DE102011013187A1

DE102011013187A1 - Abluftnutzschaltung

Info

Publication number: DE102011013187A1
Application number: DE102011013187A
Authority: DE
Inventors: Johannes Volzer; Michael Ohmer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2011-03-05
Filing date: 2011-03-05
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-03-06
Also published as: DE102011013187B4

Abstract

Es wird eine Abluftnutzschaltung vorgeschlagen, bei der eine pneumatische Antriebsvorrichtung (1) über eine pneumatische Steuerleitung (3) an eine Steuerventileinrichtung (2) angeschlossen ist. In die Steuerleitung (3) ist eine Strömungswiderstandseinrichtung (18) eingeschaltet. Eine zusätzlich vorhandene Abluftnutzvorrichtung ist mit ihrem Eingang an den zwischen der Antriebsvorrichtung (1) und der Strömungswiderstandseinrichtung (18) verlaufenden antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a) der Steuerleitung (3) angeschlossen und kann dadurch mit aus der Antriebsvorrichtung (1) ausströmender Abluft betrieben werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abluftnutzschaltung, die folgendes aufweist:

– eine pneumatische Antriebsvorrichtung,
– mindestens eine an die pneumatische Antriebsvorrichtung angeschlossene pneumatische Steuerleitung,
– eine an die mindestens eine Steuerleitung angeschlossene Steuerventileinrichtung, die in der Lage ist, die Steuerleitung zum wahlweisen Zuführen oder Abführen von Druckluft in die bzw. aus der Antriebsvorrichtung alternativ mit einer Druckluftquelle oder mit einer Drucksenke zu verbinden,
– und mindestens eine Abluftnutzvorrichtung, deren Eingang mit mindestens einer Steuerleitung verbunden oder verbindbar ist, um mit aus der Antriebsvorrichtung ausströmender Abluft betrieben zu werden.

Eine vergleichbar aufgebaute Abluftnutzschaltung ist gemäß WO 2009/146 718 A1 in einem Feldgerät zur Prozessinstrumentierung implementiert. Dieses Feldgerät kann ein pneumatischer Stellungsregler für ein Ventil sein, wobei sich in einer Ventil- und Stelleinheit eine Antriebsvorrichtung befindet, die über einen Eingangsanschluss pneumatisch mit Druckluft versorgt werden kann. Die Antriebsvorrichtung kann mit Hilfe der in der Druckluft enthaltenen Energie verstellt werden. Über einen Ausgang wird die in der Druckluft enthaltene Restenergie einer Abluftnutzvorrichtung zugeführt, die als Energiewandler ausgebildet ist und aus der Restenergie elektrische Energie erzeugen kann. Über eine Austrittsöffnung kann die Abluft von dem Energiewandler zur Umgebung abgeführt werden.
Bei pneumatischen Anwendungen besteht häufig das Bedürfnis, eine pneumatisch betätigte Antriebsvorrichtung hinsichtlich ihrer Arbeitsgeschwindigkeit zu steuern. Zu diesem Zweck kann gemäß EP 0 111 637 A1 in eine die Abluft der Antriebsvorrichtung abführende pneumatische Steuerleitung eine Strömungswiderstandseinrichtung eingeschaltet sein, die der ausströmenden Abluft einen Strömungswiderstand entgegensetzt. Im Falle der EP 0 111 637 A1 besteht eine solche Strömungswiderstandseinrichtung aus einer schaltbaren, alternativ mehrere Drosselquerschnitte zur Verfügung stellenden Drosseleinrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine pneumatische Schaltung vorzuschlagen, die eine effektive Nutzung der Abluft einer pneumatischen Antriebsvorrichtung ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass in den Verlauf mindestens einer Steuerleitung zwischen der Antriebsvorrichtung und der Steuerventileinrichtung eine der aus der Antriebsvorrichtung ausströmenden Abluft einen Strömungswiderstand entgegensetzende Strömungswiderstandseinrichtung eingeschaltet ist, wobei der Eingang der Abluftnutzvorrichtung mit dem zwischen der Strömungswiderstandseinrichtung und der Antriebsvorrichtung verlaufenden antriebsseitigen Leitungsabschnitt der Steuerleitung verbunden oder verbindbar ist.
