is used as a switch valve W provided.
  • An essentially rigid, movable about an axis of rotation Seesaw 31 from e.g. Metal is stored in a valve housing 32.
  • the seesaw 31 is for example between two elastomer sealing elements 33 - for higher ones Preferably press reinforced fabric - embedded and and the axis of rotation D pivotable.
  • the housing 32 has at least one supply connection Connection to the compressed air source 25 and two working connections, from which the pressure lines 29a, 29b run out to the working cylinder A.
  • control line 28a also applies the control pressure to the ventilation control valve 24a, this opens the connection from the right pressure line 29a to the atmosphere and thus depressurises this line, which also causes the right vent valve Open 27a in working cylinder A and the corresponding working area in can vent the atmosphere.
  • the embodiment of the rocker switch valve is made with as few components as possible W of Fig. 6 or 7 advantageous.
  • the housing 32 is a Insert E with two bleed control valves installed.
  • the control rooms 34a, 34b for the actuation of the rocker 31 are each with a flexible Membrane 35 sealed opening, through which membranes 35 the pressure prevailing in the control chamber 34a, 34b for actuating the sealing elements 36a, 36b of the ventilation control valves is transferred to them, preferably via the valve stems 37a, 37b. From the work ports too The discharge lines 38a, 38b lead the pressure lines 29a, 29b past the rocker 31 to the vent control valves and further to drain openings in the The atmosphere.
  • valve for Control one of the two work rooms or also for double-acting A possible switch valve to control both workrooms directly attached to the working cylinder or integrated into it, preferably in one of the two end pieces of this cylinder. That too or Each bleed control valve can be attached to the working cylinder in the same way and or or the switch valve is attached or even integrated into it his. This eliminates lines between these combined Components and in the case of structural integration also connecting and Sealing points, with which the arrangement of the overall system is essential simplified and its functional reliability - due to the lower risk of Leakages - can be increased significantly.
  • the options just mentioned are also in the design of the switch valve in rocker valve design advantageously applicable.
  • control logic arrangement in or on the working cylinder A. is integrated. This can be flanged to the working cylinder or a preferably one of its end pieces can be integrated. From the central Control units go connecting lines to this control logic arrangement in the or on the working cylinder, for communication, electrical control, serve the energy supply and the supply with the working medium. As A fieldbus is preferably provided for the communication system.
  • the Control logic arrangement can also control or position signals of, for example End position or position sensors in or on the working cylinder or from evaluate the actuated elements and take appropriate actions to trigger them control the control valves or these signals and actions via the Report back communication lines to the control unit.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit einem, durch den am Steuer-Anschluß anliegenden Druck zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbaren Wippen-Dichtelement (31, 33) und zumindest einem, durch das Wippen-Dichtelement begrenzten Steuerraum (34a, 34b), sowie einem Auslaß- bzw. Entlüftungssteuer-Ventil (36a, 36b), welches über zumindest eine Einrichtung (35a, 35b; 37a, 37b) zur Übermittlung des am Steuer-Anschluß anliegenden Druckes mit dem Steuerraum (34a, 34b) in Wirkverbindung steht, sowie eine Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit, umfassend zumindest eine Druckquelle (25), zumindest einen allenfalls doppeltwirkenden Druckmittelzylinder (A) mit zumindest einer Ablaß-Öffnung (12a, 12b), welche mit einem Ventil (13a, 13b; 27a, 27b) versehen ist, das durch den an der Zufuhr-Öffnung (9a, 9b) anliegenden Druck des Arbeitsmediums steuerbar ist, zumindest ein Ventil (V) zur steuerbaren Versorgung des Arbeitszylinders mit Arbeitsmedium und zumindest eine Leitung (29a, 29b) für das Arbeitsmedium vom Ventil zum Arbeitszylinder.
