DD247945A1

DD247945A1 - Schaltungsanordnung zum energiearmen betrieb druckmittelbetriebener stellorgane

Info

Publication number: DD247945A1
Application number: DD28886686A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Wongorski; Friedrich-Wilhelm Schulz
Original assignee: Asbestzementwerke Otto Grotewo
Priority date: 1986-04-08
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1987-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum energiearmen Betrieb druckmittelbetriebener Stellorgane, insbesondere fuer pneumatische Arbeitszylinder, zum vertikalen Bewegen von aus Totlast und Nutzlast bestehenden Lasten, bei denen das Stellorgan mit einem Speichervolumen verbunden ist. Ziel ist eine Schaltungsanordnung mit einem verringerten Herstellungsaufwand, mit groesserem Anwendungsbereich und energiesparendem Einsatz. Hierbei soll eine schnelle Arbeitsweise der Schaltungsanordnung sowie ein guenstigeres Verhaeltnis der aufzubringenden Energie zu der vom Stellorgan zu leistenden Arbeit erreicht werden. Erfindungsgemaess ist das mit dem Druckmittel gefuellte Volumen des Stellorgans direkt mit dem Speichervolumen verbunden. Das nicht mit dem Speichervolumen verbundene Volumen ist mit Hilfe des Druckmittels mit mindestens einer Kraft beaufschlagbar, wobei diese Kraft zusammen mit der Totlast groesser ist als die auf das mit dem Speichervolumen verbundene Volumen wirkende Kraft. Figur

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum energiearmen Betrieb druckmittelbetriebener Stellorgane, insbesondere für pneumatische Arbeitszylinder, zum vertikalen Bewegen von aus Totlast und Nutzlast bestehenden Lasten, bei denen das Stellorgan mit einem Speichervolumen verbunden ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum energiearmen Betrieb pneumatischer Anlagen hat man Bereits das Stellorgan über Wegeventile mit Druckspeichern unterschiedlichen Druckniveaus verbunden. Dabei wird der Druckauf- und -abbau im Stellorgan in diesem Fall in einem Arbeitszylinder, über eine Druckzwischenstufe vorgenommen, die von einem zusätzlich zum Betriebsdruckspeicher installierten Speicher mit Mitteldruck realisiert wird. Die Kompressionsenergie für den Aufbau der Druckzwischenstufe im Arbeitszylinder wird aus dem Mitteldruckspeicher entnommen. Die beim Druckabbau im Arbeitszylinder vom Hochdruck bis zum Mitteldruck freiwerdende Kompressionsenergie wird dem Mitteldruckspeicher zugeführt (DE-OS 2823041). Dadurch wird erreicht, daß ein Teil der aufgewendeten Kompressionsenergie zurückgewonnen wird, indem nach Beendigung des Arbeitsvorganges ein Teil des im Arbeitszylinder befindlichen Luftvolumens, dessen Druck dem Betriebsdruck im Hochdruckkessel entspricht, zu dem Mitteldruckkessel zurückgeführt und dort gespeichert wird. Die in diesem Luft-Teilvolumen gespeicherte Kompressionsenergie bleibt somit erhalten und wird im ersten Teil des nächsten Arbeitstaktes wieder verwendet, um im Arbeitszylinder die erste Druckstufe vom Umgebungszustand bis zum Mitteldruck-Niveau aufzubauen.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht in dem verhältnismäßig hohen Aufwand, der durch die beiden Kessel bedingt ist. Außerdem wird nur ein Teil der aufgewendeten Kompressionsenergie — in Abhängigkeit vom Druckverhältnis der beiden Kessel maximal 50% — zurückgewonnen.

Mindestens 50% der Energie gehen nach wie vor verloren, da der Druck für das gesamte Volumen des Arbeitszylinders auf Normaldruck gesenkt werden muß. Ein weiterer Nachteil ist durch den Zeitverlust beim Druckausgleich zwischen Hoch-und Mitteldruck bedingt. Die beim Druckausgleich funktionsbedingt auftretenden Verzögerungen 1. Ordnung schränken die Anwendung der Anordnung auf bestimmte technische Aufgaben ein. Während beispielsweise die Anwendung für Kupplungen sehr günstig ist, dürfte ein Einsatz für Hubvorgänge, die möglichst schnell ablaufen sollen, insbesondere Stapelvorgänge, ausgeschlossen sein.

