EP3746662B1 - Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen steuerung und verfahren zum steuern eines arbeitsfluiddrucks - Google Patents

Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen steuerung und verfahren zum steuern eines arbeitsfluiddrucks Download PDF

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EP3746662B1
EP3746662B1 EP19704558.6A EP19704558A EP3746662B1 EP 3746662 B1 EP3746662 B1 EP 3746662B1 EP 19704558 A EP19704558 A EP 19704558A EP 3746662 B1 EP3746662 B1 EP 3746662B1
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EP
European Patent Office
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valve
control
working fluid
piston
pressure
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EP3746662C0 (de
EP3746662A1 (de
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Piotr KRUPNIK
Simon Brose
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J D Neuhaus Holding & Co KG GmbH
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J D Neuhaus Holding & Co Kg GmbH
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    • F15B2211/8855—Compressible fluids, e.g. specific to pneumatics

Definitions

  • the invention relates to a control valve arrangement for indirect pneumatic control and a method for controlling a working fluid pressure by means of a control fluid in a control valve arrangement for indirect pneumatic control.
  • Control valve arrangements for pneumatic control are known from the prior art in a variety of configurations from the prior art and are used in particular for controlling pneumatic actuators.
  • a special area here relates to the pneumatic control of pneumatically operated motors of hoists.
  • the motor in particular a vane motor, of a hoist directly
  • the pressure of the working fluid usually compressed air
  • the compressed air provided for the drive is typically routed from a central connection via a hose to a manual control unit and from there to the position of the motor of the hoist, which is usually positioned in the area of a hall ceiling.
  • these hoses which must continuously withstand the full working pressure of the working fluid, are relatively thick and heavy, making them difficult to handle and difficult to operate.
  • a correspondingly long hose between the manual control and the hoist leads to power losses that increase with the length of the hose and to a control delay, which means that precise and sensitive control of a load on the hoist is no longer possible.
  • a control valve for a hydraulic motor is already known, the control valve being designed as a directional control valve in which a control slide is arranged to be displaceable in a longitudinal bore of a valve body in order to control the flow of hydraulic oil between two working connection bores, a pump connection bore and a tank connection bore.
  • a non-return valve which is prestressed by means of a prestressing spring and is connected on the one hand to an auxiliary control groove via a first transverse bore and on the other hand to the B-tank groove via a second transverse bore.
  • the control valve arrangement according to the invention for indirect pneumatic control in particular a pneumatically operated vane motor of a hoist, comprises two pneumatic valve units arranged functionally one behind the other, a working fluid inlet and a control fluid inlet as well as a working fluid channel connecting the working fluid inlet through both valve units to an outlet, the outlet being provided in particular for supplying the working fluid to a vane motor of a hoist is.
  • a valve piston which is arranged within a valve cylinder and can be displaced between an open and a closed position, with each of the two valve pistons being acted upon by a spring element which prestresses towards the closed position of the valve unit.
  • Both valve units also each have a control pressure chamber connected to the control fluid inlet for applying a control pressure counteracting the preload of the spring element to the respective valve piston in order to move the valve piston into an at least partially open position against the force of the spring element.
  • the first valve unit is formed in such a way that when any control pressure greater than 0 bar is applied in the control pressure chamber, the valve piston is shifted from the closed to a fully open position.
  • two opposing valve surfaces which are angled towards one another, are arranged on the surface of the valve cylinder and the valve piston, extending along the direction of displacement in such a way that the valve surfaces close when the valve piston is displaced due to the applied control pressure depending on the displacement position of the valve piston in the valve cylinder associated with the control pressure, form a valve opening that is open to different extents and, corresponding to the valve opening, the working pressure can be finely adjusted as a function of the control pressure.
  • a working fluid pressure by means of a control fluid in particular in a control valve arrangement according to the invention for indirect pneumatic control, preferably for a pneumatically operated vane motor of a hoist, but at least by means of a control valve arrangement with two pneumatic valve units arranged one behind the other, each with one arranged inside a valve cylinder Valve piston, is initially a Working pressure is applied to a working fluid inlet of the control valve arrangement by means of a working fluid and a control pressure is set in a control fluid, in particular by means of a sensitive valve of a manual control, and a control fluid inlet of the control valve arrangement is loaded with the control pressure.
  • the control fluid which is under the control pressure, is introduced into a respective control pressure chamber of a first and a second pneumatic valve unit, with the control fluid being able to move a valve piston, which is pretensioned to a closed position by a spring element and is arranged inside a valve cylinder, to an open position.
  • the first valve piston By applying any desired control pressure in the first control pressure chamber, the first valve piston is shifted from the closed to the open position, as a result of which the working fluid can flow through a working fluid channel connected to the working fluid inlet through the first, open valve unit to the second valve unit.
  • the application of the control pressure in the second control pressure chamber leads to a displacement of the second valve piston against the force of the spring element into a position of the valve piston in the valve cylinder associated with the control pressure between the closed and the open position, as a result of which the working fluid flows through the working fluid channel in the second valve unit between flows through two opposing valve faces that are angled relative to one another and extend along the displacement direction on the surface of the valve cylinder and the valve piston, with a valve opening formed between the valve faces in the working fluid channel being adjustable in fine steps as a function of the control pressure.
  • control valve arrangement according to the invention and the method according to the invention enable precise, sensitive and stepless control in a particularly simple manner, with the pressure of the working fluid at the outlet being able to be controlled proportionally to the pressure of the control fluid over a wide range, for example.
  • a variation of the pressure of the working fluid during operation is made possible in a simple manner by adjusting the pressure of the control fluid, whereby, for example, the speed of a motor of a hoist operated by the working fluid can be varied continuously and sensitively.
  • the height of the hoist or the distance to the manual control dependent power loss avoided.
  • the control valve arrangement is basically a structural unit within which the pressure of a working fluid that is passed through and possibly blocked can be controlled by means of the pressure of a control fluid.
  • the control valve arrangement can be an independent device and can be arranged in particular in a supply line for a working fluid to an actuator, in particular a pneumatic motor.
  • the control valve arrangement can also be part of a further device and, in particular, can be integrated in a hoist.
  • the control valve arrangement is an exclusively pneumatically operated device, i.e. no further operating medium and/or no electricity is required for operation.
  • Each of the pneumatic valve units comprises at least one valve, preferably exactly one valve, which can be switched over or controlled by means of a fluid pressure, in particular a gas pressure.
  • Each valve unit is particularly preferably formed by a valve that is operated exclusively pneumatically, with this preferably not excluding any spring elements inside the valve unit, but particularly preferably only relating to operation from the outside.
  • the first and second valve units are arranged, preferably directly adjacent to one another, in a common housing, with the two valve cylinders particularly preferably being arranged parallel to one another and/or next to one another and very particularly preferably being identical to one another in terms of length and/or diameter.
  • the valve units are arranged functionally one behind the other, i.e. the working fluid fed to the control valve arrangement first reaches the first valve unit and then, preferably with the first valve unit in an open position, reaches the second valve unit.
  • the pressure fluids, the working fluid and/or the control fluid can in principle be any liquid or any gas. Although operation with a hydraulic working and / or control fluid is conceivable, but a purely pneumatic operation is preferred.
  • the pressurized fluids are particularly preferably compressed air.
  • the pressure of the working and/or control fluid can be selected as desired.
  • the pressure of the working or operating fluid provided is preferably between 0 bar and 10 bar, particularly preferably a maximum of 6 bar and very particularly preferably exactly 6 bar, so that a constant pressure of about 6 bar is present at the working fluid inlet of the control valve arrangement.
  • the maximum control pressure ie the pressure of the control fluid, is preferably also 6 bar, with the control pressure being particularly preferably variable between 1 bar and 6 bar by means of a control valve, in particular in a manual control.
  • a pressure of at most 6 bar and preferably between 1 bar and 6 bar is also present at the control fluid inlet of the control valve arrangement.
  • the basic task of the working fluid channel is to connect the working fluid inlet to the outlet for the working fluid within the control valve arrangement and to direct the control fluid through both valve units in such a way that the flow rate or the volume flow of the working fluid can be changed by means of both valve units.
  • the working fluid channel preferably runs through a blocking and control area of the two valve units and in particular through the respective valve opening, which is formed by the two valve surfaces of the valve cylinder and the valve piston.