Für die Umsetzung von beispielsweise pneumatischer Energie in mechanische Leistung sind mehrere Funktionen notwendig, die von verschiedenen Bauteilen, Elementen oder Bauteilgruppen der hier pneumatischen Arbeitseinheiten durchgeführt werden. So ist das Vorfahrsignal in ein Belüftungssignal des entsprechenden Arbeitsraumes des Arbeitszylinders und allenfalls ein Entlüftungssignal der Gegenkammer umzuwandeln, bzw. sind diese Signale zu verknüpfen. Dies wird bei herkömmlichen Konstruktionen durch das Ventil bewerkstelligt, das auch für die Umlenkung der Netzdruckluft zum entsprechenden Arbeitsraum, die Öffnung der Gegenkammer zur Zylinderentlüftung und die Ableitung der Abluft in die Atmosphäre sorgt. Die Leitung sowohl der Netzdruckluft zum Zylinder, der rein die Umwandlung des Luftdrucks in mechanische Kraft über den Zylinderkolben besorgt, als auch der Abluft aus dem Zylinder in die Atmosphäre wird durch Pneumatik-Leitungen durchgeführt. Dabei wurden bislang die Pneumatikzylinder über die gleiche Leitung belüftet und auch entlüftet, obwohl diese beiden Vorgänge unterschiedliche Querschnitte benötigten. Die zur Ansteuerung von doppeltwirkenden Pneumatikzylindern verwendeten Ventile mußten bislang wegen der Funktion sowohl der Umlenkung des Druckmediums in die jeweilige Zylinderkammer als auch der Entlüftungssteuerung der jeweiligen Gegenkammer sehr große Baugrößen aufweisen - während viel Raum in den Endstücken der Pneumatikzylinder ungenutzt blieb. Ähnlich stellt sich auch die Situation bei Hydraulikeinheiten dar.
Aus der DE-A-2722269 ist ein Druckmittelzylinder bekannt, in dessen Ablaß-Öffnung ein Ventil vorgesehen ist, welches durch den Druck des Arbeitsmediums an der Zufuhr-Öffnung steuerbar ist.
Ein Ventil mit zumindest einem Eingang, zumindest einem Ausgang für ein Arbeitsmedium, einem Steuer-Anschluß und einem Ablass-Kanal für das Arbeitsmedium ist in der WO-A-9821484 beschrieben. Der besagte Ablass-Kanal geht von einer Position zwischen dem Sperrelement des Ventils aus und führt zu dem zumindest einem Ausgang und beinhaltet ein Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventil, welches durch den am Steuer-Anschluß anliegenden Druck schaltbar ist.
Die GB-A-2089941 offenbart einen Aufbau eines pneumatischen Schaltventils als Wippenventil, mit einem zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbaren Wippen-Dichtelement. Auf einer Seite dieser Wippe befindet sich ein durch das Wippen-Dichtelement begrenzter, mit einem Steuerdruck zum Umschalten des Wippen-Dichtelementes zwischen seinen Schaltstellungen beaufschlagbarer Steuerraum.
Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, Elemente für eine druckmittelbetätigte Arbeitseinheit und eine derartige, verbesserte Arbeitseinheit selbst zu schaffen, bei der eine kleinere Baugröße zumindest des Ventils erreicht, der ohnehin vorhandene Raum, speziell im Zylinder besser ausgenutzt und das Leistungsvermögen der einzelnen Elemente besser und effizienter abgestimmt werden kann.
Dieses Ziel wird für eine eingangs charakterisierte Ventilanordnung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Einrichtung zur Übermittlung des Drucks eine, einen Teil der Wandung des Steuerraumes bildende flexible Membran vorgesehen ist, die vorzugsweise über einen Ventilschaft auf das eigentliche Dichtelement einwirkt, das den Ablaß-Kanal sperrt oder freigibt. Damit ist in baulich einfacher und sehr platzsparender Art und Weise eine besonders gute Schaltbarkeit des Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventils gewährleistet. Insgesamt bietet diese Ventilkonstruktion kleinste Schadräume und selbst für große Mündungsquerschnitte schnelle Schaltzeiten und exakte Abdichtung, was eine unmittelbare, sichere und rasche Entlüftungssteuerung oder Steuerung des Ausströmens des Druckmediums aus dem Arbeitszylinder gewährleistet. Aufgrund der für das Schalten ausreichenden kleinen Drehbewegungen der Wippe kann das erfindungsgemäße Ventil sehr klein und flach gebaut werden und kann einen schichtweisen Aufbau haben, der sowohl beim Zusammenbau als auch bei allfälliger Reparatur eine sehr einfache Durchführung der Arbeiten gestattet. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau des Weichenventils ist eine kleinere Baugröße erreichbar als selbst mit zwei Wippenventilen für eine 5/2-Wege-Funktion.