Schließlich besteht ein Nachteil noch darin, daß zusätzliche Meßinstrumente zur Erfassung des Druckausgleichs erforderlich sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum energiearmen Betrieb druckmittelbetriebener Stellorgane, die bei verringertem Herstellungsaufwand wesentlich energiesparender als bekannte Anordnungen arbeitet und einen größeren Anwendungsbereich besitzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verhältnismäßig einfach aufgebaute Schaltungsanordnung zu entwickeln, bei der der Arbeitsprozeß des Stellorgans ohne Verzögerung abläuft und die zur Auflösung der Hubvorgänge aufzubringende Energie in einem wesentlich günstigeren Verhältnis zur vom Stellorgan zu leistenden Arbeit steht als es bei den bekannten Anordnungen bisher der Fall war.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das mit dem Druckmittel ausgefüllte Volumen des Stelorgans, gegen das die Last wirkt, direkt mit dem Speichervolumen verbunden ist. Das Speichervolumen ist so groß ausgelegt, daß das während eines Arbeitstakts vom Stellorgan verdrängte Druckmittel ohne wesentliche Druckerhöhung vom Speichervolumen aufgenommen wird. Das nicht mit dem Speichervolumen verbundene Volumen des Stellorgans ist mit Hilfe des Druckmittels mit mindestens einer Kraft beaufschlag bar, wobei diese Kraft bzw. jeweils eine dieser Kräfte zusammen mit der Totlast größer ist als die auf das mit dem Speichervolumen verbundene Volumen wirkende Kraft.

Für das Heben und Senken von aus Totlast und Nutzlast bestehenden Lasten ist das nicht mit dem Speichervolumen verbundene Volumen des Stellorgans wahlweise mit zwei Kräften beaufschlagbar, wobei eine Kraft der zum Senken der Totlast erforderlichen Kraft entspricht und die zweite Kraft der Kraft entspricht, die zum Senken des aus Totlast und Nutzlast bestehenden Gewichtes erforderlich ist.

Für den Fall, daß die Totlast wesentlich kleiner ist als die Nutzlast, ist in der einen Endstellung des Stellorgans, bei der das mit dem Speichervolumen verbundene Volumen des Stallorgans gleich „Null" ist, eine Arretierung des Kolbens des Stellorgans vorgesehen.

Das Speichervolumen und damit auch die Hubseite des Stellorgans wird mit einem Hubdruck beaufschlagt, der die .Gesamtlast in die gehobene Endstellung bewegt und dort hält. Dieser Hubdruck wird durch einen Druckregierund ein Rückschlagventil konstant gehalten. Die Senkseite des Stellorgans wird zum Senken mit dem Druckmittel beaufschlagt, und zum Heben wird lediglich dieser Druck wieder abgelassen. Das hat den Vorteil, daß das druckmittelbetriebene Stellorgan nur einmal mit dem zum Heben der Gesamtlast maximal benötigten Druck beaufschlagt wird. Beim Senken wird nur eine dem Senkdruck proportionalen Druckmittelmenge und damit eine wesentlich geringere Energiemenge benötigt, da das Senken durch Totlast bzw. Totlast und Nutzlast unterstützt wird. Außerdem braucht die Senkseite des Stellorgans nur mit einer zum Senkweg proportionale Druckmittelmenge beaufschlagt zu werden. Vorteilhaft ist auch der verhältnismäßig geringe apparative Aufwand der Schaltungsanordnung. Es wird nur ein Druckkessel als Speichervoiumen benötigt. Da nur einmal zum Füllen der Volumina der hohe Druck benötigt wird, der Betrieb der Anlage jedoch unter wesentlich geringerem Druck erfolgt und evtl. nur Leckverluste ergänzt werden müssen, kann auch auf kleinere Verdichter zurückgefriffen werden. Die Bereitstellung des Nutzdruckes in einer kleineren Druckstufe bedeutet aber nach den Gesetzen der Wärmelehre eine weitere Energieeinsparung.

Zum Aufbau der Schaltungsanordnung können handelsübliche Druckregelventile verwendet werden. Neben den genannten Vorteilen ist mit der Erfindung auch eine Verbesserung der Umwelt- sowie Arbeits- und Lebensbedingungen verbunden. Durch geringeren Druckmittelverbrauch werden die Ölverschmutzungen durch Öldämpfe in der Luft sowie der Lärm am Arbeitsplatz wesentlich verringert.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung am Beispiel eines pneumatischen Hubzylinders.

Die Schaltungsanordnung besteht aus einem Arbeitszylinder 1, dessen Hubseite mit einem Speicher 2 und dessen Senkseite über ein Doppelrückschlagventil 3 mit zwei jeweils durch einen Umschalter 4 bzw. 5 zum Arbeitszylinder 1 zuschaltbaren Druckreglern 6 bzw. 7 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung wird aus einer Betriebsdruckquelle 8, die mit den Druckreglern 6 und 7 und über einen Nenndruckregler 9 und ein Rückschlagventil 10 mit dem Speicher 2 verbunden ist, mit Druckluft versorgt.