Diese Abluftnutzschaltung ermöglicht mittels der Strömungswiderstandseinrichtung eine Beeinflussung der Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung. Die Antriebsgeschwindigkeit ist umso geringer, je größer der von der Strömungswiderstandseinrichtung hervorgerufene Strömungswiderstand ist, wobei die Strömungswiderstandseinrichtung insbesondere zur variablen Vorgabe unterschiedlich hoher Strömungswiderstände ausgelegt ist, so dass sich die Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung nach Bedarf und unter Berücksichtigung der anwendungsspezifischen Gegebenheiten regulieren lässt. In vorteilhafter Weise wird bei der erfindungsgemäßen Abluftnutzschaltung die aus der Antriebsvorrichtung ausströmende, als Abluft bezeichenbare Druckluft nicht ungenutzt zur Umgebung abgeführt, sondern zumindest teilweise einer zusätzlichen Abluftnutzvorrichtung zugeführt, die in der Druckluft enthaltene Restenergie zur Erhöhung des energetischen Wirkungsgrades der pneumatischen Schaltung zu verwerten in der Lage ist. Die Effizienz des Systems ist dabei besonders ausgeprägt, weil die Abluftnutzvorrichtung gezielt aus dem als „antriebsseitiger Leitungsabschnitt” bezeichenbaren Leitungsabschnitt der Steuerleitung versorgt wird, der die Antriebsvorrichtung mit der Strömungswiderstandseinrichtung verbindet. In diesem antriebsseitigen Leitungsabschnitt sind auf Grund der der Antriebsvorrichtung nachgeschalteten Strömungswiderstandseinrichtung die statischen Druckanteile relativ hoch, so dass ein großer Energiegehalt zur Verwertung in der Abluftnutzvorrichtung zur Verfügung steht. Mit anderen Worten wird die Restenergie der Abluft für den Betrieb der Antriebsvorrichtung genutzt, bevor er in der Strömungswiderstandseinrichtung in nicht nutzbarer Weise gewandelt wird. Eine optimale Nutzung der Abluft ist dabei vor allem dann möglich, wenn die Abluftnutzvorrichtung als Strömungswiderstandseinrichtung fungiert, die zusätzlich oder an Stelle der in die Steuerleitung eingeschalteten Strömungswiderstandseinrichtung eine Regulierfunktion hinsichtlich der Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung übernimmt. Die Abluftnutzvorrichtung kann hierbei insbesondere die Funktionalität einer Drosselstelle haben.
Der Abluftnutzvorrichtung wird ein möglichst großer Teil des aus der Antriebsvorrichtung austretenden Abluftstromes zur Nutzung zugeführt. Es versteht sich, dass die Abluftnutzvorrichtung so auszuführen ist, dass der durch sie der Abluft entgegengesetzte Strömungswiderstand ausreichend groß ist, um die bezüglich der Antriebsvorrichtung angestrebte Geschwindigkeitsregulierfunktion zu gewährleisten und die Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung insbesondere nicht zu hoch wird. Diesem Aspekt kann allerdings bei Bedarf auch dadurch Rechnung getragen werden, dass in Reihe zu der Abluftnutzvorrichtung selbiger noch eine Drosselstelle mit insbesondere variabel vorgebbarer Drosselungsintensität nachgeschaltet wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Strömungswiderstandseinrichtung enthält zweckmäßigerweise eine Drosselventileinrichtung und verfügt zweckmäßigerweise über eine parallel geschaltete Anordnung aus einer Drosselventileinrichtung und einer in Richtung zur Steuerventileinrichtung sperrenden und in der Gegenrichtung durchlassenden Rückschlagventileinrichtung. Ohne parallel geschaltete Rückschlagventileinrichtung wird nicht nur der Abluftstrom, sondern auch der zur Antriebsvorrichtung geleitete Zuluftstrom gedrosselt. Die parallel geschaltete Rückschlagventileinrichtung hat den Vorteil, dass die Zuluftströmung unter Umgehung der Drosselventileinrichtung ungedrosselt zur Antriebsvorrichtung gelangen kann.
Die Drosselventileinrichtung ist zweckmäßigerweise hinsichtlich ihrer Drosselungsintensität variabel einstellbar ausgebildet. Auf diese Weise kann die Drosselungsintensität an die Abluft-Nutzungscharakteristik der Abluftnutzvorrichtung angepasst werden. Verfügt beispielsweise die Abluftnutzvorrichtung über ein nicht variierbares Drosselungsvermögen, lässt sich durch die justierbare Drosselventileinrichtung der Strömungswiderstandseinrichtung die Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung optimal einstellen.
Die pneumatische Antriebsvorrichtung kann jeden beliebigen Aufbau haben. Insbesondere handelt es sich bei der Antriebsvorrichtung um einen einfachwirkenden oder doppeltwirkenden Linearantrieb oder Drehantrieb. Solche Antriebe enthalten in der Regel ein in einem Gehäuse beweglich angeordnetes Antriebsglied in Form eines Kolbens oder einer Membran, das wenigstens eine Antriebskammer begrenzt, die mit einer pneumatischen Steuerleitung kommuniziert.
Die Abluftnutzvorrichtung kann ausgebildet sein, um in der Abluft enthaltene Abluftenergie zu speichern und/oder umzuwandeln. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Abluftnutzvorrichtung als Energiewandler, mit dem die in der Abluft enthaltene Restenergie beispielsweise in Bewegungsenergie und vorzugsweise in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Abluftnutzvorrichtung kann beispielsweise einen elektrischen Generator zur Stromerzeugung enthalten.
Als besonders vorteilhaft zur Abluftnutzung hat es sich erwiesen, wenn die Abluftnutzvorrichtung über einen eingangsseitig an den antriebsseitigen Leitungsabschnitt der Steuerleitung angeschlossenen Druckluftmotor verfügt. Dieser Druckluftmotor kann insbesondere ein Rotationsmotor oder auch ein Linearmotor sein. Als besonders vorteilhaft wird die Bauform eines Lamellenmotors angesehen. Je nach Art und Weise der letztlich gewünschten Nutzenergie kann der Druckluftmotor mit weiteren Funktionskomponenten kombiniert werden, so beispielsweise mit einem durch ihn angetriebenen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie.