  • the working fluid channel preferably connects the first and second valve units to one another in such a way that the working fluid can flow directly from the first into the second valve unit.
  • no further components, in particular no valves and/or branches, are arranged in the working fluid channel between the first and the second valve unit.
  • the spring element can be any desired component or any desired subassembly which is suitable for prestressing the valve piston within the valve cylinder towards a closed position of the valve unit.
  • the spring element is preferably a compression spring, particularly preferably a spiral spring, and/or is formed in one piece.
  • one side of the spring element is preferably supported against an end face or end face of the valve cylinder and/or the other side of the spring element is supported on one end or an end face of the valve piston.
  • One end of the spring element is very particularly preferably at least partially in a bore of the valve piston arranged.
  • the borehole is also preferably arranged at the end or on the end face of the valve piston and/or has, in particular, a depth selected in such a way that the spring element is pressed completely into the borehole and the end face of the valve piston then comes into contact with an end face of the valve cylinder can, whereby the maximum displaceability of the valve piston in relation to the valve cylinder is set in this direction in a particularly simple manner.
  • the strength of the first spring element is preferably selected in such a way that the valve piston reliably closes the working fluid channel when there is no pressure from the control fluid and particularly preferably at the same time in such a way that when a predetermined minimum pressure of the control fluid is reached, preferably from 1.2 bar to 1.3 bar, the Valve piston is pressed against the force of the spring element in the direction of the open position in the valve cylinder, that full opening is made possible by means of the increasing pressure of the working fluid in the first valve unit.
  • the minimum pressure for opening the valve piston can also be selected in any other way.
  • the strength of the second spring element is preferably chosen such that the valve piston is displaced to the desired extent at a predetermined control pressure, in particular a complete displacement exactly within the possible pressure limits of the control pressure, for example between 1 bar and 6 bar. So that the pressure of the working fluid can be controlled by means of the control valve arrangement, at least the second control pressure chamber must be completely separated from the working fluid channel.
  • the first control pressure chamber is preferably also completely separated from the working fluid channel.
  • any control pressure or any control pressure above a minimum pressure in the first control pressure chamber is sufficient to fully open the first valve unit.
  • the first valve unit is thus operated upstream of the second valve unit as a check valve and advantageously ensures, among other things, that no permanent pressure is applied to the second valve unit when no control pressure is acting on the control valve arrangement.
  • the first valve unit forms a safety valve in order to offer double security alongside the second valve unit against an undesired release of working pressure at the outlet.
  • the first valve unit can preferably only switch between a closed and an open state switched, ie it is a two-state valve.
  • the second valve unit is also preferably formed in such a way that it can completely block the working fluid.
  • the second valve unit has a valve opening that can be adjusted by moving the valve piston in the valve cylinder.
  • the valve opening is formed on one side by a valve face of the valve piston and on an opposite side by a valve face of the valve cylinder.
  • the two valve surfaces are arranged at an angle to one another, so that the distance between the two valve surfaces increases or decreases when the piston is displaced.
  • each of the valve surfaces extends at least in sections along the direction of displacement on a surface of the valve piston or valve cylinder.
  • valve unit With a suitable selection of the spring strength of the valve unit, it is possible to provide a specific position of the valve piston in the valve cylinder between the closed and the open position for every possible control pressure, so that the working pressure can be finely adjusted in accordance with the valve opening as a function of the control pressure.
  • At least one of the two valve surfaces of the second valve unit in particular the valve surface of the valve piston, has at least two, preferably exactly two, consecutive sections, with the angle between the valve surface of the valve piston and the opposite valve surface of the valve cylinder being particularly preferably first section following the closed position is smaller than the angle of the valve surface of the valve piston and the opposite valve surface of the valve cylinder in the second section adjoining the open position, as a result of which particularly sensitive starting and slow lifting and lowering of a hoist is possible.
  • One of the two valve surfaces preferably has a changing angle between the first and the second section, and the other valve surface is particularly preferably formed without a change in angle.
  • the two sections of a valve surface are preferably clearly separated from one another, ie the angle between the sections does not change continuously, but rather abruptly or at a position.
  • the angle of the valve faces in the second section is at least twice as large, more preferably at least five times as large, and most preferably at least ten times as large as the angle of the valve faces in the first section.
  • the diameter of the valve piston or the distance between the two opposing valve surfaces is preferably at least twice, particularly preferably at least five times and very particularly preferably at least ten times as large as in the first section.
  • both sections are formed in such a way that they allow the flow rate of the working fluid to be controlled between a fully blocked state and a fully opened state, with a slow and sensitive start-up initially being possible and, with a higher control pressure, a load being lifted quickly using a hoist.
  • the two sections can also be controlled to the closed and to the open state.
  • the two valve surfaces in the first and/or second section are preferably formed so as to run linearly, at least in relation to one another, with the angle between the two valve surfaces of the first section preferably being between 0.1° and 15°. more preferably between 1° and 10° and most preferably between 2° and 7° and the angle of the second section is between 5° and 85°, more preferably between 10° and 75° and most preferably between 20° and 65° .
  • the angle in the first section is particularly preferably 2° and/or the angle in the second section is 45°.
  • both valve surfaces preferably extend in the first and/or second section at a constant angle to one another along the surface of the valve cylinder or the valve piston, so that the distance between the two valve surfaces increases continuously, in particular from the closed position to the open position.
  • One embodiment of the control valve arrangement provides that at least one of the two valve surfaces in the first and/or second section is designed to run non-linearly, with the angle between the two opposite valve surfaces of the valve piston and the valve cylinder preferably increasing between the closed and the open position and thereby increasing the angle of the first section is still preferred between 0.1° and 15°, more preferably between 1° and 10° and most preferably between 2° and 7° and the angle of the second section between 5° and 85°, more preferably between 10° and 75° and entirely more preferably between 20° and 65°.
  • one of the valve surfaces of the valve piston or of the valve cylinder is designed to run non-linearly in one or both sections, while the opposite valve surface of the valve cylinder or of the valve piston runs linearly.
  • valve surface of the valve piston or of the valve cylinder is arranged parallel to the adjustment direction of the valve piston in the valve cylinder, while the other, opposite valve surface is arranged at an angle thereto with a linear or non-linear course is.
  • An embodiment with a profile of the valve surface with a first linear section with a small angle and a second linear section with a larger angle is particularly preferred.
  • the first section and/or the second section of the valve surfaces extends over at least 15%, preferably at least 25%, particularly preferably at least 30% and very particularly preferably over at least 40% of the maximum adjustment path of the valve piston in relation to the valve cylinder, whereby a particularly sensitive control can be achieved.
  • the first section also preferably extends over a maximum of 80%, preferably 60%, particularly preferably 50% and very particularly preferably 40% of the maximum adjustment path.
  • both sections preferably extend together over at least 50%, particularly preferably at least 75% and very particularly preferably at least 80% of the maximum adjustment length of the valve piston.
  • control valve arrangement is preferred in which at least the second valve piston, preferably also the first valve piston, is formed rotationally symmetrically about an axis along the adjustment direction and the corresponding one Valve cylinder has a round cross section, so that the valve opening has the shape of an annular gap.
  • at least one valve surface preferably has a conical shape, while the second valve surface is also preferably formed cylindrically or else conically.
  • control valve arrangement in which the first and/or second control pressure chamber is arranged in the area of the end of the respective valve piston opposite the spring element and/or the working fluid channel in the first and/or in the second valve unit is located between the area of the spring element and the Area of the control pressure chamber is arranged.
  • the working fluid channel particularly preferably surrounds the respective valve piston within the valve cylinder on all sides in sections. Furthermore, the working fluid channel is preferably formed in sections by the valve cylinder.
  • a manual control unit is arranged in front of the control fluid inlet, which has a manual regulator, by means of which the control pressure of the control fluid can be continuously regulated, the manual regulator particularly preferably comprising a manually operated gas valve, by means of which the control pressure can be continuously and sensitively adjusted.
  • control valve arrangement preferably has exactly one single control fluid inlet, which is connected to the two control pressure chambers inside the control valve arrangement, so that the control pressure is always the same in both control pressure chambers.
  • control valve arrangement also has exactly one working fluid inlet and/or one working fluid outlet.