Selbstverständlich können unter optimaler Ausnutzung des vorhandenen Platzes und für beide Seiten, für welche eine Steuerung notwendig ist, die oben genannten Vorteile verdoppelt werden, wenn die Ventilanordnung einen auf beiden Seiten zumindest funktionell gleichen Aufbau aufweist.
Eine erfindungsgemäße druckmittelbetätigte Arbeitseinheit, ist zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß pro Arbeitsraum des Zylinders lediglich je eine Leitung für das Arbeitsmedium zum Zylinder vorgesehen und die Leitungen über zumindest ein steuerbares Auslaß- bzw. Entlüfungsventil entlüftbar bzw. entlastbar sind, und daß die Ablaß-Öffnung des Arbeitszyinders freigehalten ist.
Um die bestmögliche und baulich einfachste Verknüpfung von Be- und Entlüftungsfunktion bzw. Zu- und Abführung des Arbeitsmediums zu erzielen ist beispielsweise vorgesehen, daß am Steuer-Anschluß des Auslaß- bzw. Entlüftungsventils der Steuerdruck des Ventils anliegt.
Die Arbeitseinheit mit dem zumindest einen doppelt-wirkenden Druckmittelzylinder ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform gekennzeichnet dadurch, daß pro Arbeitsraum des Zylinders lediglich je eine Leitung für das Arbeitsmedium zum Zylinder vorgesehen, und daß die Weichenventil-Anordnung als Wippenventil gemäß einem der obigen Absätze ausgebildet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im oder am Arbeitszylinder eine Steuerlogik-Anordnung vorgesehen, die Anschlüsse für die Kommunikation, vorzugsweise einen Feldbus, elektrische Steuerung und Versorgung und für das Arbeitsmedium aufweist. Damit ist eine weitere Steigerung der Kompaktheit der Arbeitseinheit bei trotzdem noch erweiterter Vielseitigkeit möglich.
Selbstverständlich kann gemäß einer anderen oder ergänzenden Ausführungsform der Erfindung das Ventil zur Ansteuerung eines oder beider Arbeitsräume des Arbeitszylinders direkt an diesen angebaut oder darin integriert sein, vorzugsweise in eines der beiden Endstücke dieses Zylinders.
Ebenso kann vorteilhafterweise das bzw. jedes Entlüftungssteuerventil an den Arbeitszylinder und bzw. oder das Weichenventil angebaut bzw. in dieses baulich integriert sein. In beiden Fällen ergibt sich eine weitestgehende Vereinfachung in der Montage und Anordnung am Einbauplatz. Weiters können damit Leitungen zwischen diesen zusammengefaßten Bauteilen und im Falle der baulichen Integration auch noch Verbindungs- und Dichtstellen entfallen, womit einerseits die Anordnung des Gesamtsystems wesentlich vereinfacht und dessen Funktionssicherheit - aufgrund geringerer Gefahr von Leckagen - erheblich gesteigert werden können. Die eben genannten Möglichkeiten sind auch bei der Ausbildung des Weichenventils in Wippenventil-Bauweise vorteilhaft anwendbar.
In der nachfolgenden Beschreibung sollen einige Ausführungsbeispiele für pneumatische Varianten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, wobei diese Beispiele jedoch in keiner Weise als Einschränkung der in den Patentansprüchen dargelegten allgemeinen Erfindungsidee zu werten sind.
Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen vorteilhafteweise in der erfindungsgemäßen Arbeitseinheit eingesetzten Arbeitszylinder, Fig. 2 ist eine teilweise Querschnittsdarstellung eines für die erfindungsgemäße Arbeitseinheit verwendbaren Weichenventils mit integrierten Entlüftungssteuerventilen, Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der im Weichenventil integrierten Entlüftungssteuerventile, Fig. 4 und Fig. 5 sind schematischen Schaltbilder von erfindungsgemäßen pneumatischen Arbeitseinheiten, Fig. 6 stellt ein Weichenventil in Wippenventil-Bauweise zusammen mit den zugehörigen Entlüftungssteuerventilen dar und Fig. 7 ist ein Weichenventil in Wippenventil-Bauweise mit integrierten Entlüftungssteuerventilen.