Zweckmäßigerweise ist die Antriebsvorrichtung innerhalb der Abluftnutzschaltung an zwei pneumatische Steuerleitungen angeschlossen, die jeweils zu einer Steuerventileinrichtung führen. Somit kann die Antriebsvorrichtung abwechselnd gegensinnig belüftet und entlüftet werden, um eine hin und her gehende Antriebsbewegung erzeugen zu können. Wird der Antriebsvorrichtung über die eine Steuerleitung Druckluft zugeführt, erfolgt gleichzeitig über die andere Steuerleitung eine Druckluftabfuhr, also eine Ausgabe von Abluft aus der Antriebsvorrichtung. Dies ist eine typische Betriebsweise sogenannter doppeltwirkender pneumatischer Antriebe sowohl linearer als auch rotativer Bewegungsart.
Verfügt die Abluftnutzschaltung über zwei pneumatische Steuerleitungen, ist zweckmäßigerweise in beide Steuerleitungen eine Strömungswiderstandseinrichtung eingeschaltet, so dass die Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung bei beiden möglichen Antriebsrichtungen regulierbar ist. Soll die Antriebsvorrichtung allerdings in einer Richtung ungebremst bewegt werden, kann auch nur eine der Steuerleitungen mit einer Strömungswiderstandseinrichtung ausgestattet sein.
Bei einer Abluftnutzschaltung, die über zwei Steuerleitungen verfügt, die jeweils mit einer Strömungswiderstandseinrichtung ausgestattet sind, kann die durch beide Steuerleitungen strömende Abluft jeweils zumindest teilweise in einer Abluftnutzvorrichtung verwertet werden. Dabei besteht die Möglichkeit, jeder Steuerleitung eine eigene Abluftnutzvorrichtung zuzuordnen, die bei Bedarf individuell nutzbar sind und die auch von unterschiedlichem Typ sein können. Um eine Abluftnutzvorrichtung jedoch möglichst kontinuierlich oder mit nur kurzen zeitlichen Pausen mit Abluft versorgen zu können, wird es als vorteilhafter angesehen, den beiden Steuerleitungen mindestens eine Abluftnutzvorrichtung gemeinsam zuzuordnen. Eine solche gemeinsam zugeordnete Abluftnutzvorrichtung wird bei beiden Bewegungsrichtungen der Antriebsvorrichtung mit Abluft versorgt, und zwar abwechselnd aus den antriebsseitigen Leitungsabschnitten der beiden pneumatischen Steuerleitungen. Im Betrieb der Abluftschaltung kann somit ein und derselben Abluftnutzvorrichtung wechselweise die Abluft beider Steuerleitungen zugeführt werden.
Es ist zweckmäßig, wenn die Abluftnutzvorrichtung dahingehend ausgebildet ist, dass sie zusätzlich zu ihrem mit dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt mindestens einer pneumatischen Steuerleitung verbundenen oder verbindbaren Eingang einen diesbezüglich separaten Ausgang aufweist, über den hinweg die zuvor über den Eingang zugeströmte Abluft nach Nutzung der darin enthaltenen Energie wieder aus der Abluftnutzvorrichtung austritt. Dabei ergeben sich für die Verschaltung des Ausganges verschiedene Möglichkeiten.
Bei einer möglichen Variante ist der Ausgang der Abluftnutzvorrichtung an den zwischen der Strömungswiderstandseinrichtung und der Steuerventileinrichtung verlaufenden Leitungsabschnitt einer pneumatischen Steuerleitung angeschlossen, der zur besseren Unterscheidung als „ventilseitiger Leitungsabschnitt” bezeichnet sei. In diesem Falle kann eine funktionelle Parallelschaltung zwischen der Abluftnutzvorrichtung und der Strömungswiderstandseinrichtung vorliegen. Die aus der Abluftnutzvorrichtung nach Verwertung darin enthaltener Restenergie ausströmende Abluft wird über die Steuerventileinrichtung an eine Drucksenke, insbesondere zur Atmosphäre, abgeführt.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Ausgang der Abluftnutzvorrichtung ohne Mitwirkung einer pneumatischen Steuerleitung mit einer Drucksenke, insbesondere mit der Atmosphäre, verbunden. Hier besteht allerdings die optionale Möglichkeit, zwischen den Ausgang der Abluftnutzvorrichtung und die Drucksenke ein in seiner Drosselungsintensität insbesondere einstellbares Drosselventil einzuschalten, so dass die Möglichkeit besteht, bei zu geringem eigenem Strömungswiderstand der Abluftnutzvorrichtung den gesamten Strömungswiderstand im Abluftabführstrang zu vergrößern.
Zweckmäßigerweise ist die Abluftnutzvorrichtung unter Zwischenschaltung eines Schaltventils an den antriebsseitigen Leitungsabschnitt mindestens einer mit einer Strömungswiderstandseinrichtung ausgestatteten Steuerleitung verbunden. Dieses Schaltventil kann zwischen zwei Schaltstellungen umgeschaltet werden, wobei es den antriebsseitigen Leitungsabschnitt der Steuerleitung in der einen Schaltstellung mit der Abluftnutzvorrichtung verbindet und in der anderen Schaltstellung von der Abluftnutzvorrichtung abtrennt. Das Schaltventil ist zweckmäßigerweise druckabhängig betätigbar ausgebildet und wird insbesondere rein pneumatisch, also ohne zusätzliche Mitwirkung von elektrisch betätigbaren Ventilantrieben und/oder Sensoren und/oder elektrischer Intelligenz in die jeweils angestrebte Schaltstellung verbracht.