  • a first and a second valve unit 2, 3 are arranged parallel to each other in a common housing.
  • Each of the two valve units 2, 3 is designed as a spring-loaded, pneumatically operated valve.
  • a displaceable valve piston 9, 10 is arranged in a valve cylinder 7, 8 in each of the valve units 2, 3 in such a way that a pressure fluid, in particular compressed air, conducted through the valve unit 2, 3 can be , 10 can be blocked or regulated.
  • valve piston 9, 10 is biased towards a closed position on one side by a spiral spring 11, 12, one end of the spiral spring 11, 12 being supported against a round end face of the valve cylinder 7, 8, while the other end is within a bore in the Valve piston 9, 10 is fixed.
  • a control pressure chamber 13, 14 is formed in the valve cylinder 7, 8.
  • the control pressure chambers 13, 14 of both valve units 2, 3 are jointly connected to an inlet for a control compressed air flow, so that a pressure can be built up in the control pressure chamber 13, 14, which counteracts the spring tension of the spiral spring 11, 12 and by acting on the end face of the valve piston 9, 10 allows the valve piston 9, 10 to be displaced with the control pressure.
  • the control valve unit 1 has a working compressed air inlet 4 and a corresponding one Outlet 5, which provides a pressure-controlled flow of compressed air for the vane motor of the hoist.
  • the outlet 5 is connected to the working compressed air inlet 4 via a working compressed air duct 6, with the working compressed air duct 6 leading one behind the other through both valve units 2, 3 and being able to be blocked and regulated in each case by means of the valve units 2, 3 in a blocking and control area 15.
  • a valve face 16, 17 is arranged on the second valve piston 10 and the associated valve cylinder 8, which face one another in the closed state of the valve unit 2, 3. Both valve surfaces 16, 17 are arranged at an angle to one another in such a way that when the valve piston 10 is displaced in the valve cylinder 8 with increasing displacement, an enlarging valve opening is formed in the form of an annular gap.
  • a control valve arrangement 1 is shown with both valve units 2, 3 in the closed position, so that the first valve unit 2 already shuts off the working compressed air flow shortly after the working compressed air inlet 4 and no pressure is applied to the second valve unit 3 in the area of the working compressed air channel 6.
  • this state of the control valve arrangement 1 there is also no control pressure or the control pressure of the control compressed air in the control pressure chambers 13, 14 is below a specified threshold value of approximately 1.2 bar for opening the valve units 2, 3.
  • a control valve arrangement 1 is shown in a state that occurs only briefly or exactly when a threshold value of the control pressure for opening the valve units 2, 3 is reached.
  • the first valve unit 2 is fully open while the second valve unit 3 is still closed.
  • the control pressure present in the first control air pressure chamber 13 counteracts the first spiral spring 11 to such an extent that the valve opening of the first valve unit 2 is just opened by the two valve surfaces 16, 17 of the first valve unit 2 coming out of contact.
  • the second valve piston 10 of the second valve unit 3 is now also pushed towards the open position against the spring force of the spiral spring 12, the spring force being selected such that in a predefined pressure range, preferably between 1 bar and 6 bar, the valve piston 10 over the max Adjustment path W is shifted.
  • valve surfaces 16, 17 of the second valve unit 3 are formed with an angle a, b that changes within the control surface 17 of the valve piston 10 (see Fig 2 ).
  • the valve surface 16 of the valve cylinder 8 is formed as a linearly extending cylinder surface as part of the wall of the valve cylinder 8 .
  • the valve surface 17 of the valve piston 10 has two mutually angled sections A, B, which are each also arranged at an angle a, b to the opposite valve surface 16 . Both sections A, B have a linear course.
  • the angle a of the first section of the valve surface 17 to the opposite valve surface 16 is 5°, while the corresponding angle b of the second section B is 45°.
  • the two sections A, B extend over 85% of the maximum adjustment path W of the valve piston 10 in the valve cylinder 8.
  • a control valve arrangement 1 is shown with the first valve unit 2 in the fully open position and the second valve unit 3 in a partially open position, the working compressed air being guided through an annular gap formed by the control surfaces 16, 17 of the second valve unit 3 and a reduced volume flow through this annular gap can flow through the working compressed air channel 6 from the working compressed air inlet 4 to the outlet 5 of the control valve arrangement.
  • FIG 5 Finally, a control valve arrangement 1 is shown with both valve units 2, 3 in the fully open position, the working compressed air being able to flow unhindered through the control surfaces 16, 17 of the two valve units 2, 3 through the working compressed air channel 6 from the working compressed air inlet 4 to the outlet 5 of the control valve arrangement.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung sowie ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids in einer Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung.
  • Aus dem Stand der Technik sind Steuerventilanordnungen zur pneumatischen Steuerung in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt und werden dabei insbesondere zur Steuerung pneumatischer Aktuatoren verwendet. Ein spezielles Gebiet hierbei betrifft die pneumatische Steuerung pneumatisch betriebener Motoren von Hebezeugen.
  • Dabei ist zunächst bekannt, den Motor, insbesondere einen Lamellenmotor, eines Hebezeugs direkt zu steuern, wobei der Druck des Arbeitsfluids, zumeist Druckluft, vor der Zuleitung zum pneumatisch betriebenen Motor direkt geregelt wird. Dazu wird typischerweise die zum Antrieb vorgesehene Druckluft von einem zentralen Anschluss über einen Schlauch zu einer Handsteuereinheit geleitet und von dort zur Position des Motors des Hebezeugs, der zumeist im Bereich einer Hallendecke positioniert ist. Dies macht einen langen Druckluftschlauch wenigstens von der Handsteuerung zum an der Hallendecke angeordneten Hebezeug notwendig. Diese Schläuche, die durchgehend den vollen Arbeitsdruck des Arbeitsfluids aushalten müssen, sind jedoch relativ dick und schwer, wodurch diese schlecht handhabbar sind und die Bedienung erschweren. Weiterhin führt ein entsprechend langer Schlauch zwischen Handsteuerung und Hebezeug zu mit der Schlauchlänge zunehmend größeren Leistungsverlusten sowie zu einer Steuerverzögerung, wodurch eine präzise und feinfühlige Steuerung einer Last am Hebezeug nicht mehr möglich ist.
  • Zudem sind aus dem Stand der Technik indirekte Steuerungen bekannt, bei denen das Arbeitsfluid direkt an eine Steuerventilanordnung am Motor angeschlossen wird, wobei die Steuerung mittels eines Steuerfluids, zumeist auch Druckluft mit einem geringeren Druck als der Druck des Arbeitsfluids, erfolgt. Dabei ist es üblich, dass mittels des an einer Handsteuerung anliegenden Steuerfluids lediglich ein Einschalten und Ausschalten des Arbeitsfluids mittels der Steuerventilanordnung am pneumatischen Motor erfolgt, während der Arbeitsdruck und somit die Geschwindigkeit des Hebezeugs fest vorgegeben und mittels einer Stellschraube an der Steuerventilanordnung einstellbar sind. Daraus ergibt sich jedoch der Nachteil, dass eine Veränderung der Geschwindigkeit des Hebezeugs nicht ohne weiteres möglich ist und somit nur entweder ein langsames Anfahren sowie feinfühliges Heben oder alternativ ein zügiges Heben von Lasten möglich ist. Insbesondere beim Transport schwerer Lasten über große Höhen ist aber sowohl eine große Hebegeschwindigkeit, als auch eine feinfühlige Steuerung zum Abheben und Absetzen der Last notwendig.
  • Aus der Druckschrift WO 2006 / 111 031 A1 ist bereits ein Steuerventil für einen Hydromotor bekannt, wobei das Steuerventil als Wegeventil gestaltet ist, bei dem ein Steuerschieber in einer Längsbohrung eines Ventilkörpers verschiebbar angeordnet ist, um den Fluss von Hydrauliköl zwischen zwei Arbeitsanschlussbohrungen, einer Pumpenanschlussbohrung und einer Tankanschlussbohrung zu steuern. Dabei ist innerhalb des Steuerschiebers ein mittels einer Vorspannfeder vorgespanntes Rückschlagventil angeordnet, das einerseits über eine erste Querbohrung mit einer Hilfssteuernut verbunden ist und andererseits über eine zweite Querbohrung mit der B-Tank-Nut verbunden ist.