Die Schaltungsanordnung stellt den Arbeitszustand „Heben" des Arbeitszylinders 1 dar. Der Kolben des Arbeitszylinders 1 hat dabei seine obere Stellung erreicht, unabhängig davon, ob er eine Nutzlast oder nur eine Totlast heben mußte. Dabei ist am Nenndruckregler 9 der maximale Hubdruck p_max. zum Heben von Totlast und Nutzlast eingestellt, während die Umschalter 4 bzw. 5 die einstellbaren Druckregler 6 bzw. 7 vom Arbeitszylinder trennen. ,

Im Speicher 2 und auf der Hubseite des Arbeitszylinders 1 ist der maximale Hubdruck vorhanden. Die Senkseite des Arbeitszylinders 1 ist dabei über das Doppelrückschlagventil 3 und ein Drosselrückschlagventil 11 mit der Atmosphäre verbunden. An den Druckreglern 6 und 7 sind unterschiedliche Drücke pi und p₂ eingestellt. Der am Druckregler 6 eingestellte Senkdruck der Totlast pi ist so groß, daß er den Kolben des Arbeitszylinders 1 ohne Nutzlast senkt. Der am Druckregler 7 eingestellte Senkdruck Nutzlast p₂ ist kleiner als p_1# jedoch so groß, daß er Nutz-und Totlast senkt. Damit ermöglicht die Schaltungsanordnung außerdem Arbeitszustand „Heben" die Arbeitszustände „Senken der Totlast" und „Senken der Nutz- und Totlast". Im Arbeitszustand „Senken der Totlast" ist der Druckregler 6 mit dem Senkdruck p-, über den Umschalter 4 und das Doppelrückschlagventil 3 mit der Senkseite des Arbeitszylinders 1 verbunden. Dabei wird die auf der Hubseite des Arbeitszylinders 1 befindliche Druckluft ganz oder teilweise in den Speicher 2 verdrängt. Zum Heben nach dem Arbeitszustand „Senken der Totlast" wird die Senkseite des Arbeitszylinders 1 durch Umschalten des Umschalters 4 über das Drosselrückschlagventil 3 mit der Atmosphäre verbunden. Dabei ist es wiederum unerheblich, ob eine Nutzlast oder nur eine Totlast zu heben ist. Die in den Speicher 2 verdrängte Druckluft strömt zurück in den Arbeitszylinder 1. Es ist aber auch möglich, sofort nach dem Senken die Senkseite des Arbeitszylinders 1 über den Umschalter 4 von dem Druckregler 6 zu trennen. In diesem Fall ist der Kolben des Arbeitszylinders 1 in seiner Stellung mechanisch zu verriegeln. Im Arbeitszustand „Senken der Nutz- und Totlast" ist der Druckregler 7 mit dem Senkdruck P2 über den Umschalter 5, das Drosselrückschlagventil 11 und des Drosselrückschlagventil 3 mit der Senkseite des Arbeitszylinders 1 verbunden. Die Druckluft strömt infolge der Beaufschlagung des Kolbens des Arbeitszylinders 1 mit dem „Senkdruck Nutzlast p₂", diesmal unterstützt durch das Gewicht der Nutzlast in den Speicher 2. Der Kolben verharrt in der gesenkten Stellung, solange die Senkseite mit dem Druckregler 7 verbunden ist. Auch hierbei kann er durch eine mechanische Verriegelung in der gesenkten Stellung gehalten werden, wobei dann die Senkseite über den Umschalter 5 mit der Atmosphäre verbunden werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum energiearmen Betrieb druckmittelbetriebener Stellorgane, insbesondere für pneumatische Arbeitszylinder, zum vertikalen Bewegen von aus Totlast und Nutzlast bestehenden Lasten, bei denen das Stellorgan mit

einem Speichervolumen verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß das mit dem Druckmittel ausgefüllte Volumen des Stellorgans, gegen das die Last wirkt, direkt mit dem Speichervolumen verbunden ist, wobei das Speichervolumen so groß augelegt ist, daß das während eines Arbeitstaktes aus dem Stellorgan verdrängte Druckmittel ohne wesentliche Druckerhöhung vom Speichervolumen aufgenommen wird,

daß das nicht mit dem Speichervolumen verbundene Volumen des Stellorgans mit Hilfe des Druckmittels mit mindestens einer Kraft beaufschlagbar ist, wobei diese Kraft bzw. jeweils eine dieser Kräfte zusammen mit der Totlast größer ist als die auf das mit dem Speichervolumen verbundene Volumen wirkende Kraft.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das nicht mit dem Speichervolumen verbundene Volumen des Stellorgans wahlweise mit zwei Kräften beaufschlagbar ist, wobei eine Kraft der zum Senken der Totlast erforderlichen Kraft entspricht und die zweite Kraft der Kraft entspricht, die zum Senken des aus Totlast und Nutzlast bestehenden Gewichts erforderlich ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in der einen Endstellung des Stellorgans, bei der das mit dem Speichervolumen verbundene Volumen des Stellorgans gleich „Null" ist, eine Arretierung des Kolbens des Stellorgans vorgesehen ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung