WO2007068416A1 - Belüftung eines schaltelementes - Google Patents

Belüftung eines schaltelementes Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for reducing the mechanical load and to increase the switching speed during the actuation of a control piston, in particular of the control piston of a switching element, according to the preamble of patent claim 1.
  • the switching elements are first vented to actuation on the opposite side. As soon as the pressure is applied for the desired movement, the opposite side is vented; In this case, the end stop is damped by the air cushion and the dynamic pressure resulting from the movement and the mechanical load is reduced. To realize this concept, different devices are known from the prior art.
  • DE 197 02 948 C2 describes a valve arrangement having a main valve which has a feed channel which can be connected to a pressure medium source, a working channel which can be connected to a consumer and a movable valve member which controls the fluid connection between the feed channel and the working channel, wherein the valve member has an application surface is associated, which is acted upon for moving the valve member with a fluid under pressure under a pilot fluid, which is fed via a supplied from the pressure medium source and controlled by a pilot valve pilot control channel.
  • pilot channel serving for specifying the operating pressure pressure regulator is switched on and the valve member associated with one of the loading surface axially oppositely directed Jacobeckungs realization which is acted upon by a counter-pressure channel with the prevailing operating pressure in the working channel.
  • DE 101 56 099 B4 describes a control device for pressure-actuated pneumatic actuators of valves, with a housing, with a pressure medium supply line, with a pressure medium discharge, a vent, and with a control piston, which is guided in a cylinder bore, and piston discs, through which the Cylinder bore is divided into control chambers, wherein for displacing the control piston from a first switching position into a second switching position and vice versa one of the control chambers by means of a control means pressurized or vented, depending on the switching position of the control piston, the pressure medium discharge either with the pressure medium supply line or the vent is connected by one of the further control chambers.
  • the one control chamber for venting with the vent is connectable and the control means is arranged in the housing.
  • the present invention has for its object to provide a method for reducing the mechanical load and to increase the switching speed in the operation of a control piston, in particular of the control piston of a switching element, by the implementation of a fast piston movement is achieved with sufficient cushioning.
  • the duration and amplitude of the counter-ventilation pulse are defined such that a faster piston movement can be achieved with sufficient end-position damping that can be achieved at the same time.
  • the counter-ventilation pulse can, shortly before the actuation of the control piston, i. be generated shortly before the energization of the valve of the target position and be switched off when energizing the valve of the target position or remain overlapping for a certain time.
  • the time interval between the beginning of the counter-ventilation and the beginning of the energization of the valve of the target position can be adjusted according to the invention as a function of the desired damping and switching speed.
  • the time, duration and / or amplitude of the counter-ventilation pulse depend on the cylinder type (differential cylinder, synchronous cylinder, 2-position cylinder, 3-position cylinder); In the case of a differential cylinder, the time, duration and / or amplitude are also dependent on the direction of movement and, in the case of a 3-position cylinder, on the starting and ending position. Type and duration of the counter-ventilation pulses may also depend advantageously on a requested switching speed (eg power circuit, Schonsctreu etc.).
  • the switching on and / or off of the counter-ventilation pulse can be carried out event- and / or time-controlled.
  • the switching times are shortened, with a sufficient, variable end position damping is realized.
  • Another advantage is that the valves required for the counter-ventilation can be made smaller, whereby the power consumption is reduced.
  • Figure 1 is a schematic representation of a control piston and the pressure lines and vent connections
  • Figure 2 shows an exemplary course of the signal of the valve for counter-ventilation and the signal of the valve for the target position of the piston and
  • Figure 3 shows another exemplary course of the signal of the valve for counter-ventilation and the signal of the valve for the target position of the piston according to the invention.
  • a control piston 1 is shown, which is arranged axially displaceably in a shift cylinder 2; the possible adjusting movement is illustrated by the arrow. 3, 3 'are pressure lines and designated 4, 4' vent connections.
  • the duration and amplitude of the counter-ventilation pulse is defined such that the maximum possible ventilation pressure, which limits the piston speed, can not build up.
  • the switching speed e.g., power switching, switch-off, etc.
  • the end position damping can be adjusted.
  • the time, duration and / or amplitude of the counter-ventilation pulse are dependent on the cylinder design.
  • the opposite side is vented only after the beginning of the pressurization of the switching piston or the energization of the valve of the target position by means of a counter-ventilation pulse to set a defined damping.
  • the time interval between the beginning of the energization of the valve of the target position and the beginning of the counter-ventilation in dependence on the desired damping and switching speed is adjustable.
  • FIG. 3 illustrates the case in which the counter-ventilation pulse is generated shortly before the actuation of the switching piston, ie shortly before the valve is energized, and is kept overlapping for a specific time.
  • the time interval between the beginning of the counter-ventilation and the beginning of the energization of the valve of the target position can be adjusted according to the invention as a function of the desired damping and switching speed.

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Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes, wird die dem Stelldruck abgewandte Seite (Gegenseite) des Schaltkolbens (1 ) mittels eines Gegenbelüftungspulses definiert belüftet, derart, dass sich der im Schaltzylinder (2) maximal mögliche Belüftungsdruck nicht aufbauen kann, wobei Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses derart definiert sind, dass eine schnellere Kolbenbewegung bei einer gleichzeitig erzielbaren ausreichenden Endlagendämpfung realisierbar ist.

Description

Belüftung eines Schaltelementes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Nach dem Stand der Technik werden die Schaltelemente bis zur Betätigung zunächst auf der Gegenseite belüftet. Sobald die Druckbeaufschlagung für die gewünschte Bewegung erfolgt, wird die Gegenseite entlüftet; hierbei wird durch das Luftpolster und den durch die Bewegung entstehenden Staudruck der Endanschlag gedämpft und die mechanische Belastung reduziert. Zur Realisierung dieses Konzeptes sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Einrichtungen bekannt.
Die DE 197 02 948 C2 beschreibt eine Ventilanordnung, mit einem Hauptventil, das einen mit einer Druckmittelquelle verbindbaren Speisekanal, einem mit einem Verbraucher verbindbaren Arbeitskanal und ein die Fluidver- bindung zwischen dem Speisekanal und dem Arbeitskanal steuerndes bewegbares Ventilglied aufweist, wobei dem Ventilglied eine Beaufschlagungsfläche zugeordnet ist, die zum Bewegen des Ventilgliedes mit einem unter einem Betätigungsdruck stehenden fluidischen Vorsteuermedium beaufschlagbar ist, das über einen von der Druckmittelquelle gespeisten und von einem Vorsteuerventil beherrschten Vorsteuerkanal zuführbar ist.
Hierbei ist in den Vorsteuerkanal ein zur Vorgabe des Betätigungsdruckes dienender Druckregler eingeschaltet und dem Ventilglied eine der Beaufschlagungsfläche axial entgegengesetzt gerichtete Gegenbeaufschlagungsfläche zugeordnet, die über einen Gegendruckkanal mit dem im Arbeitskanal herrschenden Arbeitsdruck beaufschlagt ist. Die DE 101 56 099 B4 beschreibt eine Steuervorrichtung für druckmittelbetätigte pneumatische Antriebe von Armaturen, mit einem Gehäuse, mit einer Druckmittelzuleitung, mit einer Druckmittelableitung, einer Entlüftung, und mit einem Schaltkolben, der in einer Zylinderbohrung geführt ist, und Kolbenscheiben aufweist, durch welche die Zylinderbohrung in Steuerkammern unterteilt ist, wobei zum Verschieben des Schaltkolbens von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung und umgekehrt eine der Steuerkammern mittels eines Steuermittels mit Druck beaufschlagt oder entlüftet werden kann, wobei je nach Schaltstellung des Schaltkolbens die Druckmittelableitung entweder mit der Druckmittelzuleitung oder der Entlüftung durch eine der weiteren Steuerkammern verbunden ist. Dabei ist die eine Steuerkammer zum Entlüften mit der Entlüftung verbindbar und das Steuermittel ist in dem Gehäuse angeordnet.
Durch die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen wird in nachteiliger Weise durch das Ausströmen der Luft auf der Gegenseite eine Verkürzung der Schaltzeit limitiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes anzugeben, durch dessen Durchführung eine schnelle Kolbenbewegung bei ausreichender Endlagendämpfung erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes vorge- schlagen, im Rahmen dessen die dem Stelldruck abgewandte Seite (Gegenseite) des Schaltkolbens mittels eines Gegenbelüftungspulses definiert belüftet wird, derart, dass sich der im Schaltzylinder maximal mögliche Belüftungsdruck nicht aufbauen kann.
Gemäß der Erfindung ist die Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses derart definiert, dass eine schnellere Kolbenbewegung bei einer gleichzeitig erzielbaren ausreichenden Endlagendämpfung realisierbar ist.
Hierbei kann der Gegenbelüftungspuls kurz vor der Betätigung des Schaltkolbens, d.h. kurz vor der Bestromung des Ventils der Zielposition erzeugt werden und bei Bestromung des Ventils der Zielposition abgeschaltet werden oder für eine bestimmte Zeit überschneidend erhalten bleiben. Das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Gegenbelüftung und dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition kann gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit eingestellt werden.
Im Rahmen einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, die Gegenseite erst nach Beginn der Druckbeaufschlagung des Schaltkolbens bzw. der Bestromung des Ventils der Zielposition mittels eines Gegenbelüftungspulses zu belüften, um eine definierte Dämpfung einzustellen.
Erfindungsgemäß hängen Zeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude des Gegenbelüftungspulses von der Zylinderbauart (Differenzialzylinder, Gleichgangzylinder, 2-Stellungszylinder, 3-Stellungszylinder) ab; für den Fall eines Diffe- renzialzylinders sind Zeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude zudem von der Bewegungsrichtung und für den Fall eines 3-Stellungszylinders von der Anfangsund Zielposition abhängig. Art und der Dauer der Gegenbelüftungspulse können zudem in vorteilhafter Weise von einer angeforderten Schaltgeschwindigkeit (z.B. Powerschaltung, Schonschaltung etc.) abhängen.
Das Ein- und/oder Ausschalten des Gegenbelüftungspulses kann ereig- nis- und/oder zeitgesteuert ausgeführt sein.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption werden die Schaltzeiten verkürzt, wobei eine ausreichende, variable Endlagendämpfung realisiert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die für die Gegenbelüftung erforderlichen Ventile kleiner dimensioniert werden können, wodurch der Stromverbrauch reduziert wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schaltkolbens sowie der Druckleitungen und Entlüftungsanschlüsse;
Figur 2 einen beispielhaften Verlauf des Signals des Ventils zur Gegenbelüftung sowie des Signals des Ventils für die Zielposition des Kolbens und
Figur 3 einen weiteren beispielhaften Verlauf des Signals des Ventils zur Gegenbelüftung sowie des Signals des Ventils für die Zielposition des Kolbens gemäß der Erfindung.
In Figur 1 ist ein Schaltkolben 1 dargestellt, welcher in einem Schaltzylinder 2 axial verschiebbar angeordnet ist; die mögliche Stellbewegung ist durch den Pfeil veranschaulicht. Mit 3, 3' sind Druckleitungen und mit 4, 4' Entlüftungsanschlüsse bezeichnet. Um eine Stellbewegung des Schaltkolbens 1 nach rechts zu erzielen, wird über die Druckleitung 3 die der Richtung der Stellbewegung abgewandte Seite (Stellseite) des Schaltkolbens 1 mit Stelldruck beaufschlagt; durch eine definierte Belüftung der dem Stelldruck abgewandten Seite (Gegenseite) des Schaltkolbens 1 mittels eines Gegenbelüftungspulses wird gemäß der Erfindung eine ausreichende Endlagendämpfung bei hoher Schaltgeschwindigkeit erzielt.
Hierbei ist die Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses derart definiert, dass sich der maximal mögliche Belüftungsdruck, welcher die Kolbengeschwindigkeit begrenzt, nicht aufbauen kann. Insbesondere kann durch die Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses die Schaltgeschwindigkeit (z.B. Powerschaltung, Schonschaltung etc.) und die Endlagendämpfung eingestellt werden. Des weiteren sind Zeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude des Gegenbelüftungspulses von der Zylinderbauart abhängig.
Zwei mögliche Beispiele des Verlaufs des Gegenbelüftungspulses sind Gegenstand der Figuren 2 und 3.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Verlauf wird die Gegenseite erst nach Beginn der Druckbeaufschlagung des Schaltkolbens bzw. der Bestromung des Ventils der Zielposition mittels eines Gegenbelüftungspulses belüftet, um eine definierte Dämpfung einzustellen. Hierbei ist das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition und dem Beginn der Gegenbelüftung in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit einstellbar. In Figur 3 ist der Fall veranschaulicht, bei dem der Gegenbelüftungspuls kurz vor der Betätigung des Schaltkolbens, d.h. kurz vor der Bestromung des Ventils der Zielposition erzeugt wird und für eine bestimmte Zeit überschneidend erhalten bleibt. Das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Gegenbelüftung und dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition kann gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit eingestellt werden.
Bezuαszeichen
1 Schaltkolben
2 Schaltzylinder
3 Druckleitung
3' Druckleitung
4 Entlüftungsanschluss
4' Entlüftungsanschluss