  • Es kann daher als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, eine Steuerventilanordnung sowie ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids bereitzustellen, die eine präzise, feinfühlige und geschwindigkeitsvariable Steuerung ohne große Leistungsverluste und Steuerverzögerungen ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung, insbesondere eines pneumatisch betriebenen Lamellenmotors eines Hebezeugs, umfasst zwei pneumatische, funktional hintereinander angeordnete Ventileinheiten, einen Arbeitsfluideinlass und einen Steuerfluideinlass sowie einen den Arbeitsfluideinlass durch beide Ventileinheiten hindurch mit einem Auslass verbindenden Arbeitsfluidkanal, wobei der Auslass insbesondere zum Zuleiten des Arbeitsfluids zu einem Lamellenmotor eines Hebezeugs vorgesehen ist. An jeder der beiden Ventileinheiten ist jeweils ein innerhalb eines Ventilzylinders angeordneter, zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbarer Ventilkolben vorgesehen, wobei auf jeden der beiden Ventilkolben ein auf die geschlossene Stellung der Ventileinheit hin vorspannendes Federelement wirkt. Beide Ventileinheiten weisen weiterhin jeweils eine mit dem Steuerfluideinlass verbundene Steuerdruckkammer zum Beaufschlagen des jeweiligen Ventilkolbens mit einem der Vorspannung des Federelements entgegenwirkenden Steuerdruck auf, um den Ventilkolben entgegen der Kraft des Federelements in eine zumindest abschnittsweise geöffnete Stellung zu bewegen.
  • Dabei ist die erste Ventileinheit derart gebildet, dass beim Anlegen eines beliebigen Steuerdrucks größer als 0 bar in der Steuerdruckkammer der Ventilkolben von der geschlossenen in eine vollständig geöffnete Stellung verschoben wird. In der zweiten Ventileinheit, in einem Sperr- und Regelbereich des Arbeitsfluidkanals, sind zwei sich gegenüberliegende, zueinander verwinkelte Ventilflächen auf der Oberfläche des Ventilzylinders und des Ventilkolbens sich entlang der Verschieberichtung erstreckend derart zueinander angeordnet, dass die Ventilflächen beim Verschieben des Ventilkolbens aufgrund des angelegten Steuerdrucks in Abhängigkeit der dem Steuerdruck zugeordneten Verschiebeposition des Ventilkolbens im Ventilzylinder eine unterschiedlich weit geöffnete Ventilöffnung bilden und entsprechend der Ventilöffnung der Arbeitsdruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks feinstufig einstellbar ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung, bevorzugt für einen pneumatisch betriebenen Lamellenmotor eines Hebezeugs, wenigstens jedoch mittels einer Steuerventilanordnung mit zwei pneumatischen, hintereinander angeordneten Ventileinheiten mit jeweils einem innerhalb eines Ventilzylinders angeordneten Ventilkolben, wird zunächst ein Arbeitsdruck mittels eines Arbeitsfluids auf einen Arbeitsfluideinlass der Steuerventilanordnung angelegt und ein Steuerdruck in einem Steuerfluid, insbesondere mittels eines feinfühligen Ventils einer Handsteuerung, eingestellt sowie ein Steuerfluideinlass der Steuerventilanordnung mit dem Steuerdruck belastet. Das unter dem Steuerdruck stehende Steuerfluid wird in jeweils eine Steuerdruckkammer einer ersten und einer zweiten pneumatischen Ventileinheit eingeleitet, wobei das Steuerfluid einen durch ein Federelement auf eine geschlossene Stellung vorgespannten, innerhalb eines Ventilzylinders angeordneten Ventilkolben auf eine geöffnete Stellung hin verschieben kann.
  • Dabei wird durch das Anlegen eines beliebigen Steuerdrucks in der ersten Steuerdrucckammer der erste Ventilkolben von der geschlossenen in die geöffnete Stellung verschoben, wodurch das Arbeitsfluid durch einen mit dem Arbeitsfluideinlass verbundenen Arbeitsfluidkanal durch die erste, geöffnete Ventileinheit zur zweiten Ventileinheit strömen kann. Dabei führt das Anlegen des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdrucckammer zu einem Verschieben des zweiten Ventilkolbens entgegen der Kraft des Federelements in eine dem Steuerdruck zugeordneten Position des Ventilkolbens im Ventilzylinder zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung, wodurch das Arbeitsfluid durch den Arbeitsfluidkanal in der zweiten Ventileinheit zwischen zwei sich gegenüberliegenden, zueinander verwinkelten und sich auf der Oberfläche des Ventilzylinders und des Ventilkolbens entlang der Verschieberichtung erstreckenden Ventilflächen hindurchströmt, wobei eine zwischen den Ventilflächen gebildete Ventilöffnung im Arbeitsfluidkanal in Abhängigkeit des Steuerdrucks entsprechend feinstufig einstellbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Steuerventilanordnung sowie das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen in besonders einfacher Weise eine präzise, feinfühlig und stufenlose Steuerung, wobei der Druck des Arbeitsfluids am Auslass beispielsweise über einen weiten Bereich proportional zum Druck des Steuerfluids gesteuert werden kann. Zudem wird in einfacher Weise eine Variation des Drucks des Arbeitsfluids im Betrieb durch eine Druckeinstellung des Steuerfluids ermöglicht, wodurch beispielsweise die Geschwindigkeit eines mittels des Arbeitsfluids betriebenen Motors eines Hebezeugs stufenlos und feinfühlig variierbar ist. Weiterhin wird durch die indirekte Ansteuerung mittels eines Steuerfluids ein von der Hebezeughöhe bzw. von dem Abstand zur Handsteuerung abhängiger Leistungsverlust vermieden. Schließlich kommt es auch zu keinen Steuerverzögerungen aufgrund einer direkten Steuerung des Arbeitsfluiddrucks mit einem nachfolgenden großen Arbeitsfluidvolumen in einem langen Schlauch oder dergleichen.
  • Bei der Steuerventilanordnung handelt es sich grundsätzlich um eine Baueinheit, innerhalb der der Druck eines durchgeleiteten und ggf. gesperrten Arbeitsfluids mittels des Drucks eines Steuerfluids gesteuert werden kann. Somit handelt es sich erfindungsgemäß um eine Vorrichtung zur indirekten Steuerung. Dabei kann die Steuerventilanordnung eine eigenständige Vorrichtung und dabei insbesondere in einer Zuleitung für ein Arbeitsfluid zu einem Aktuator, insbesondere einem pneumatischen Motor, angeordnet sein. Alternativ kann die Steuerventilanordnung aber auch Teil einer weiteren Vorrichtung und dabei insbesondere in einem Hebezeug integriert sein. Bevorzugt ist die Steuerventilanordnung eine ausschließlich pneumatisch betriebene Vorrichtung, d.h., zum Betrieb ist kein weiteres Betriebsmedium und/oder keine Elektrizität notwendig.
  • Jede der pneumatischen Ventileinheiten umfasst jeweils wenigstens ein, bevorzugt genau ein Ventil, das mittels eines Fluid-, insbesondere eines Gasdrucks umgeschaltet bzw. gesteuert werden kann. Besonders bevorzugt ist jede Ventileinheit durch ein Ventil gebildet, das ausschließlich pneumatisch betrieben wird, wobei dies bevorzugt keine Federelemente im Inneren der Ventileinheit ausschließt, sondern sich besonders bevorzugt lediglich auf den Betrieb von außen bezieht. Die erste und zweite Ventileinheit sind, bevorzugt unmittelbar aneinander angrenzend, in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei besonders bevorzugt die beiden Ventilzylinder parallel zueinander und/oder nebeneinander angeordnet sind und ganz besonders bevorzugt bezüglich Länge und/oder Durchmesser identisch zueinander gebildet sind. Dabei sind die Ventileinheiten funktional hintereinander angeordnet, d.h., dass das der Steuerventilanordnung zugeleitete Arbeitsfluid erst zur ersten Ventileinheit und anschließend, bevorzugt mit der ersten Ventileinheit in einer geöffneten Stellung, in die zweite Ventileinheit gelangt.
  • Bei den Druckfluiden, dem Arbeitsfluid und/oder dem Steuerfluid, kann es sich grundsätzlich um eine beliebige Flüssigkeit oder ein beliebiges Gas handeln. Zwar ist ein Betrieb mit einem hydraulischen Arbeits- und/oder Steuerfluid denkbar, jedoch wird ein rein pneumatischer Betrieb bevorzugt. Besonders bevorzugt sind die Druckfluide jeweils Druckluft. Grundsätzlich kann dabei der Druck des Arbeits- und/oder Steuerfluids beliebig gewählt sein. Bevorzugt beträgt der Druck des bereitgestellten Arbeits- bzw. Betriebsfluids zwischen 0 bar und 10 bar, besonders bevorzugt maximal 6 bar und ganz besonders bevorzugt genau 6 bar, sodass am Arbeitsfluideinlass der Steuerventilanordnung ein konstanter Druck von etwa 6 bar anliegt. Der maximale Steuerdruck, d.h., der Druck des Steuerfluids, beträgt bevorzugt ebenfalls 6 bar, wobei der Steuerdruck besonders bevorzugt zwischen 1 bar und 6 bar mittels eines Steuerventils, insbesondere in einer Handsteuerung, variierbar ist. Entsprechend liegt bevorzugt auch am Steuerfluideinlass der Steuerventilanordnung ein Druck von maximal 6 bar und bevorzugt zwischen 1 bar und 6 bar an.
  • Der Arbeitsfluidkanal hat grundsätzlich die Aufgabe, den Arbeitsfluideinlass mit dem Auslass für das Arbeitsfluid innerhalb der Steuerventilanordnung zu verbinden und dabei das Steuerfluid durch beide Ventileinheiten derart zu leiten, dass die Durchflussmenge bzw. der Volumenstrom des Arbeitsfluids mittels beider Ventileinheiten veränderbar ist. Dazu verläuft der Arbeitsfluidkanal bevorzugt durch jeweils einen Sperr- und Regelbereich der beiden Ventileinheiten und dabei insbesondere durch die jeweilige Ventilöffnung, die durch die beiden Ventilflächen des Ventilzylinders und des Ventilkolbens gebildet wird. Bevorzugt verbindet der Arbeitsfluidkanal die erste und zweite Ventileinheit derart miteinander, dass das Arbeitsfluid unmittelbar von der ersten in die zweite Ventileinheit strömen kann. Besonders bevorzugt sind im Arbeitsfluidkanal zwischen der ersten und der zweiten Ventileinheit keine weiteren Bauteile, insbesondere keine Ventile und/oder Verzweigungen angeordnet.
  • Das Federelement kann grundsätzlich ein beliebiges Bauteil oder eine beliebige Baugruppe sein, die geeignet ist, den Ventilkolben innerhalb des Ventilzylinders auf eine geschlossene Stellung der Ventileinheit hin vorzuspannen. Bevorzugt ist das Federelement dabei eine Druckfeder, besonders bevorzugt eine Spiralfeder, und/oder einstückig gebildet. Weiterhin bevorzugt ist eine Seite des Federelements gegen eine Stirn- bzw. Endseite des Ventilzylinders und/oder die andere Seite des Federelements an einem Ende bzw. einer Stirnseite des Ventilkolbens abgestützt. Ganz besonders bevorzugt ist ein Ende des Federelements zumindest abschnittsweise in einer Bohrung des Ventilkolbens angeordnet. Ebenfalls bevorzugt ist die Bohrung am Ende bzw. an der Stirnseite des Ventilkolbens derart angeordnet und/oder weist insbesondere eine so gewählte Tiefe auf, dass das Federelement vollständig in die Bohrung eingedrückt werden und dann die Stirnseite des Ventilkolbens mit einer Stirnseite des Ventilzylinders in Anlage kommen kann, wodurch in besonders einfacher Weise die maximale Verschiebbarkeit des Ventilkolbens in Bezug zum Ventilzylinder in diese Richtung festgelegt wird.
  • Bevorzugt wird die Stärke des ersten Federelements derart gewählt, dass der Ventilkolben den Arbeitsfluidkanal ohne anliegenden Druck des Steuerfluids zuverlässig schließt und besonders bevorzugt zugleich derart, dass beim Erreichen eines vorbestimmten Mindestdrucks des Steuerfluids, bevorzugt von 1,2 bar bis 1,3 bar, der Ventilkolben entgegen der Kraft des Federelements soweit in Richtung der geöffneten Stellung im Ventilzylinder gedrückt wird, dass ein vollständiges Öffnen mittels des ansteigenden Drucks des Arbeitsfluids in der ersten Ventileinheit ermöglicht wird. Grundsätzlich kann der Mindestdruck zum Öffnen des Ventilkolbens jedoch auch beliebig anders gewählt werden. Bevorzugt wird die Stärke des zweiten Federelements derart gewählt, dass eine Verschiebung des Ventilkolbens in gewünschtem Maße bei einem vorgegebenen Steuerdruck erfolgt, insbesondere eine vollständige Verschiebung genau innerhalb der möglichen Druckgrenzen des Steuerdrucks, beispielsweise zwischen 1 bar und 6 bar. Damit eine Steuerung des Drucks des Arbeitsfluids mittels der Steuerventilanordnung möglich ist, muss wenigstens die zweite Steuerdruckkammer vollständig von dem Arbeitsfluidkanal getrennt sein. Bevorzugt ist auch die erste Steuerdruckkammer vollständig vom Arbeitsfluidkanal getrennt.
  • Bevorzugt reicht ein beliebig starker Steuerdruck bzw. ein beliebiger Steuerdruck oberhalb eines Mindestdrucks in der ersten Steuerdruckkammer aus, um die erste Ventileinheit vollständig zu öffnen. Die erste Ventileinheit wird somit als Sperrventil der zweiten Ventileinheit vorgeschaltet betrieben und sorgt u.a. in vorteilhafter Weise dafür, dass kein dauerhafter Druck an der zweiten Ventileinheit anliegt, wenn kein Steuerdruck auf die Steuerventilanordnung wirkt. Zudem bildet die erste Ventileinheit ein Sicherheitsventil, um eine doppelte Sicherheit neben der zweiten Ventileinheit gegen eine unerwünschte Freigabe von Arbeitsdruck am Auslass zu bieten. Bevorzugt kann die erste Ventileinheit dazu nur zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand geschaltet werden, d.h., es handelt sich um ein Zweizustandsventil.
  • Auch die zweite Ventileinheit ist bevorzugt derart gebildet, dass diese das Arbeitsfluid vollständig sperren kann. Um das Arbeitsfluid in gewünschtem Umfang durchlassen zu können, weist die zweite Ventileinheit eine durch Verschieben des Ventilkolbens in dem Ventilzylinder einstellbare Ventilöffnung auf. Dabei wird die Ventilöffnung an einer Seite durch eine Ventilfläche des Ventilkolbens und an einer gegenüberliegenden Seite durch eine Ventilfläche des Ventilzylinders gebildet. Um mit einer Verschiebung des Ventilkolbens eine Veränderung der Größe der Ventilöffnung ermöglichen zu können, sind die beiden Ventilflächen verwinkelt zueinander angeordnet, sodass sich der Abstand beider Ventilflächen bei einem Verschieben des Kolbens vergrößert bzw. verkleinert. Um eine feinfühlige Verstellung zu ermöglichen, erstreckt sich jeder der Ventilflächen auf einer Oberfläche des Ventilkolbens bzw. des Ventilzylinders zumindest abschnittsweise entlang der Verschieberichtung. Bei einer geeigneten Auswahl der Federstärke der Ventileinheit ist es so möglich, für jeden möglichen Steuerdruck eine spezifische Position des Ventilkobens im Ventilzylinder zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung vorzusehen, sodass entsprechend der Ventilöffnung der Arbeitsdruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks entsprechend feinstufig einstellbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung weist wenigstens eine der beiden Ventilflächen der zweiten Ventileinheit, insbesondere die Ventilfläche des Ventilkolbens wenigstens zwei, bevorzugt genau zwei aufeinander folgende Abschnitte auf, wobei besonders bevorzugt der Winkel zwischen der Ventilfläche des Ventilkolbens und der gegenüberliegenden Ventilfläche des Ventilzylinders im ersten, der geschlossenen Stellung folgenden Abschnitt kleiner ist als der Winkel der Ventilfläche des Ventilkolbens und der gegenüberliegenden Ventilfläche des Ventilzylinders im zweiten, an die geöffnete Stellung angrenzenden Abschnitt, wodurch ein besonders feinfühliges Anfahren sowie langsames Heben und Senken bei einem Hebezeugs möglich ist. Bevorzugt weist eine der beiden Ventilflächen dabei einen sich ändernden Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt auf und besonders bevorzugt ist die andere Ventilfläche dabei ohne Winkeländerung gebildet. Weiterhin bevorzugt sind die beiden Abschnitte einer Ventilfläche deutlich voneinander abgegrenzt, d.h., der Winkel zwischen den Abschnitten ändert sich nicht kontinuierlich, sondern sprunghaft bzw. an einer Position. Ebenfalls bevorzugt ist der Winkel der Ventilflächen im zweiten Abschnitt wenigstens doppelt so groß, besonders bevorzugt wenigstens fünfmal so groß und ganz besonders bevorzugt wenigstens zehnmal so groß wie der Winkel der Ventilflächen im ersten Abschnitt. Entsprechend ist im zweiten Abschnitt der Ventilflächen bevorzugt der Durchmesser des Ventilkolbens bzw. der Abstand der beiden sich gegenüberliegenden Ventilflächen wenigstens doppelt, besonders bevorzugt wenigstens fünfmal und ganz besonders bevorzugt wenigstens zehnmal so groß wie im ersten Abschnitt. Besonders bevorzugt sind beide Abschnitte derart gebildet, dass diese eine Steuerung der Durchflussmenge des Arbeitsfluids zwischen einem voll gesperrten Zustand und einem voll geöffneten Zustand ermöglichen, wobei zunächst ein langsames und feinfühliges Anfahren und mit höherem Steuerdruck ein zügiges Heben einer Last mittels eines Hebezeugs möglich ist. Ganz besonders bevorzugt sind die beiden Abschnitte zusätzlich zum geschlossenen und zum geöffneten Zustand ansteuerbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung sind die beiden Ventilflächen im ersten und/oder zweiten Abschnitt, wenigstens in Bezug zueinander, bevorzugt jeweils linear verlaufend gebildet, wobei der Winkel zwischen den beiden Ventilflächen des ersten Abschnitts bevorzugt zwischen 0,1° und 15°, besonders bevorzugt zwischen 1° und 10° und ganz besonders bevorzugt zwischen 2° und 7° und der Winkel des zweiten Abschnitts zwischen 5° und 85°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 75° und ganz besonders bevorzugt zwischen 20° und 65°beträgt. Insbesondere bevorzugt beträgt der Winkel im ersten Abschnitt 2° und/oder der Winkel im zweiten Abschnitt 45°. Weiterhin bevorzugt erstrecken sich beide Ventilflächen im ersten und/oder zweiten Abschnitt mit gleichbleibendem Winkel zueinander entlang der Oberfläche des Ventilzylinders bzw. des Ventilkolbens, sodass sich der Abstand beider Ventilflächen zueinander kontinuierlich, insbesondere von der geschlossenen Position zur geöffneten Position hin, vergrößert.
  • Eine Ausführung der Steuerventilanordnung sieht vor, dass wenigstens eine der beiden Ventilflächen im ersten und/oder zweiten Abschnitt nichtlinear verlaufend gebildet ist, wobei der Winkel zwischen den beiden gegenüberliegenden Ventilflächen des Ventilkolbens und des Ventilzylinders sich bevorzugt zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position vergrößert und dabei der Winkel des ersten Abschnitts weiterhin bevorzugt zwischen 0,1° und 15°, besonders bevorzugt zwischen 1° und 10° und ganz besonders bevorzugt zwischen 2° und 7° und der Winkel des zweiten Abschnitts zwischen 5° und 85°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 75° und ganz besonders bevorzugt zwischen 20° und 65°beträgt. Ganz besonders bevorzugt ist eine der Ventilflächen des Ventilkolbens oder des Ventilzylinders in einem oder beiden Abschnitten nichtlinear verlaufend gebildet, während die gegenüberliegende Ventilfläche des Ventilzylinders oder des Ventilkolbens linear verläuft.
  • Generell wird ein Verlauf der Ventilflächen in Bezug zueinander mit einer zur geöffneten Position des Ventilkolbens hin sich vergrößernden Ventilöffnung bevorzugt. Ebenfalls wird generell bevorzugt, dass in wenigstens einem Abschnitt und besonders bevorzugt in beiden Abschnitten die Ventilfläche des Ventilkolbens oder des Ventilzylinders parallel zur Verstellrichtung des Ventilkolbens im Ventilzylinder angeordnet ist, während die andere, gegenüberliegende Ventilfläche in einem Winkel dazu mit einem linearen oder nichtlinearen Verlauf angeordnet ist. Besonders bevorzugt wird eine Ausführung mit einem Verlauf der Ventilfläche mit einem ersten linearen Abschnitt mit kleinem Winkel und einem zweiten linearen Abschnitt mit einem größeren Winkel.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung erstreckt sich der erste Abschnitt und/oder der zweite Abschnitt der Ventilflächen über wenigstens 15 %, bevorzugt wenigstens 25 %, besonders bevorzugt wenigstens 30 % und ganz besonders bevorzugt über wenigstens 40 % des maximalen Verstellweges des Ventilkolbens in Bezug zum Ventilzylinder, wodurch eine besonders feinfühlige Steuerung erreicht werden kann. Ebenfalls bevorzugt erstreckt sich der erste Abschnitt über maximal 80 %, bevorzugt 60 %, besonders bevorzugt 50 % und ganz besonders bevorzugt 40 % des maximalen Verstellweges. Weiterhin bevorzugt erstrecken sich beide Abschnitte zusammen über wenigstens 50 %, besonders bevorzugt wenigstens 75 % und ganz besonders bevorzugt wenigstens 80 % der maximalen Verstelllänge des Ventilkolbens.
  • Weiterhin ist eine Ausführung der Steuerventilanordnung bevorzugt bei der wenigstens der zweite Ventilkolben, bevorzugt auch der erste Ventilkolben, rotationssymmetrisch um eine Achse entlang der Verstellrichtung gebildet ist und der korrespondierende Ventilzylinder einen runden Querschnitt aufweist, sodass die Ventilöffnung die Form eines Ringspalts hat. Entsprechend weist wenigstens eine Ventilfläche bevorzugt eine konische Form auf, während die zweite Ventilfläche ebenfalls bevorzugt zylindrisch oder auch konisch gebildet ist.
  • Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführung der Steuerventilanordnung bei der die erste und/oder zweite Steuerdruckkammer im Bereich des dem Federelement gegenüberliegenden Endes des jeweiligen Ventilkolbens angeordnet ist und/oder der Arbeitsfluidkanal in der ersten und/oder in der zweiten Ventileinheit zwischen dem Bereich des Federelements und dem Bereich der Steuerdruckkammer angeordnet ist. Besonders bevorzugt umgibt der Arbeitsfluidkanal den jeweiligen Ventilkolben innerhalb des Ventilzylinders abschnittsweise allseitig. Weiterhin bevorzugt ist der Arbeitsfluidkanal abschnittsweise durch den Ventilzylinder gebildet.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung ist eine Handsteuereinheit vor dem Steuerfluideinlass angeordnet, die einen Handregler aufweist, mittels dem der Steuerdruck des Steuerfluids stufenlos regulierbar ist, wobei der Handregler besonders bevorzugt ein handbetätigbares Gasventil umfasst, mittels dem der Steuerdruck stufenlos und feinfühlig einstellbar ist.
  • Schließlich weist die Steuerventilanordnung bevorzugt genau einen einzigen Steuerfluideinlass auf, der im Inneren der Steuerventilanordnung mit den beiden Steuerdrucckammern verbunden ist, sodass der Steuerdruck stets in beiden Steuerdruckkammern gleich ist. Insbesondere bevorzugt weist die Steuerventilanordnung auch nur genau einen Arbeitsfluideinlass und/oder einen Arbeitsfluidauslass auf.
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
    • Fig. 1
    eine Schnittansicht einer Steuerventilanordnung mit zwei geschlossenen Ventileinheiten,
    Fig. 2
    eine vergrößerte Schnittansicht eines Sperrbereichs der zweiten Ventileinheit der in Fig. 1 dargestellten Steuerventilanordnung,
    Fig. 3
    eine Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Steuerventilanordnung mit einer geöffneten ersten Ventileinheit und einer geschlossenen zweiten Ventileinheit, und
    Fig. 4
    eine Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Steuerventilanordnung mit einer voll geöffneten ersten Ventileinheit und einer teilweise geöffneten zweiten Ventileinheit,
    Fig. 5
    eine Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Steuerventilanordnung mit zwei geöffneten Ventileinheiten.
  • Bei einer in Figur 1 dargestellten Steuerventilanordnung 1 zur indirekten pneumatischen Steuerung des Arbeitsdrucks für einen pneumatischen Lamellenmotor eines Hebezeugs sind eine erste und eine zweite Ventileinheit 2, 3 parallel zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
  • Jede der beiden Ventileinheiten 2, 3 ist als federvorgespanntes, pneumatisch betriebenes Ventil gebildet. Entsprechend ist in jeder der Ventileinheiten 2, 3 ein verschieblicher Ventilkolben 9, 10 in einem Ventilzylinder 7, 8 derart angeordnet, dass ein durch die Ventileinheit 2, 3 geleitetes Druckfluid, insbesondere Druckluft, mittels eines Oberflächenabschnitts des Ventilzylinders 7,8 und des Ventilkolbens 9, 10 gesperrt bzw. geregelt werden kann.
  • Der Ventilkolben 9, 10 ist an einer Seite mit einer Spiralfeder 11, 12 auf eine geschlossene Stellung hin vorgespannt, wobei ein Ende der Spiralfeder 11, 12 gegen eine runde Stirnfläche des Ventilzylinders 7, 8 abgestützt ist, während das andere Ende innerhalb einer Bohrung im Ventilkolben 9, 10 festgelegt ist. Am anderen Ende E des Ventilkolbens 9,10 ist im Ventilzylinder 7, 8 eine Steuerdruckkammer 13, 14 gebildet. Die Steuerdruckkammern 13, 14 beider Ventileinheiten 2, 3 sind gemeinsam mit einem Einlass für einen Steuerdruckluftstrom verbunden, sodass in der Steuerdruckkammer 13, 14 ein Druck aufgebaut werden kann, der der Federspannung der Spiralfeder 11, 12 entgegenwirkt und durch eine Beaufschlagung der Stirnfläche des Ventilkolbens 9, 10 mit dem Steuerdruck ein Verschieben des Ventilkolbens 9, 10 ermöglicht.
  • Die Steuerventileinheit 1 weist einen Arbeitsdrucklufteinlass 4 sowie einen entsprechenden Auslass 5 auf, der einen druckgesteuerten Druckluftstrom für den Lamellenmotor des Hebezeugs bereitstellt. Der Auslass 5 ist über einen Arbeitsdruckluftkanal 6 mit dem Arbeitsdrucklufteinlass 4 verbunden, wobei der Arbeitsdruckluftkanal 6 hintereinander durch beide Ventileinheiten 2, 3 führt und dabei jeweils mittels der Ventileinheiten 2, 3 in einem Sperr- und Regelbereich 15 sperr- und regelbar ist.
  • An dem zweiten Ventilkolben 10 sowie dem zugehörigen Ventilzylinder 8 ist jeweils eine Ventilfläche 16, 17 angeordnet, die im geschlossenen Zustand der Ventileinheit 2, 3 aneinander anliegen. Beide Ventilflächen 16, 17 sind derart verwinkelt zueinander angeordnet, dass bei einem Verschieben des Ventilkolbens 10 im Ventilzylinder 8 mit zunehmender Verschiebung sich eine vergrößernde Ventilöffnung in Form eines Ringspalts bildet.
  • In Fig. 1 ist eine Steuerventilanordnung 1 mit beiden Ventileinheiten 2, 3 in der geschlossenen Position dargestellt, sodass die erste Ventileinheit 2 den Arbeitsdruckluftstrom bereits kurz hinter dem Arbeitsdrucklufteinlass 4 absperrt und an der zweiten Ventileinheit 3 kein Druck im Bereich des Arbeitsdruckluftkanals 6 anliegt. In diesem Zustand der Steuerventilanordnung 1 liegt ebenfalls kein Steuerdruck an bzw. der Steuerdruck der Steuerdruckluft in den Steuerdruckkammern 13, 14 liegt unterhalb eines festgelegten Schwellenwerts von etwa 1,2 bar zum Öffnen der Ventileinheiten 2, 3.
  • In Fig. 3 ist eine Steuerventilanordnung 1 in einem Zustand dargestellt, der nur kurzfristig bzw. exakt beim Erreichen eines Schwellenwerts des Steuerdrucks zum Öffnen der Ventileinheiten 2, 3 auftritt. Die erste Ventileinheit 2 ist voll geöffnet, während die zweite Ventileinheit 3 noch geschlossen ist. Der in der ersten Steuerluftdruckkammer 13 anliegende Steuerdruck wirkt der ersten Spiralfeder 11 soweit entgegen, dass die Ventilöffnung der ersten Ventileinheit 2 gerade geöffnet wird, indem die beiden Ventilflächen 16, 17 der ersten Ventileinheit 2 außer Kontakt geraten.
  • Mit steigendem Steuerdruck wird nun auch der zweite Ventilkolben 10 der zweiten Ventileinheit 3 gegen die Federkraft der Spiralfeder 12 auf die geöffnete Stellung hin verschoben, wobei die Federkraft derart gewählt ist, dass in einem vordefinierten Druckbereich, bevorzugt zwischen 1 bar und 6 bar, der Ventilkolben 10 über den maximalen Verstellweg W verschoben wird.
  • Um zunächst eine feinfühlige Steuerung und mit steigendem Steuerdruck dann eine zügige und kraftvolle Freigabe des Arbeitsluftdrucks zu ermöglichen, sind die Ventilflächen 16, 17 der zweiten Ventileinheit 3 mit einem sich innerhalb der Steuerfläche 17 des Ventilkolbens 10 verändernden Winkel a, b gebildet (siehe Fig. 2). Dabei ist die Ventilfläche 16 des Ventilzylinders 8 als linear verlaufende Zylinderfläche als Teil der Wandung des Ventilzylinders 8 gebildet. Die Ventilfläche 17 des Ventilkolbens 10 weist zwei zueinander verwinkelte Abschnitte A, B auf, die jeweils auch in einem Winkel a, b zur gegenüberliegenden Ventilfläche 16 angeordnet sind. Beide Abschnitte A, B weisen einen linearen Verlauf auf. Der Winkel a des ersten Abschnitts der Ventilfläche 17 zur gegenüberliegenden Ventilfläche 16 beträgt 5°, während der entsprechende Winkel b des zweiten Abschnitts B 45° beträgt. Die beiden Abschnitte A, B erstrecken sich über 85 % des maximalen Verstellweges W des Ventilkolbens 10 im Ventilzylinder 8.
  • In Fig. 4 ist eine Steuerventilanordnung 1 mit der ersten Ventileinheit 2 in der vollständig geöffneten Position und der zweiten Ventileinheit 3 in einer teilweise geöffneten Position dargestellt, wobei die Arbeitsdruckluft durch einen durch die Steuerflächen 16, 17 der zweiten Ventileinheit 3 gebildeten Ringspalt geleitet wird und ein reduzierter Volumenstrom durch diesen Ringspalt durch den Arbeitsdruckluftkanal 6 von dem Arbeitsdrucklufteinlass 4 zum Auslass 5 der Steuerventilanordnung strömen kann.
  • In Fig. 5 ist schließlich eine Steuerventilanordnung 1 mit beiden Ventileinheiten 2, 3 in der vollständig geöffneten Position dargestellt, wobei die Arbeitsdruckluft durch die Steuerflächen 16, 17 der beiden Ventileinheiten 2, 3 ungehindert durch den Arbeitsdruckluftkanal 6 von dem Arbeitsdrucklufteinlass 4 zum Auslass 5 der Steuerventilanordnung strömen kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Steuerventilanordnung
    2
    erste Ventileinheit
    3
    zweite Ventileinheit
    4
    Arbeitsfluideinlass
    5
    Auslass
    6
    Arbeitsfluidkanal
    7
    erster Ventilzylinder
    8
    zweiter Ventilzylinder
    9
    erster Ventilkolben
    10
    zweiter Ventilkolben
    11
    erstes Federelement
    12
    zweites Federelement
    13
    erste Steuerdruckkammer
    14
    zweite Steuerdruckkammer
    15
    Sperr- und Regelbereich
    16
    erste Ventilfläche
    17
    zweite Ventilfläche
    A
    erster Abschnitt
    B
    zweiter Abschnitt
    E
    Ende des Ventilkolbens
    F
    Bereich des Federelements
    S
    Bereich der Steuerdruckkammer
    V
    Verstellrichtung
    W
    maximaler Verstellweg
    a
    Winkel des ersten Abschnitts
    b
    Winkel des zweiten Abschnitts

Claims (10)

  1. Steuerventilanordnung (1) zur indirekten pneumatischen Steuerung, insbesondere eines pneumatisch betriebenen Lamellenmotors eines Hebezeugs, mit
    - zwei pneumatischen, hintereinander angeordneten Ventileinheiten (2, 3),
    - einem Arbeitsfluideinlass (4) und einem Steuerfluideinlass,
    - einem den Arbeitsfluideinlass (4) durch beide Ventileinheiten (2, 3) hindurch mit einem Auslass (5) verbindenden Arbeitsfluidkanal (6),
    - jeweils einem innerhalb eines Ventilzylinders (7, 8) der ersten und zweiten Ventileinheit (2, 3) angeordneten, zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbaren Ventilkolben (9, 10),
    - jeweils einem den ersten und den zweiten Ventilkolben (9, 10) auf die geschlossene Stellung hin vorspannenden Federelement (11, 12),
    - jeweils einer mit dem Steuerfluideinlass verbundenen Steuerdruckkammer (13, 14) zum Beaufschlagen des jeweiligen Ventilkolbens (9, 10) mit einem der Vorspannung des Federelements (11, 12) entgegenwirkenden Steuerdruck, wobei
    - die erste Ventileinheit (2) derart gebildet ist, dass beim Anlegen eines Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckkammer (13) der erste Ventilkolben (9) von der geschlossenen in die geöffnete Stellung verschoben wird, und wobei
    - in der zweiten Ventileinheit (3) in einem Sperr- und Regelbereich (15) des Arbeitsfluidkanals (6) zwei sich gegenüberliegende, zueinander verwinkelte Ventilflächen (16, 17) am Ventilzylinder (8) und am Ventilkolben (10) derart sich entlang der Verschieberichtung (V) erstreckend angeordnet sind, dass die Ventilflächen (16, 17) beim Verschieben des Ventilkolbens (10) im Ventilzylinder (8) aufgrund eines sich ändernden Steuerdrucks eine unterschiedlich weit geöffnete Ventilöffnung bilden und entsprechend der Ventilöffnungsweite der Arbeitsdruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks feinstufig einstellbar ist.
  2. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Ventilfläche (17) des Ventilkolbens (10) der zweiten Ventileinheit (3) zwei aufeinander folgende Abschnitte (A, B) aufweist, wobei der Winkel (a) zwischen der Ventilfläche (17) des Ventilkolbens (10) und der gegenüberliegenden Ventilfläche (16) des Ventilzylinders (8) im ersten, der geschlossenen Stellung folgenden Abschnitt (A) kleiner ist als der Winkel (b) der Ventilfläche (17) des Ventilkolbens (10) und der gegenüberliegenden Ventilfläche (16) des Ventilzylinders (8) im zweiten, an die geöffnete Stellung angrenzenden Abschnitt (B).
  3. Steuerventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfläche (17) des Ventilkolbens (10) der zweiten Ventileinheit (3) im ersten und/oder zweiten Abschnitt (A, B) linear verlaufend gebildet sind, wobei der Winkel (a, b) zwischen den beiden Ventilflächen (16, 17) zwischen 0,1° und 10° beträgt.
  4. Steuerventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfläche (17) des Ventilkolbens (10) der zweiten Ventileinheit (3) im ersten und/oder zweiten Abschnitt (A, B) nichtlinear verlaufend gebildet ist, wobei der Winkel (a, b) zwischen den beiden Ventilflächen (16, 17) sich zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position vergrößert und dabei zwischen 0,1° und 45° beträgt.
  5. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Abschnitt (A) und/oder der zweite Abschnitt (B) der Ventilfläche (17) des Ventilkolbens (10) der zweiten Ventileinheit (3) jeweils über wenigstens 25 % des maximalen Verstellweges (W) des Ventilkolbens (10) in Bezug zum Ventilzylinder (8) erstreckt.
  6. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der zweite Ventilkolben (10) rotationssymmetrisch gebildet ist und der korrespondierende Ventilzylinder (8, 7) einen runden Querschnitt aufweist, sodass die Ventilöffnung die Form eines Ringspalts hat.
  7. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Steuerdruckkammer (13, 14) im Bereich des dem Federelement (11, 12) gegenüberliegenden Endes (E) des jeweiligen Ventilkolbens (9, 10) angeordnet ist und/oder der Arbeitsfluidkanal (6) in der ersten und/oder in der zweiten Ventileinheit (2, 3) zwischen dem Bereich (F) des Federelements (11, 12) und dem Bereich (S) der Steuerdruckkammer (13, 14) angeordnet ist.
  8. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Handsteuereinheit vor dem Steuerfluideinlass angeordnet ist, die einen Handregler aufweist, mittels dem der Steuerdruck des Steuerfluids stufenlos regulierbar ist.
  9. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen einzigen Steuerfluideinlass, der im Inneren der Steuerventilanordnung (1) mit beiden Steuerdruckkammern verbunden ist.
  10. Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids in einer Steuerventilanordnung (1) zur indirekten pneumatischen Steuerung, wobei die Steuerventilanordnung (1) zwei pneumatische, hintereinander angeordnete Ventileinheiten (2, 3) mit jeweils einem innerhalb eines Ventilzylinders (7, 8) angeordneten Ventilkolben (9, 10) aufweist, mit den Schritten:
    - Anlegen eines Arbeitsdrucks mittels eines Arbeitsfluids an einem Arbeitsfluideinlass (4) der Steuerventilanordnung (1),
    - Steuerung eines Steuerdrucks in einem Steuerfluid, insbesondere mittels eines feinfühligen Ventils einer Handsteuerung, und Belasten eines Steuerfluideinlasses der Steuerventilanordnung (1) mit dem Steuerdruck,
    - Einleiten von dem Steuerfluid in jeweils eine Steuerdruckkammer (13, 14) der ersten und zweiten pneumatischen Ventileinheit (2, 3), wobei das Steuerfluid einen durch ein Federelement (11, 12) auf eine geschlossene Stellung vorgespannten, innerhalb des Ventilzylinders (7, 8) angeordneten Ventilkolben (9, 10) auf eine geöffnete Stellung hin verschieben kann, wobei
    - das Anlegen des Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckkammer (13) den ersten Ventilkolben (9) von der geschlossenen in die geöffnete Stellung verschiebt, wodurch das Arbeitsfluid durch einen mit dem Arbeitsfluideinlass (4) verbundenen Arbeitsfluidkanal (6) durch die erste, geöffnete Ventileinheit (2) zur zweiten Ventileinheit (3) strömen kann, wobei
    - das Anlegen des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdruckkammer (14) zu einem Verschieben des zweiten Ventilkolbens (10) entgegen der Kraft des Federelements (12) in eine dem Steuerdruck zugeordneten Position des Ventilkolbens (10) im Ventilzylinder (8) zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung führt, wodurch das Arbeitsfluid durch den Arbeitsfluidkanal (6) in der zweiten Ventileinheit (3) zwischen zwei sich gegenüberliegenden, zueinander verwinkelten und sich auf der Oberfläche des Ventilzylinders (8) und des Ventilkolbens (10) entlang der Verschieberichtung (V) erstreckenden Ventilflächen (16, 17) hindurchströmt, wobei eine zwischen den Ventilflächen (16, 17) gebildete Ventilöffnung im Arbeitsfluidkanal (6) in Abhängigkeit des Steuerdrucks entsprechend feinstufig einstellbar ist und den am Auslass (5) anliegenden Druck des Arbeitsfluids regelt.
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