Der in Fig. 1 dargestellte pneumatische Arbeitszylinder A, vorzugsweise mit Druckluft als Arbeitsmedium betätigt, besteht aus einem Zylinderrohr 1, dessen Enden mit einem Boden 2 und einem Deckel 3 abgeschlossen sind. In diesem Arbeitszylinder A ist durch das Arbeitsmedium verschiebbar ein Kolben 4 geführt, der über eine Kolbenstange 5, die abgedichtet durch den Deckel 3 hindurchgeführt ist, die mechanische Kraft auf das anzutreibende Element überträgt. Selbstverständlich ist die Erfindung aber in gleicher Weise auf kolbenstangenlose Zylinder und andere Arbeitsmedien außer Druckluft anwendbar, beispielsweise auch auf hydraulische Arbeitsmedien.
Zwischen Boden 2 und Kolben 4 ist, für den dargestellten doppelt-wirkenden Arbeitszylinder A, ein erster Arbeitsraum 6 definiert und zwischen dem Deckel 3 und dem Kolben 4 ein zweiter Arbeitsraum 7, wobei je nach Beaufschlagung mit dem Arbeitsmedium und der Entlüftung jeweils der in Bewegungsrichtung des Kolbens 4 befindliche Arbeitsraum eine entlüftete Gegenkammer zum druckbeaufschlagten momentanen Arbeitsraum darstellt. Die Druckluft wird den Arbeitsräumen über Anschlüsse 8a, 8b, die in die Zufuhr-Öffnungen 9a, 9b eingesetzt sind, zugeführt, wobei sie durch die Zufuhrkanäle 10a, 10b mit relativ geringem Querschnitt in die Arbeitsräume 6, 7 gelangt. Parallel zu diesen Zufuhr-Kanälen 10a, 10b geht von den Zufuhr-Öffnungen 9a, 9b je eine Passage 11a, 11b aus, die zu zwei Ablaß-Öffnungen 12a, 12b für die Luft aus den Arbeitsräumen 6, 7 führt. An diesen Ablaß-Öffnungen 12a, 12b sind keine Leitungen angeschlossen, sondern sie führen direkt oder vorzugsweise über einen Schalldämpfer bzw. eine Geschwindigkeitsregulierungs-Drossel und einen anschließenden Schalldämpfer (beide angedeutet dargestellt) in die Atmosphäre.
Die in der Zufuhr-Öffnung 9a, 9b liegende Mündung der Passage 11a, 11b bildet einen Ventilsitz für ein in der Zufuhr-Öffnung 9a, 9b befindliches, vorzugsweise flaches Ventilelement 13a, 13b, das diese Mündung vollständig überdeckt und vorteilhafterweise auch die Mündung des parallel dazu verlaufenden Zufuhr-Kanals 10a, 10b zum Arbeitsraum 6 bzw. 7 zumindest teilweise überdeckt. Wenn beispielsweise in den Arbeitsraum 6 über den zugeordneten, in der Zeichnung rechts liegenden Anschluß 8a Druckluft zugeführt wird, wird dadurch das rechte Ventilelement 13a auf seinen Sitz gedrückt und dichtet die Passage 11a zur rechten Ablaß-Öffnung 12a ab. Die Druckluft gelangt am Ventilelement 13a vorbei in den Zufuhr-Kanal 10a und weiter in den Arbeitsraum 6. Dadurch fährt in weiterer Folge der Kolben 4 nach links und die Kolbenstange 5 fährt aus. Wenn nun gleichzeitig der linke Anschluß, bewirkt über ein Entlüftungssteuerventil, drucklos ist, kann diese Kolbenbewegung die im nun die Gegenkammer darstellenden Arbeitsraum 7 das linke Ventilelement 13b von seinem Ventilsitz abheben, wodurch die Passage 11b freigegeben wird und die Luft aus der Gegenkammer durch die Ablaß-Öffnung 12b in die Atmosphäre ausströmen kann.