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens, insbesondere des Schaltkolbens eines Schaltelementes, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Stelldruck abgewandte Seite (Gegenseite) des Schaltkolbens (1) mittels eines Gegenbelüftungspulses definiert belüftet wird, derart, dass sich der im Schaltzylinder (2) maximal mögliche Belüftungsdruck nicht aufbauen kann, wobei Dauer und Amplitude des Gegenbelüftungspulses derart definiert sind, dass eine schnellere Kolbenbewegung bei einer gleichzeitig erzielbaren ausreichenden Endlagendämpfung realisierbar ist.
2. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenbelüftungspuls kurz vor der Betätigung des Schaltkolbens, d.h. kurz vor der Bestromung des Ventils der Zielposition erzeugt wird und bei Bestromung des Ventils der Zielposition abgeschaltet wird oder für eine bestimmte Zeit überschneidend erhalten bleibt.
3. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Gegenbelüftung und dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit eingestellt wird.
4. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenbelüftungs- puls nach dem Beginn der Betätigung des Schaltkolbens, d.h. nach dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition erzeugt wird.
5. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Bestromung des Ventils der Zielposition und dem Beginn der Gegenbelüftung in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung und Schaltgeschwindigkeit eingestellt wird.
6. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zeitpunkt , Dauer und/oder Amplitude des Gegenbelüftungspulses von der Zylinderbauart abhängig sind.
7. Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Belastung und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit bei der Betätigung eines Schaltkolbens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall eines Diffe- renzialzylinders Zeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude von der Bewegungsrichtung und für den Fall eines 3-Stellungszylinders von der Anfangs- und Zielposition abhängig sind.
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