CH670873A5

CH670873A5 -

Info

Publication number: CH670873A5
Application number: CH1030/86A
Authority: CH
Inventors: Herbert Dipl-Ing Kuehnelt
Original assignee: Hoerbiger Ventilwerke Ag
Priority date: 1985-03-15
Filing date: 1986-03-13
Publication date: 1989-07-14
Also published as: IT1188584B; ES553055A0; IT8619735A1; ATA78585A; FR2578918A1; AT386258B; ES8701919A1; DE3606715A1; IT8619735A0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsanordnung für pneumatische Arbeitszylinder, mit einem Wegeventil für die Steuerung der Zuführung und der Abführung des Druckmittels zum bzw. vom Arbeitszylinder und mit einem in die zum Wegeventil führende Druckmittelzuleitung eingebauten Druckreduzierventil, dessen Regelventil durch die Kraft einer vorgespannten Regelfeder gesteuert ist.

Der Energieverbrauch pneumatischer Arbeitszylinder steigt bekanntlich mit dem Druck des zur Betätigung verwendeten Druckmittels, weil das am Ende des Arbeitshubes im Zylinder vorhandene komprimierte Druckmittel ohne weitere Arbeitsleistung abgeführt und entspannt wird. Es ist deshalb vorteilhaft, die Arbeitszylinder jeweils nur mit einem solchen Druck zu betätigen, der für die sichere Durchführung der jeweiligen Arbeitsbewegung gerade noch ausreicht. Daraus ergibt sich, dass für den Rückhub des Arbeitszylinders in aller Regel ein erheblich niedrigerer Druck des Antriebsmittels verwendet werden kann als für den Arbeitshub.

Es ist bekannt, den Steuerventilen für pneumatische Zylinder ein Druckreduzierventil vorzuschalten, mit dem der jeweils erforderliche Druck eingestellt werden kann. Dieses Druckreduzier-5 ventil bestimmt den maximalen Druck, deer dem zur Steuerung verwendeten Wegeventil zugeführt wird. Der Arbeitshub und der Rückhub werden dabei mit dem gleichen Druck ausgeführt, wodurch beim Rückhub auf Grund des unnötig hohen Druckes Energieverluste auftreten. Um den Druck des Arbeitsmittels auch io auf die für den Rückhub jeweils erforderliche Höhe zu reduzieren, ist ein zweites Druckreduzierventil erforderlich, das in der Leitung angeordnet sein muss, die vom Wegeventil in den den Rückhub bewirkenden Zylinderraum führt. Es sind also für die Steuerung jedes Arbeitszylinders zwei Druckreduzierventile notwendig, was 15 einen erheblichen Aufwand darstellt. Ausserdem verursacht das zweite Druckreduzierventil einen zusätzlichen Durchgangswiderstand für das strömende Druckmittel, insbesondere beim Abströmen aus dem Arbeitszylinder, weil das während des Arbeitshubes abströmende Druckmittel durch das zweite Druckreduzierventil 20 hindurch zurückströmen muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bisher bekannten Steuerungsanordnungen für pneumatische Arbeitszylinder so zu verbessern, dass nur ein Druckreduzierventil erforderlich ist, um die Drücke des Arbeitsmediums sowohl beim 25 Arbeitshub als auch beim Rückhub auf den jeweils günstigen Wert einstellen zu können.