Sobald umgekehrt der rechte Anschluß 8a drucklos wird und der linke Anschluß 8b mit Druckluft versorgt wird, kehren sich die Verhältnisse um und das linke Ventilelement 13b dichtet die Passage 11b ab, so daß die Druckluft sicher ausschließlich in den Arbeitsraum 7 geleitet wird. Auf der Gegenseite drückt die zurückgedrängte Luft aus der nunmehrigen Gegenkammer 6 das Ventilelement 13a hoch, sobald der Anschluß 8a drucklos wird und die Luft kann über die Passage 11a und die Ablaß-Öffnung 12a entweichen. Für flüssige Arbeitsmedien können andere Ventilkonstruktionen sinnvoll und notwendig sein, was aber am Prinzip und der Wirkungsweise nichts ändert.
Mit einem derartigen Arbeitszylinder A mit integrierter Druckentlastung- bzw. Entlüftung kann beim Ventil V, beispielsweise in der Ausführung der Fig. 2, die Entlüftungsventil-Anordnung vermieden und die Baugröße entsprechend verkleinert werden. Im Gehäuse 14 des Ventils V ist das eigentliche Ventilelement 15 verschiebbar gelagert, welches Ventilelement 15 in an sich bekannter Weise einen Druckluftanschluß 16 wechselweise mit den beiden Arbeitsanschlüssen 17a und 17b verbindet, welche Arbeitsanschlüsse 17a, 17b über Druckleitungen und die Anschlüsse 8a bzw. 8b am Arbeitszylinder A dessen Arbeitsräume 6 und 7 mit Druckluft versorgen. Dabei wird das Ventilelement 15 durch einen Steuerdruck beaufschlagt, der über die Steueranschlüsse 18 eingeleitet wird.
Um nun in einfacher Weise die Entlüftungssteuer-Funktion für die Druckleitungen zu den Anschlüssen 8a bzw. 8b am Arbeitszylinder in das Ventil zu integrieren, kann gemäß einer Ausführungsform des Ventils ein Ablaß-Kanal 19 vorgesehen sein, der vom einer Position zwischen dem entsprechenden Ausgang 17a, 17b des Ventils V und dem eigentlichen Ventilelement 15 zu einer Ablaß-Öffnung 19a in die Atmosphäre führt. Dieser Ablaß-Kanal 19 wird durch ein Ventilelement 20 verschlossen, solange der zugehörige Ausgang mit der Druckluftquelle verbunden ist. Sobald das Steuersignal zum Umschalten der Bewegungsrichtung kommt, in Fig. 3 durch Beaufschlagung des Raumes 21 mit dem Steuerdruck, wird über den Ventilkolben 22 das Ventilelement 20 von seinem Sitz abgehoben und gibt die Verbindung vom Ablaß-Kanal 19 über die Ablaß-Öffnung 19a in die Atmosphäre frei. Die Druckleitung wird dadurch drucklos und im Arbeitszylinder A kann das Ventilelement 13a, 13b durch die aus dem zuvor mit Druckluft beaufschlagten Arbeitsraum abgehoben und der entsprechende Arbeitsraum entlüftet werden.
Selbstverständlich kann die eben beschriebene Entlüftungsfunktion auch durch separate Entlüftungssteuerventile 24 bewirkt werden, wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist, wobei die Arbeitsluft-Leitungen durch volle Linien und die Steuerluft-Leitungen durch strichlierte Linien symbolisiert sind. Bei der hier gezeigten pneumatischen Arbeitseinheit ist die Druckluftquelle 25 über ein Weichenventil V mit dem Arbeitszylinder A verbunden. Der Arbeitszylinder A hat zwei Entlüftungsventile 27a und 27b, beispielsweise wie in Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, integriert.
Die Steuerluft-Leitungen 28a, 28b führen sowohl zum Weichenventil V als auch zu den beiden Entlüftungssteuerventilen 24a, 24b, die Ablaß-Leitungen in den Druckluftleitungen 29a und 29b zum Arbeitszylinder A sperren oder freigeben. Wenn beispielsweise die rechte Steuerluft-Leitung 28a mit dem Steuerdruck beaufschlagt ist, gibt das Weichenventil V die Druckluftverbindung zum rechten Arbeitsraum 6 des Arbeitszylinders A frei. Gleichzeitig wird, da der Vorsteuerdruck parallel dazu auch am rechten Entlüftungssteuerventil 24a angelegt ist, dieses in eine Stellung gebracht, in der die Verbindung der linken Druckluftleitung 29b zur Atmosphäre freigegeben und diese Leitung daher drucklos gemacht ist. Damit ist auch das Entlüftungsventil 27b freigegeben und der linke Arbeitsraum 7 kann in die Atmosphäre entlüftet werden. Das linke Entlüftungssteuerventil 24b ist, da kein Steuerdruck anliegt, in der geschlossenen Stellung.
Anstelle zweier Entlüftungssteuerventile 24a und 24b kann, wie in Fig. 5 dargestellt, auch ein einzelnes Entlüftungssteuerventil 30 vorgesehen sein, dessen beide Eingänge mit jeweils einer der beiden Druckleitungen 29a und 29b verbunden sind und dessen Ausgang in die Atmosphäre führt. Das Entlüftungssteuerventil 30 ist beispielsweise ein herkömmliches 3/2-Wegeventil, ebenso wie das Weichenventil V. Wenn die linke Steuerleitung 28b mit dem Steuerdruck beaufschlagt ist, gelangt die Druckluft aus der Druckluftquelle 25 über die Druckleitung 29b zum linken Arbeitsraum 7. Gleichzeitig wird das Entlüftungssteuerventil durch den parallel auch hier anliegenden Steuerdruck in eine Stellung gebracht, in der die rechte Druckleitung 29a über das Entlüftungssteuerventil 30 in die Atmosphäre entlüftet und damit drucklos wird. Damit ist das rechte Entlüftungsventil 27a im Arbeitszylinder A entlastet und die Luft kann aus dem rechten Arbeitsraum 6, der somit eine entlüftete Gegenkammer ist, über dieses Ventil 27a in die Atmosphäre entweichen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform für das Weichenventil ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist als Weichenventil ein Wippenventil W vorgesehen. Eine um eine Drehachse bewegliche, in wesentlichen starre Wippe 31 aus z.B. Metall ist in einem Ventilgehäuse 32 gelagert. Die Wippe 31 ist beispielsweise zwischen zwei Elastomerdichtelemente 33 - für höhere Drücke vorzugsweise gewebeverstärkt - eingebettet und und die Drehachse D schwenkbar. Das Gehäuse 32 weist zumindest einen Versorgungsanschluß zur Verbindung mit der Druckluftquelle 25 und zwei Arbeitsanschlüsse auf, von denen die Druckleitungen 29a, 29b zum Arbeitszylinder A ausgehen. Wenn über die Steuerleitung 28a ein Vorsteuerdruck von einer Größe angelegt, der auf den rechten Teil der Wippe 31 eine Kraft ausübt, die größer ist als die durch den Versorgungsdruck an P auf den rechten Schenkel der Wippe 1 ausgeübte Kraft, wird die Wippe 31 zusammen mit den Elastomerdichtelementen 33 in die in Fig. 6 dargestellte Lage bewegt, in der die Wippe 31 den rechten Ventilsitz verschließt und über den linken Arbeitsanschluß die Druckluftquelle 25 über die Druckleitung 29b mit einem Arbeitsraum des Arbeitszylinders A verbindet. Der andere Arbeitsanschluß ist geschlossen. Da die Steuerleitung 28a auch das Entlüftungssteuerventil 24a mit dem Steuerdruck beaufschlagt, öffnet dieses die Verbindung von der rechten Druckleitung 29a zur Atmosphäre und macht diese Leitung damit drucklos, wodurch auch das rechte Entlüftungsventil 27a im Arbeitszylinder A öffnen und den entsprechenden Arbeitsraum in die Atmosphäre entlüften kann.
Besonders klein bauend und zur Erzielung einer pneumatischen Arbeitseinheit mit möglichst wenig Komponenten ist die Ausführungsform des Wippen-Weichenventils W der Fig. 6 oder 7 vorteilhaft. In dessen Gehäuse 32 ist ein Einsatz E mit zwei Entlüftungssteuerventilen eingebaut. Die Steuerräume 34a, 34b für die Betätigung der Wippe 31 sind jeweils mit einer durch eine flexible Membran 35 abgedichteten Öffnung versehen, über welche Membranen 35 der jeweils im Steuerraum 34a, 34b herrschende Druck zur Betätigung der Dichtelemente 36a, 36b der Entlüftungssteuerventile auf diese übertragen wird, vorzugsweise über die Ventilschäfte 37a, 37b. Von den Arbeitsanschlüssen zu den Druckleitungen 29a, 29b führen Ablaß-Kanäle 38a, 38b vorbei an der Wippe 31 zu den Entlüftungssteuerventilen und weiter zu Ablaß-Öffnungen in die Atmosphäre. In der dargestellten Stellung des Wippen-Weichenventils W mit Beaufschlagung des linken Steuerraums 34b mit dem Steuerdruck würde dieser Steuerdruck auch über die Membran 35b und den Ventilschaft 37b das Ventilelement 36b des linken Entlüftungssteuerventils von seinem Ventilsitz abheben und den Ablaß-Kanal 38b freigeben. Der linke Arbeitsanschluß ist in dieser Stellung gegen die Druckluftquelle 25 hin abgeschlossen, ist aber über den Ablaß-Kanal 38b in die Atmosphäre entlüftet und damit drucklos gemacht. Der rechte Arbeitsanschluß der Druckleitung 29a steht mit der Druckluftquelle 25 in Verbindung und versorgt einen der Arbeitsräume des Arbeitszylinders mit Druckluft. Das rechte Entlüftungssteuerventil hält dabei den Ablaß-Kanal 38a geschlossen.
Selbstverständlich können einige oder sogar alle genannten Elemente der druckmittelbetätigten Arbeitseinheit in einem einzigen Bauteil vereinigt sein, wodurch sich eine weitestgehende Vereinfachung in der Montage und Anordnung am Einbauplatz ergeben. So kann beispielsweise das Ventil zur Ansteuerung eines der beiden Arbeitsräume oder auch für doppelt-wirkende Arbeitszylinder ein allfälliges Weichenventil zur Ansteuerung beider Arbeitsräume direkt an den Arbeitszylinder angebaut oder in diesen integriert sein, vorzugsweise in eines der beiden Endstücke dieses Zylinders. Auch das bzw. jedes Entlüftungssteuerventil kann in gleicher Weise an den Arbeitszylinder und bzw. oder das Weichenventil angebaut bzw. in dieses sogar baulich integriert sein. Damit entfallen Leitungen zwischen diesen zusammengefaßten Bauteilen und im Falle der baulichen Integration auch noch Verbindungs- und Dichtstellen, womit einerseits die Anordnung des Gesamtsystems wesentlich vereinfacht und dessen Funktionssicherheit - aufgrund geringerer Gefahr von Leckagen - erheblich gesteigert werden können. Die eben genannten Möglichkeiten sind auch bei Ausbildung des Weichenventils in Wippenventil-Bauweise vorteilhaft anwendbar.
Eine Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten und Erhöhung der Anzahl von möglichen Arbeitsabläufen kann mit einer sehr kompakten Anordnung erzielt werden, bei der im oder am Arbeitszylinder A eine Steuerlogik-Anordnung integriert ist. Diese kann an den Arbeitszylinder angeflanscht oder auch ein vorzugsweise eines seiner Endstücke integriert sein. Von der zentralen Steuereinheit gehen Verbindungsleitungen zu dieser Steuerlogik-Anordnung im oder am Arbeitszylinder, die der Kommunikation, der elektrischen Steuerung, der Energieversorgung und der Versorgung mit dem Arbeitsmedium dienen. Als Kommunikationssystem ist dabei vorzugsweise ein Feldbus vorgesehen. Die Steuerlogik-Anordnung kann auch Stell- oder Positionssignale von beispielsweise Endlagen- oder Stellungssensoren im oder am Arbeitszylinder oder von diesem betätigten Elementen auswerten und zur Auslösung entsprechende Aktionen die Steuerventile ansteuern bzw. diese Signale und Aktionen über die Kommunikationsleitungen an die Steuereinheit rückmelden.

Claims (8)

  1. Ventilanordnung mit einem, durch den am Steuer-Anschluß anliegenden Druck zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbaren Wippen-Dichtelement (31, 33) und zumindest einem, durch das Wippen-Dichtelement begrenzten Steuerraum (34a, 34b), gekennzeichnet durch ein Auslaß- bzw. Entlüftungssteuer-Ventil (36a, 36b), welches über zumindest eine Einrichtung (35a, 35b; 37a, 37b) zur Übermittlung des am Steuer-Anschluß anliegenden Druckes mit dem Steuerraum (34a, 34b) in Wirkverbindung steht,
    wobei als Einrichtung zur Übermittlung des Drucks eine, einen Teil der Wandung des Steuerraumes (34a, 34b) bildende flexible Membran (35a, 35b) vorgesehen ist, die vorzugsweise über einen Ventilschaft (37a, 37b) auf das eigentliche Dichtelement (36a, 36b) einwirkt, das den Ablaß-Kanal (38a, 38b) sperrt oder freigibt.
  2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen auf beiden Seiten zumindest funktionell gleichen Aufbau.
  3. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit, umfassend zumindest eine Druckquelle (25), zumindest einen Druckmittelzylinder (A) mit zumindest einer Ablaß-Öffnung (12a, 12b), welche mit einem Ventil (13a, 13b; 27a, 27b) versehen ist, das durch den an der Zufuhr-Öffnung (9a, 9b) anliegenden Druck des Arbeitsmediums steuerbar ist, zumindest ein Ventil (V) zur steuerbaren Versorgung des Arbeitszylinders mit Arbeitsmedium und zumindest eine Leitung (29a, 29b) für das Arbeitsmedium vom Ventil zum Arbeitszylinder, dadurch gekennzeichnet, daß pro Arbeitsraum (6, 7) des Zylinders (A) lediglich je eine Leitung (29a, 29b) für das Arbeitsmedium zum Zylinder vorgesehen und die Leitungen über zumindest ein steuerbares Auslaß- bzw. Entlüftungsventil (24a, 24b; 30) entlastbar bzw. entlüftbar sind, und daß die Ablaß-Öffnung (12a, 12b) des Arbeitszylinders (A) freigehalten ist.
  4. Arbeitseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuer-Anschluß des Auslaß- bzw. Entlüftungsventils (24a, 24b; 30) der Steuerdruck des Ventils (V) anliegt.
  5. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit, umfassend zumindest eine Druckquelle (25), zumindest einen doppelt-wirkenden Druckmittelzylinder (A), mit Ablaß-Öffnung (12a, 12b), welche mit je einem Ventil (13a, 13b; 27a, 27b) versehen sind, das durch den an der Zufuhr-Öffnung (9a, 9b) anliegenden Druck des Arbeitsmediums steuerbar ist, zumindest eine Weichenventil-Anordnung (V, W) zur steuerbaren Versorgung des Arbeitszylinders mit Arbeitsmedium und zumindest eine Leitung (29a, 29b) für das Arbeitsmedium vom Ventil zum Arbeitszylinder, gekennzeichnet dadurch, daß pro Arbeitsraum (6, 7) des Zylinders (A) lediglich je eine Leitung (29a, 29b) für das Arbeitsmedium zum Zylinder vorgesehen ist, und daß die Weichenventil-Anordnung (V, W) als Ventilanordnung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2 ausgebildet ist.
  6. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Arbeitszylinder (A) eine Steuerlogik-Anordnung vorgesehen ist, die Anschlüsse für die Kommunikation, vorzugsweise einen Feldbus, elektrische Steuerung und Versorgung und für das Arbeitsmedium aufweist.
  7. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (V, W) zur Ansteuerung eines oder beider Arbeitsräume des Arbeitszylinders (A) direkt an diesen angebaut oder darin integriert ist, vorzugsweise in eines der beiden Endstücke (2, 3) dieses Zylinders (A).
  8. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. jedes Entlüftungssteuerventil (20, 22; 24a, 24b; 30; 36a, 36b) an den Arbeitszylinder (A) und bzw. oder das Weichenventil (V, W) angebaut bzw. in dieses baulich integriert ist.
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