Mit der Erfindung wird diese Aufgabe bei der eingangs angeführten Steuerungsanordnung dadurch gelöst, dass die Regelfeder des Druckreduzierventils an einem im Ventilgehäuse verschiebbar 30 geführten Stellkolben abgestützt ist, der zwischen zwei Endlagen, in denen die Regelfeder verschieden stark vorgespannt ist, verstellbar ist. Der Ausgangsdruck des Druckreduzierventils kann bei dieser Ausbildung einfach zwischen zwei Werten verstellt werden. Für die Durchführung des Arbeitshubes wird die Regelfeder 35 durch Verstellen des Stellkolbens in die eine Endlage gespannt, so dass ein hoher Druck abgegeben wird, und für den Rückhub wird der Stellkolben in die andere Endlage verschoben, so dass bei entspannter Regelfeder ein niedrigerer Druck abgegeben wird. Da das erfindungsgemäss vorgesehene Druckreduzierventil beide 40 Drücke vor dem Wegeventil regelt, kann das abströmende Medium ungehindert durch das Wegeventil austreten. Da somit bei der erfindungsgemässen Steuerungsanordnung die Betätigungsdrücke immer nur so hoch sind, wie es unbedingt erforderlich ist, und ausserdem die Strömungswiderstände möglichst klein 45 sind, ergeben sich erhebliche Energieeinsparungen.

Bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung kann der Stellkolben in der Stellung mit der kleinen Vorspannung der Regelfeder an einem in Achsrichtung des Stellkolbens verstellbaren Anschlag anliegen, der z.B. aus einer in den Zylinderdeckel so eingeschraubten Anschlagschraube besteht. Die Endlage des Stellkolbens kann dadurch einfach mit Hilfe der Anschlagschraube verstellt werden.

Erfindungsgemäss kann weiterhin der Stellkolben in einem Stellzylinder geführt sein, der in einen rohrförmigen Fortsatz des 55 Ventilgehäuses axial verstellbar eingesetzt, vorzugsweise eingeschraubt ist und einen mit ihm verstellbaren Endanschlag für den Stellkolben in der Stellung mit der grossen Vorspannung der Regelfeder besitzt. Die durch den Endanschlag bestimmte Endlage des Stellkolbens kann bei dieser Ausbildung einfach dadurch 60 verändert werden, dass der Stellzylinder mehr oder weniger weit in den rohrförmigen Fortsatz des Ventilgehäuses eingeschraubt wird.

Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass der Stellkolben von einem Stellbolzen axial durchsetzt ist, der mit einem 65 Ende in den Stellzylinder frei hineinragt und mit einem den Endanschlag bildenden Kopf versehen ist, mit seinem anderen Ende hingegen in den Stellzylinder, vorzugsweise koaxial in eine den oberen Anschlag bildende Anschlagschraube, verstellbar einge

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setzt ist. Diese Ausfuhrungsform hat den Vorteil, dass beide Endanschläge von der Seite des Zylinderdeckels aus verstellt werden können, wobei es nicht notwendig ist, den Stellzylinder selbst zu verdrehen. Die Zufuhr des Steuerdruckmittels in den Zylinderraum des Stellzylinders wird dadurch einfacher, insbesondere weil es nicht erforderlich ist, die zum Stellzylinder führende Anschlussleitung abzunehmen oder als beweglichen Anschluss auszufuhren.

Die Umsteuerung des Druckreduzierventiles von einem Ausgangsdruck auf einen anderen erfolgt zweckmässig, jedoch nicht zwingend, synchron mit der Umschaltung der Druckmittelzufüh-rung zu den beiden Zylinderräumen. Hiefür kann erfindungsgemäss der Stellkolben einen Zylinderraum abdichten, der mit einem Anschluss für die Zufuhrung eines Steuerdruckmittels versehen ist, vorzugsweise des das Wegeventil betätigenden Steuerdruckmittels. Die Umsteuerung erfolgt dabei durch dasselbe Steuersignal, das die Umschaltung des Wegeventils bewirkt, so dass für die Betätigung des Druckreduzierventils keine zusätzlichen Einrichtungen erforderlich sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der vom Stellkolben abgedichtete Zylinderraum über einen im Ventilgehäuse verlaufenden Steuerkanal und über das Steuerventil eines Magnetventils mit dem an die Druckmittelquelle angeschlossenen Eingang des Druckreduzierventils in Verbindung stehen, wobei das Magnetventil an das Ventilgehäuse angebaut ist und mit einem von ihm gesteuerten Entlüftungsausgang für den Steuerkanal versehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Druckreduzierventil vom Wegeventil für die Steuerung der Druckmittelzufuhr zum Arbeitszylinder vorgeschaltet. Die zum Wegeventil fuhrende Steuerleitung ist zweckmässig an einen mit dem Zylinderraum des Stellzylinders verbunden Anschluss des Druckreduzierventiles angeschlossen. Dies ergibt nicht nur eine einfache Anordnung des Gerätes und der Leitungen, sondern stellt auch sicher, dass das Druckreduzierventil vor der Ansteuerung des Wegeventi-les auf den richtigen Druck umschaltet.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den Stellkolben durch ein eigenes Druckmittelsignal oder die beiden Endanschläge durch eigene Stelleinrichtungen zu verstellen, so dass z.B. eine selbsttätige Anpassung des Druckes des Arbeitsmittels an sich ändernde Belastungen des Arbeitszylinders erfolgen können. Es ist auch denkbar, den Druck des zugeführten Arbeitsmittels während des Arbeitshubes des Kolbens des Arbeitszylinders zu verändern und an sich ändernde Belastungen des Kolbens anzupassen, was einfach durch stufenlose Verstellung des Stellkolbens des Druckreduzierventils zwischen den beiden Endlagen erfolgen kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigt Figur 1 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemässen Steuerungsanordnung, Figur 2 dazu einen axialen Mittelschnitt durch ein Druckreduzierventil und Figur 3 einen Mittelschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Druckreduzierventiles.

Die gezeigte Anordnung besteht aus einem Arbeitszylinder 1 mit einem Kolben 2, von dem eine Kolbenstange 3 nach aussen geführt ist. Der Kolben 2 unterteilt den Arbeitszylinder in einen Arbeitsdruckraum 4 für den Arbeitshub und in einen Rückstell-druckraum 5 für den Rückhub des Kolbens 2. Für die Betätigung des Arbeitszylinders 1 ist ein Wegeventil 6 vorgesehen, das über zwei Druckleitungen 7 und 8 mit dem Arbeitsdruckraum 4 und mit dem Rückstelldruckraum 5 des Arbeitszylinders 1 in Verbindung steht. Die Umschaltung des Wegeventils 6 erfolgt über ein pneumatisches Steuersignal, das über eine Steuerleitung 9 zugeführt wird. Das den Arbeitszylinder 1 betätigende Druckmittel wird dem Wegeventil 6 von einer Druckmittelquelle 10 über eine Druckmittelzuleitung 11 zugeführt. In die Druckmittelzuleitung ist ein Druckreduzierventil 12 eingeschaltet. Eine Pilotleitung 13, die von der Steuerleitung 9 zum Druckreduzierventil 12 führt,

dient zur Zuführung eines Steuersignals zum Druckreduzierventil 12, um dessen Ausgangsdruck auf zwei verschiedene Werte einzustellen.

Das in Figur 2 dargestellte Druckreduziérventil 12 besteht aus einem Ventilgehäuse 14 mit einem Eingang 15 und einem Ausgang 16 für das Druckmittel, zwischen denen ein federbelastetes Regelventil 17 angeordnet ist. Der Verschlusskörper des Regel-ventiles 17 steuert eine Entlüftungsöffnung 19 in einem Membranteller 20 einer Membrane 21, die durch einen glockenartigen Oberteil 22 des Ventilgehäuses 14 festgespannt ist. Die Membrane 21 ist durch eine auf den Membranteller 20 wirkende Regelfeder 23 belastet, die an einem Stellkolben 24 abgestützt ist. Der Stellkolben 24 ist in einem Stellzylinder 25 verschiebbar geführt und dichtet einen Zylinderraum 26 ab. Dieser ist mit einem Anschluss 27 für die Zuführung eines Steuerdruckmittels versehen.

Der Stellzylinder 25 ist mit Aussengewinde ausgeführt und in einen rohrförmigen Fortsatz 28 des Oberteiles 22 des Ventilgehäuses 14 eingeschraubt. An seinem unteren Ende weist der Stellzylinder 25 einen nach innen vorspringenden Bund auf, der einen unteren Endanschlag 29 für den Stellkolben 24 bildet. Am anderen Ende ist der Stellzylinder 25 durch einen Zylinderdeckel 30 abgeschlossen, in den eine Anschlagschraube 31 eingeschraubt ist, deren Ende einen oberen Anschlag 32 für den Stellkolben 24 bildet. Mit Hilfe einer Gegenmutter 33 und einer Dichtung 34 wird die Anschlagschraube 31 gedichtet und in der eingestellten Lage gesichert. Auch der Stellzylinder 25 ist zur Sicherung der eingestellten Lage mit einer Gegenmutter 35 versehen.

Das Druckreduzierventil 12 nach Figur 3 unterscheidet sich von der Ausführung nach Figur 2 zunächst dadurch, dass beide Endanschläge 29 und 32 für den Stellkolben 24 von der Stirnseite des Stellzylinders 25 aus verstellt werden können. Der Endanschlag 29 für die untere Endlage des Stellkolbens 24 ist dort als verbreiterter Kopf eines Stellbolzens 36 ausgebildet, der den Stellkolben 24 in dessen Achse durchsetzt und in die hohl ausgebildete Anschlagschraube 31 eingeschraubt ist. Eine Gegenmutter 37 dient zur Fixierung des Stellbolzens 36 in der hohlen Anschlagschraube 31. Der am Ende der Anschlagschraube 31 vorgesehene Anschlag 32 wirkt auch hier auf die Oberseite des Stellkolbens 24. Zur Verstellung des Anschlages 32 ist die Stellschraube 31 in die Stirnseite des Stellzylinders 25 eingeschraubt. Eine Kappe 38 deckt die aussenliegenden Enden der Anschlagschraube 31 und des Stellbolzens 36 ab. Sie verhindert, dass die beiden Endanschläge unabsichtlich verstellt werden. Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel an Stelle des Membrantellers 20 mit der Membrane 21 ein Federteller 20' mit einem diesen abdichtenden Kolben 21' vorgesehen.

Am unteren Ende des Druckreduzierventils 12 ist in das Ventilgehäuse 14 ein Magnetventil 39 eingeschraubt, dessen Magnetanker 40 ein Steuerventil 41 betätigt. Dieses besteht aus einem in eine Bohrung des Ventilgehäuses 14 eingesetzten Ventilsitz 42, der durch einen in der Stirnseite des Magnetankers 40 angeordneten Dichtkörper 43 verschliessbar ist. Der Ventilsitz 42 steht mit dem Eingang 15 des Druckreduzierventils in Verbindung, so dass dem Steuerventil 41 immer Druckmittel aus der Druckmittelquelle zugeführt wird. Aus dem auf der anderen Seite des Ventilsitzes 42 gelegenen Ventilraum 44 führt ein Steuerkanal 45, der in Figur 3 nur strichpunktiert angedeutet ist, durch das Gehäuse nach oben und mündet in den Zylinderraum 26 des Stellzylinders 25. Über den Zylinderraum 26 steht der Steuerkanal 45 mit dem Anschluss 27 in dauernder Verbindung. Das Magnetventil 39 ist schliesslich mit einem Entlüftungsausgang 46 versehen, der gleichfalls vom Magnetanker 40 gesteuert wird.

Der Stellkolben 24 des Druckreduzierventils 12 nach Figur 2 kann mit Hilfe eines pneumatischen Ssteuersignals, das über die Pilotleitung 13 der Schaltung nach Figur 1 durch den Anschluss 27 in den Zylinderraum 26 zugeführt wird, aus der in Figur 1 dargestellten Endlage in die untere Endlage verschoben werden, in

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welcher er am Endanschlag 29 anliegt. Dadurch wird die Vorspannung der Regelfeder 23 vergrössert und der am Ausgang 16 abgegebene Druck entsprechend erhöht. Das beschriebene Druckreduzierventil kann also zwei verschiedene Sekundärdrücke am Ausgang 16 abgeben, in Abhängigkeit davon, in welcher Endlage sich der Stellkolben 24 befindet. Die beiden Endlagen können durch Verstellung der Endanschläge 29 und 32 frei gewählt werden. Der untere Endanschlag 29 kann nach Lösen der Gegenmutter 35 durch mehr oder weniger weites Hineinschrauben des Stellzylinders 25 in den rohrförmigen Fortsatz 28 und der obere Anschlag 32 durch Verstellen der Anschlagschraube 31 im Zylinderdeckel 30, gleichfalls nach Lösen der Gegenmutter 33, verstellt werden.

In der Steuerungsanordnung nach Figur 1 ist das Druckreduzierventil 12 vor dem Wegeventil 6 in die von der Druckmittelquelle 10 kommende Druckmittelzuleitung 11 eingeschaltet. Wenn die Steuerleitung 9 drucklos ist, befindet sich der Stellkolben 24 in der in Figur 2 eingezeichneten Endlage am oberen Anschlag 32. Das Druckreduzierventil 12 gibt dabei an seinem Ausgang 16 einen niedrigen Druck ab, der über das Wegeventil 6 in der in Figur 1 dargestellten Lage über die Druckleitung 8 in den Rückstelldruckraum 5 des Arbeitszylinders 1 zugeführt wird und dort den Rückstellhub des Kolbens 2 bewirkt.

Wenn das Wegeventil 6 durch Zuführung eines Drucksignals durch die Steuerleitung 9 umgeschaltet wird, beaufschlagt der Steuerdruck über die Pilotleitung 13 auch den Zylinderraum 26 des Druckreduzierventils 12, wodurch der Stellkolben 24 in seine untere Endlage verschoben wird, in der er am Endanschlag 29 anliegt und die Regelfeder 23 entsprechend mehr vorspannt. Am Ausgang 16 wird daher ein grösserer Sekundärdruck des Druckre-duzierventils abgegeben. Da auch das Wegeventil 6 umgeschaltet hat, wird dieser höhere Druck über die Druckleitung 7 in den Arbeitsdruckraum 4 des Arbeitszylinders 1 zugeführt, so dass der Kolben 2 bei der Ausführung des Arbeitshubes mit einem höheren Druck beaufschlagt wird. Die jeweils gewünschten Werte der beiden Drücke können durch Verstellung der Endanschläge 29 und 32 in der beschriebenen Weise wahlweise verändert und eingestellt werden.

Auch bei dem in Rgur 3 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel kann das Druckreduzierventil 12 zwischen zwei verschiedenen Ausgangsdrücken umgeschaltet werden. Das Druckreduzierventil 12 5 wird mit seinem Eingang 15 an die Druckmittelquelle für die Betätigung des Arbeitszylinders angeschlossen. Der Ausgang 16 führt zum Wegeventil. Das Magnetventil 39 steuert die Zuführung von Druckmittel in den Zylinderraum 26 des Stellzylinders 25, wodurch es möglich ist, den Ausgangsdruck zwischen den beiden io durch die Endanschläge 29 und 32 vorgegebenen Werten zu verstellen. Darüber hinaus kann mit dem Magnetventil 39 auch das in Figur 3 nicht dargestellte Wegeventil gesteuert werden. Es ist dazu lediglich erforderlich, den zum Zylinderraum 26 führenden Anschluss 27 des Druckreduzierventils 12 über eine Leitung mit 15 dem Steuereingang des Wegeventiles zu verbinden. Sobald das Magnetventil 39 das Steuerventil 41 öffnet, strömt Druckmedium über den Steuerkanal 45 in den Zylinderraum 26 ein und bewirkt eine Verschiebung des Stellkolbens 24 in seine andere Endlage, in der der Stellkolben 24 an dem als Kopf des Stellbolzens 36 ausge-2o bildeten Endanschlag 39 anliegt. Über den Anschluss 27 und eine daran anschliessende Steuerleitung wird mittels des Magnetventils 39 gleichzeitig das Wegeventil des Arbeitszylinders betätigt.

Vorteilhaft werden die beiden Drücke, die vom Druckreduzierventil 12 abgegeben werden, jeweils so gewählt, dass sie mög-25 liehst niedrig sind und zur Durchführung der jeweiligen Arbeitsbewegung gerade noch ausreichen. Dadurch werden Energieverluste vermieden, die dann entstehen, wenn zu hohe Drücke für die Betätigung des Arbeitszylinders verwendet werden und nach Durchführung der jeweiligen Arbeitsbewegung unnötig hoch ver-30 dichtetes Druckmittel ins Freie abgeblasen wird. Aus Rgur 1 ist ausserdem zu erkennen, dass für jeden Arbeitszylinder 1 nur ein einziges Druckreduzierventil 12 erforderlich ist, um beide gewünschten Drücke zu erhalten, und dass das aus den beiden Druckräumen 4, 5 des Arbeitszylinders 1 abströmende Druckmit-35 tel durch das Wegeventil 6 hindurch ungehindert abfliessen kann, so dass auch Energieverluste durch überflüssige Strömungswiderstände vermieden werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

670 873 PATENTANSPRÜCHE

1. Steuerungsanordnung für pneumatische Arbeitszylinder, mit einem Wegeventil für die Steuerung der Zuführung und der Abführung des Druckmittels zum bzw. vom Arbeitszylinder und mit einem in die zum Wegeventil führende Druckmittelzuleitung eingebauten Druckreduzierventil, dessen Regelventil durch die Kraft einer vorgespannten Regelfeder gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelfeder (23) des Druckreduzierventils (12) an einem im Ventilgehäuse (14) verschiebbar geführten Stellkolben (24) abgestützt ist, der zwischen zwei Endlagen, in denen die Regelfeder (23) verschieden stark vorgespannt ist, verstellbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (24) in der Stellung mit der kleinen Vorspannung der Regelfeder (23) an einem in Achsrichtung des Stellkolbens (24) verstellbaren Anschlag (32) anliegt, der z.B. aus einer in den Zylinderdeckel (30) eingeschraubten Anschlagschraube (31) besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (24) in einem Stellzylinder (25) geführt ist, der in einen rohrförmigen Fortsatz (28) des Ventilgehäuses (14) axial verstellbar eingesetzt, vorzugsweise eingeschraubt ist und einen mit ihm verstellbaren Endanschlag (29) für den Stellkolben (24) in der Stellung mit der grossen Vorspannung der Regelfeder (23) besitzt.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (24) von einem Stellbolzen (36) axial durchsetzt ist, der mit einem Ende in den Stellzylinder (25) frei hineinragt und mit einem den Endanschlag (29) bildenden Kopf versehen ist, mit seinem anderen Ende hingegen in den Stellzylinder (25), vorzugsweise koaxial in eine den oberen Anschlag (32) bildende Anschlagschraube (31), verstellbar eingesetzt ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (24) einen Zylinderraum (26) abdichtet, der mit einem Anschluss (27) für die Zuführung eines Steuerdruckmittels versehen ist, vorzugsweise des das Wegeventil (6) betätigenden Steuerdruckmittels.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Stellkolben (24) abgedichtete Zylinderraum (26) über einen im Ventilgehäuse (14) verlaufenden Steuerkanal (45) und über das Steuerventil (41) eines Magnetventils (39) mit dem an die Druckmittelquelle angeschlossenen Eingang (15) des Druckreduzierventils (12) in Verbindung steht, wobei das Magnetventil (39) an das Ventilgehäuse (14) angebaut ist und mit einem von ihm gesteuerten Entlüftungsausgang (46) für den Steuerkanal (45) versehen ist.