Auf diese Weise lässt sich vor allem dann, wenn keine reine Parallelschaltung zwischen einer Abluftnutzvorrichtung und einer Strömungswiderstandseinrichtung vorliegt, auf besonders einfache Weise gewährleisten, dass das zur Belüftung einer Seite der Antriebsvorrichtung mit Hilfe der Steuerventileinrichtung in eine Steuerleitung eingespeiste Druckmedium nicht zum Betreiben der zugeordneten Abluftnutzvorrichtung abzweigt. Das Umschaltventil gibt die Verbindung zwischen einer Abluftnutzvorrichtung und dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt der zugeordneten Steuerleitung nur dann frei, wenn diese Steuerleitung durch die zugeordnete Steuerventileinrichtung zum Zwecke eines Abführens von Druckluft aus der Antriebsvorrichtung entlüftet ist.
Eine mögliche Ausführungsform der Abluftnutzschaltung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass mindestens ein Schaltventil in Abhängigkeit von dem zwischen dem ventilseitigen Leitungsabschnitt und dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt ein und derselben Steuerleitung herrschenden Differenzdruck betätigbar ist. Das Schaltventil wird hier mit Hilfe des über der betreffenden Steuerleitung selbst auftretenden Druckabfalles angesteuert. Die in den beiden diesseits und jenseits der Steuerventileinrichtung liegenden Leitungsabschnitte herrschenden Drücke können dem Schaltventil als einander entgegengesetzt wirkende pneumatische Umschaltsignale aufgeschaltet sein, wobei das Schaltventil nur dann in eine die Abluftnutzvorrichtung mit dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt verbindende Schaltstellung umschaltet, wenn im antriebsseitigen Leitungsabschnitt ein höherer Luftdruck herrscht als im ventilseitigen Leitungsabschnitt.
Zweckmäßigerweise ist das Schaltventil durch mechanische Federmittel in eine den antriebsseitigen Leitungsabschnitt von der Abluftnutzvorrichtung abtrennende, als Grundstellung fungierende Schaltstellung vorgespannt. Die Fluidverbindung zwischen der Abluftnutzvorrichtung und dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt ist dann normalerweise geschlossen und wird allein druckabhängig nur dann geöffnet, wenn die Strömungswiderstandseinrichtung von der Seite der Antriebsvorrichtung her mit unter atmosphärischem Überdruck stehender Abluft angeströmt wird. Sobald von der Seite der Antriebsvorrichtung her kein relevanter Luftdruck mehr anliegt, schaltet das Schaltventil wieder in die die Abluftnutzvorrichtung absperrende Grundstellung zurück.
Eine solche Ansteuervariante hat unter anderem auch den Vorteil, dass das Schaltventil als kostengünstiges 2/2-Wegeventil realisiert werden kann, das bei Bedarf auch noch zusammen mit der Strömungswiderstandseinrichtung in eine Baueinheit integriert sein kann. Auf diese Weise wird der Aufwand zum Verlegen von Schläuchen oder Rohrleitungen erheblich reduziert, da ein Großteil der Steuerleitungen in Form von in ein Gehäuse der Baueinheit integrierten Fluidkanälen realisierbar ist.
Eine derartige, aus einem Schaltventil und einer Strömungswiderstandseinrichtung kombinierte Baueinheit kann sich von außen betrachtet für den Anwender nicht anders darstellen, als eine konventionelle, insbesondere als Drosselrückschlagventil konzipierte Strömungswiderstandseinrichtung, so dass die Installation und Handhabung problemlos erfolgen kann.
Das mindestens eine Schaltventil kann alternativ auch derart in die Abluftnutzschaltung integriert sein, dass eine Überkreuzansteuerung vorliegt. Die Abluftnutzschaltung verfügt dabei über zwei an die Antriebsvorrichtung angeschlossene pneumatische Steuerleitungen, von denen mindestens eine und zweckmäßigerweise beide mit einer Strömungswiderstandseinrichtung ausgestattet sind, wobei die Abluftnutzschaltung ferner ein oder zwei Schaltventile aufweist, wobei jedes vorhandene Schaltventil in die Verbindung zwischen den antriebsseitigen Leitungsabschnitt einer Steuerleitung und eine Abluftnutzvorrichtung eingeschaltet ist und durch ein von der jeweils anderen Steuerleitung abgeleitetes pneumatisches Umschaltsignal steuerbar ist. Das Schaltventil gibt die Verbindung zwischen dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt einer Steuerleitung und der Abnutzvorrichtung nur dann frei, wenn die jeweils andere Steuerleitung durch entsprechende Betätigung der Steuerventileinrichtung belüftet ist und ein entsprechendes pneumatisches Umschaltsignal an das Schaltventil sendet.
Eine solche Art der Ansteuerung kann doppelt vorhanden sein, so dass die beiden Steuerleitungen abwechselnd ein zum Umschalten eines Schaltventils nutzbares pneumatisches Umschaltsignal hervorrufen. In diesem Zusammenhang besteht die Möglichkeit, jeder Abluftnutzvorrichtung ein eigenes, insbesondere als 2/2-Wegeventil ausgebildetes Schaltventil zuzuordnen. Alternativ besteht die Möglichkeit nur ein einziges, insbesondere als 3/2-Wegeventil ausgebildetes Schaltventil vorzusehen, das an die antriebseitigen Leitungsabschnitte beider Steuerleitungen angeschlossen ist und in jeder seiner beiden Schaltstellungen jeweils einen dieser antriebsseitigen Leitungsabschnitte mit bevorzugt ein und derselben Abluftnutzvorrichtung verbindet. Ein einziges, insbesondere als 3/2-Wegeventil ausgebildetes Schaltventil erhält hierbei seine Umschaltsignale in Abhängigkeit von der gewählten Verschaltung entweder abwechselnd von den ventilseitigen Leitungsabschnitten beider Steuerleitungen oder – wenn das Schaltventil federnd in eine Schaltstellung vorgespannt ist – von nur einer der beiden Steuerleitungen.
Bei der Steuerventileinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Ventileinrichtung mit einer 5/2-Ventilfunktionalität, wenn die Abluftnutzschaltung mit zwei Steuerleitungen ausgestattet ist. Die Steuerventileinrichtung ist zweckmäßigerweise elektrisch und hierbei vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar ausgebildet, wobei es sich um eine direkt betätigbare oder um eine elektropneumatisch vorgesteuerte Steuerventileinrichtung handeln kann.
Die Abluftnutzschaltung kann auch über nur eine einzige Steuerleitung verfügen, wenn die Rückstellung der anzusteuernden Antriebsvorrichtung nicht mittels gesteuerter Fluidkraft stattzufinden hat. Dies gilt beispielsweise dann, wenn durch die Antriebsvorrichtung eine vertikale Hubbewegung zum Anheben einer Masse auszuführen ist, wobei die Schwerkraft dann für die Rückstellung sorgt. Auch eine Federrückstellung kann für die Rückbewegung sorgen. In solchen Fällen kann die Steuerventileinrichtung insbesondere auch eine vereinfachte 3/2-Ventilfunktionalität aufweisen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 das Schaltbild einer möglichen ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abluftnutzschaltung, die mit nur einer einzigen pneumatischen Steuerleitung ausgestattet ist,
2 eine weitere Ausführungsform der Abluftnutzschaltung, die über zwei Steuerleitungen verfügt und deren Aufbau, abgesehen von der weiterhin nur einfach vorhandenen Abluftnutzvorrichtung, quasi eine Verdoppelung der in 1 gezeigten Schaltung darstellt,
3 eine weitere Ausführungsform der Abluftnutzschaltung, wobei als Schaltventil ein 3/2-Wegeventil vorhanden ist,
4 eine weitere Ausführungsform der Abluftnutzschaltung, wobei der Aufbau im Wesentlichen demjenigen der 3 entspricht und lediglich die Art der Ansteuerung des Umschaltventils geändert ist und
5 erneut eine Variante der Abluftnutzschaltung, bei der die vorhandenen Abluftnutzvorrichtungen in funktioneller Parallelschaltung zu den vorhandenen Steuerleitungen integriert sind.
Die nachstehenden Ausführungen gelten, sofern im Einzelfall keine anderen Angaben gemacht werden, für alle Ausführungsbeispiele gemeinsam.
Alle aus der Zeichnung ersichtlichen Abluftnutzschaltungen enthalten eine pneumatische Antriebsvorrichtung 1, eine die Betriebsweise und insbesondere die Bewegungsrichtung der pneumatischen Antriebsvorrichtung steuernde Steuerventileinrichtung 2, und ferner eine oder mehrere pneumatische Steuerleitungen 3, 4, die jeweils einerseits an die Steuerventileinrichtung 2 und andererseits an die pneumatische Antriebsvorrichtung 1 angeschlossen sind.
Während die in 2 bis 5 abgebildeten Abluftnutzschaltungen über jeweils zwei pneumatische Steuerleitungen verfügen, die im Folgenden auch als erste und zweite Steuerleitung 3, 4 bezeichnet werden, ist die Abluftnutzschaltung der 1 mit nur einer pneumatischen Steuerleitung 3 ausgestattet, die im Folgenden trotz des Fehlens einer zweiten Steuerleitung 4 teilweise auch als erste Steuerleitung 3 bezeichnet wird.
Die pneumatische Antriebseinrichtung 1 enthält in allen Fällen ein Gehäuse 5, in dem das Antriebsglied 6 einer beweglichen Antriebseinheit 7 angeordnet ist, das beispielsweise ein Kolben oder eine Membran ist. Das Antriebsglied 6 unterteilt den Innenraum des Gehäuses 5 in eine mit der ersten pneumatischen Steuerleitung 3 verbundene erste Antriebskammer 8 und eine mit der zweiten pneumatischen Steuerleitung 4 verbundene zweite Antriebskammer 9.
Zur Verbindung mit der ersten pneumatischen Steuerleitung 3 ist das Gehäuse 5 mit einem ersten Anschluss 8a versehen, zur Verbindung mit der zweiten Steuerleitung 4 verfügt es über einen zweiten Anschluss 9a.
Beim Ausführungsbeispiel der 1, das nur über eine erste pneumatische Steuerleitung 3 verfügt, ist der zweite Anschluss 9a unbelegt, so dass die zweite Antriebskammer 9 ständig mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
Die Antriebseinheit 7 ist durch gesteuerte Druckluftbeaufschlagung von im Falle der 2 bis 5 beiden Antriebskammern 8, 9 und im Falle der 1 lediglich der ersten Antriebskammer 8 bewegbar. Die sich ergebende Bewegung kann als Antriebsbewegung 12 bezeichnet werden und ist in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil illustriert. Es handelt sich insbesondere um eine oszillierende, hin und her gehende Bewegung.
Die pneumatische Antriebsvorrichtung 1 ist bei allen Ausführungsbeispielen ein Linearantrieb mit linearer Antriebsbewegung 12. Beispielsweise handelt es sich um einen Pneumatikzylinder. Alternativ könnte die Antriebsvorrichtung 1 auch zur Erzeugung einer rotativen Antriebsbewegung 12 ausgebildet sein und beispielsweise von einem Drehantrieb oder Schwenkantrieb gebildet sein.
Sind beide Antriebskammern 8, 9 gesteuert mit Druckluft beaufschlagbar, wie dies in 2 bis 5 der Fall ist, kann die Antriebsvorrichtung 1 mit beliebiger Ausrichtung betrieben werden. Entsprechendes gilt auch für eine nur einseitig gesteuerte Betriebsweise gemäß 1, wenn durch nicht gezeigte Federmittel für eine Rückstellung in die Grundstellung gesorgt ist. Die 1 zeigt eine hiervon abweichende Bauform, bei der die Rückstellung der Antriebseinheit 7 in die Grundstellung allein schwerkraftbedingt bewirkt wird, indem die Antriebsvorrichtung 1 vertikal ausgerichtet ist und durch eine an der Antriebseinheit 7 angreifende, von einer beliebigen Masse 13 herrührende Gewichtskraft dafür sorgt, dass die Antriebseinheit 7 ständig nach unten in Richtung einer Grundstellung beaufschlagt ist. Die erste Antriebskammer 8 liegt hier unterhalb, die zweite Antriebskammer 9 oberhalb des Antriebsgliedes 6.
Die Steuerventileinrichtung 2 fungiert als Richtungssteuerventil und gibt der Antriebseinheit 7 die Bewegungsrichtung vor. Exemplarisch ist jede Steuerventileinrichtung 2 in Form eines einzigen Steuerventils realisiert, wenngleich die jeweils vorhandene Ventilfunktionalität auch durch eine Mehrzahl entsprechend miteinander verschalteter einzelner Ventile verwirklicht werden könnte.
Allen Steuerventileinrichtungen 2 ist gemeinsam, dass sie zweckmäßigerweise elektrisch betätigbar ausgebildet sind und hierzu über mindestens eine elektrische Antriebseinrichtung 14 verfügen. Bevorzugt basiert die elektrische Antriebseinrichtung 14 auf einem elektromagnetischen Funktionsprinzip. Die Steuerventileinrichtung 2 kann direkt elektrisch betätigbar ausgebildet sein, ist vorzugsweise jedoch von vorgesteuerter Bauart, wobei die mindestens eine elektrische Antriebseinrichtung 14 mindestens ein elektrisch betätigbares und insbesondere als Magnetventil ausgebildetes Vorsteuerventil enthalten kann.
Die Steuerventileinrichtungen 2 aller Ausführungsbeispiele verfügen über zwei mögliche Schaltstellungen. Eine dieser Schaltstellungen ist zweckmäßigerweise eine definierte Grundstellung, die durch eine Federeinrichtung 15 vorgegeben wird und die vorliegt, wenn die elektrische Antriebseinrichtung 14 deaktiviert ist.
Die Steuerventileinrichtung 2 der 1 hat die Funktionalität eines 3/2-Wegeventils. Im Falle der 2 bis 5 hat die Steuerventileinrichtung 2 eine 5/2-Ventilfunktionalität.
Die Steuerventileinrichtung 2 hat gemäß 2 bis 5 einen mit der ersten pneumatischen Steuerleitung 3 verbundenen ersten Arbeitsanschluss 8b und einen mit der zweiten pneumatischen Steuerleitung 4 verbundenen zweiten Arbeitsanschluss 9b. Im Falle der 1 verfügt die Steuerventileinrichtung 2 über lediglich einen ersten Arbeitsanschluss 8b, der mit der ersten Steuerleitung 3 verbunden ist.
Jede Steuerventileinrichtung 2 verfügt des Weiteren über einen mit einer externen Druckluftquelle P verbundenen oder verbindbaren Belüftungsanschluss 16 und einen mit einer Drucksenke R verbundenen oder verbindbaren Entlüftungsanschluss 17, wobei die Drucksenke R im Allgemeinen von der Atmosphäre gebildet ist. Bei den Fünfwegeversionen der 2 bis 5 ist der Entlüftungsanschluss 17 jeweils zweifach vorhanden.
Bei der Abluftnutzschaltung der 1 ist die erste Antriebskammer 8 in der Grundstellung der Steuerventileinrichtung 2 an die Atmosphäre entlüftet. In der zweiten Schaltstellung wird die erste pneumatische Steuerleitung 3 belüftet, so dass Druckluft in die erste Antriebskammer 8 zugeführt wird, was ein Ausfahren, und vorliegend ein Anheben der Antriebseinheit 7 zur Folge hat. Durch Zurückschalten in die Grundstellung lässt sich die erste pneumatische Steuerleitung 3 wieder entlüften, so dass die zuvor in die erste Antriebskammer 8 eingespeiste Druckluft als Abluft aus der Antriebsvorrichtung 1 herausströmt und die Antriebseinheit 7 wieder in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt.
Bei den Ausführungsbeispielen der 2 bis 5 liegt eine dahingehende Verschaltung vor, dass in der als Grundstellung fungierenden ersten Schaltstellung der Steuerventileinrichtung 2 die erste Steuerleitung 3 entlüftet und die zweite Steuerleitung 4 belüftet ist, so dass die Antriebseinheit 7 in eine exemplarisch eine eingefahrene Stellung darstellende Ausgangsstellung vorgespannt ist. Durch Umschalten der Steuerventileinrichtung 2 in die zweite Schaltstellung wird hervorgerufen, dass die erste Steuerleitung 3 belüftet und gleichzeitig die zweite Steuerleitung 4 entlüftet wird, so dass sich die Antriebseinheit 7 bewegt, bis. sie eine beispielsweise maximal ausgefahrene Betriebsstellung erreicht hat. Diese Betriebsstellung behält die Antriebseinheit 7 so lange bei, bis die Steuerventileinrichtung 2 wieder in die Grundstellung zurückgeschaltet wird und dadurch in die zweite Antriebskammer 9 Druckluft zugeführt wird, bei gleichzeitiger Abfuhr von als Abluft bezeichenbarer Druckluft aus der ersten Antriebskammer 8.
Sämtliche Abluftnutzschaltungen verfügen über Mittel zur Regulierung der Verfahrgeschwindigkeit der Antriebseinheit 7. Diese Mittel bestehen aus mindestens einer der aus der Antriebsvorrichtung 1 ausströmenden Druckluft einen Strömungswiderstand entgegensetzenden Strömungswiderstandseinrichtung 18. Für jede Bewegungsrichtung der Antriebseinheit 7, bezüglich der eine Geschwindigkeitsregulierung gewünscht ist, ist eine solche Strömungswiderstandseinrichtung 18 vorhanden.
Exemplarisch verfügt die Bauform gemäß 1 über eine die Geschwindigkeit der Antriebseinheit 7 bei der Rückbewegung in die Ausgangsstellung regulierende einzige Strömungswiderstandseinrichtung 18. Bei den Ausführungsbeispielen der 2 bis 5 sind jeweils zwei Strömungswiderstandseinrichtungen 18 in die Abluftnutzschaltung integriert, so dass eine Geschwindigkeitsregulierung bei beiden Bewegungsrichtungen der Antriebseinheit 7 möglich ist.
Grundsätzlich ist eine Strömungswiderstandseinrichtung 18 in eine solche Steuerleitung 3 oder 4 eingeschaltet, die während derjenigen Betriebsphase der Antriebsvorrichtung 1 entlüftet ist, während der die Geschwindigkeit der Antriebseinheit 7 geringer sein soll als maximal möglich. Es wird also der aus der Antriebsvorrichtung 1 verdrängten Abluft ein Strömungswiderstand entgegengesetzt, der die Ausströmrate verringert, so dass das Antriebsglied 6 einen Gegendruck erfährt, der zu einer Verlangsamung der Verfahrbewegung beiträgt.
Exemplarisch ist im Hinblick auf die schon erwähnten Funktionalitäten in den Verlauf jeder pneumatischen Steuerleitung 3, 4 eine eigene Strömungswiderstandseinrichtung 18 eingeschaltet.
Die Strömungswiderstandseinrichtung 18 enthält zweckmäßigerweise eine Drosselventileinrichtung 18a und eine zu dieser parallelgeschaltete Rückschlagventileinrichtung 18b. Die Rückschlagventileinrichtung 18b ist so orientiert bzw. ausgebildet, dass ihre Durchlassrichtung zur Antriebsvorrichtung 1 hin orientiert ist. Mit anderen Worten ist die Rückschlagventileinrichtung 18b in der Lage, durch die Steuerventileinrichtung 2 hindurch in die zugeordnete Steuerleitung 3, 4 eingespeiste Druckluft zur Antriebsvorrichtung 1 hin durchzulassen, während sie jedoch eine Fluidströmung in der Gegenrichtung verhindert.
Bei belüfteter Steuerleitung 3, 4 kann also die eingespeiste Druckluft ungehindert zur Antriebsvorrichtung 1 gelangen, um die Antriebseinheit 7 mit maximaler Kraft zu beaufschlagen. Ist eine Steuerleitung 3, 4 auf Grund entsprechender Schaltstellung der Steuerventileinrichtung 2 jedoch entlüftet, wird die aus der zugeordneten Antriebskammer 8 oder 9 verdrängte Abluft durch die Rückschlagventileinrichtung 18b an einem ungehinderten Abströmen zur Atmosphäre R gehindert und kann nur gedrosselt über die Drosselventileinrichtung 18a hinweg abströmen. Dies bewirkt auf Grund der verringerten Ausströmrate eine Reduzierung der Verfahrgeschwindigkeit der Antriebseinheit 7.
Durch jede Strömungswiderstandseinrichtung 18 wird die zugeordnete pneumatische Steuerleitung 3, 4 in einen zwischen der Strömungswiderstandseinrichtung 18 und der Antriebsvorrichtung 1 verlaufenden antriebsseitigen Leitungsabschnitt 3a, 4a und einen zwischen der Strömungswiderstandseinrichtung 18 und der Steuerventileinrichtung 2 verlaufenden ventilseitigen Leitungsabschnitt 3b, 4b unterteilt.
In der Strömungswiderstandseinrichtung 18 könnte die Rückschlagventileinrichtung 18b auch entfallen, wenn bei beiden Strömungsrichtungen eine gedrosselte Fluidströmung gewünscht sein sollte.
Damit die beim Verlagern der Antriebseinheit 7 aus der durch entsprechende Schaltstellung der Steuerventileinrichtung 2 entlüfteten Antriebskammer 8 oder 9 verdrängte Druckluft – im Folgenden auch als „Abluft” bezeichnet – nicht ungenutzt zur Atmosphäre ausströmt, verfügt die Abluftnutzschaltung außer den bisher schon beschriebenen Komponenten auch noch über mindestens eine Abluftnutzvorrichtung 22, die mit der aus der Antriebsvorrichtung 1 ausströmenden Abluft versorgt und betrieben wird.
Die Abluftnutzvorrichtung 22 hat einen Eingang 23, mit dem sie an eine solche Steuerleitung 3 oder 4 angeschlossen ist, die mit einer Strömungswiderstandseinrichtung 18 ausgestattet ist.
Genauer gesagt ist die Abluftnutzvorrichtung 22 mit ihrem Eingang 23 entweder ständig mit der betreffenden Steuerleitung 3 oder 4 verbunden – dies trifft auf das Ausführungsbeispiel der 5 zu – oder die Abluftnutzvorrichtung 22 ist unter Mitwirkung eines Schaltventils 24 in gesteuerter Weise nur bei bestimmten Betriebsphasen der Abluftnutzschaltung mit der betreffenden Steuerleitung 3, 4 verbindbar.
In allen Fällen erfolgt die Verbindung des Eingangs 23 der Abluftnutzvorrichtung 22 mit dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt 3a, 4a der zugeordneten Steuerleitung 3, 4. Exemplarisch geschieht dies jeweils über eine Abzweigleitung 25a, 25b, die sich zwischen dem Eingang 23 und einem der antriebsseitigen Leitungsabschnitte 3a, 4a erstreckt und die beim Ausführungsbeispiel der 5 eine ununterbrochen durchgängige Leitung ist, während bei den anderen Ausführungsbeispielen in ihren Verlauf das erwähnte Schaltventil 24 eingeschaltet ist.
Beim Ausführungsbeispiel der 5 kooperiert jede der beiden Steuerleitungen 3, 4 mit einer eigenen Abluftnutzvorrichtung 23, so dass hier die Abluftnutzschaltung über insgesamt zwei unabhängig voneinander betreibbare Abluftnutzvorrichtungen 22 verfügt. Daneben besteht auch die vorteilhafte Möglichkeit, bei mit zwei Steuerleitungen 3, 4 ausgestatteten Abluftnutzschaltungen mindestens eine Abluftnutzvorrichtung 22 vorzusehen, die beiden Steuerleitunen 3, 4 gemeinsam zugeordnet ist und die unter Zwischenschaltung je mindestens eines Schaltventils 24 insbesondere wechselweise mit den antriebsseitigen Leitungsabschnitten 3a, 4a eingangsseitig verbindbar ist. Eine solche Ausführungsform ist bei den Ausführungsbeispielen der 2 bis 4 realisiert.
Die mindestens eine Abluftnutzvorrichtung 22 weist zweckmäßigerweise einen bezüglich dem Eingang 23 separaten Ausgang 26 auf, über den hinweg die an dem Eingang 23 in die Abluftnutzvorrichtung 22 eingespeiste Abluft zumindest teilweise und vorzugsweise in ihrer Gesamtheit aus der Abluftnutzvorrichtung 22 abführbar ist, nachdem die in ihr enthaltene Restenergie zumindest teilweise von der Abluftnutzvorrichtung 22 verwertet wurde.
Exemplarisch enthält die Abluftnutzvorrichtung 22 einen Druckluftmotor 27, der durch die über den Eingang 23 zuströmende und über den Ausgang 26 abströmende Druckluft bzw. Abluft angetrieben wird und dadurch die in der Abluft enthaltene Restenergie zumindest teilweise in Bewegungsenergie umsetzt. Mit dem Druckluftmotor 27, der beispielsweise ein Rotationsmotor oder ein Linearmotor sein kann, lässt sich eine anwendungsspezifisch gewünschte Arbeit verrichten, beispielsweise ein Stellglied betätigen.
Eine andere, beim Ausführungsbeispiel realisierte Möglichkeit zur Nutzung des Druckluftmotors 23 besteht in der Erzeugung elektrischer Energie, indem der Druckluftmotor 27 mit einem elektrischen Generator 28 wirkungsmäßig gekoppelt ist und gemeinsam mit diesem einen Energiewandler 22a bildet.
Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass der Ausgang 26 der Abluftnutzvorrichtung 22 während des Betriebes dieser Abluftnutzvorrichtung 22 mit einer Drucksenke, insbesondere mit der Atmosphäre R, verbunden oder verbindbar ist. Beim Ausführungsbeispiel der 5 geschieht dies dadurch, dass der Ausgang 26 jeder Abluftnutzvorrichtung 22 ohne Unterbrechung an den ventilseitigen Leitungsabschnitt 3b, 4b derjenigen Steuerleitung 3, 4 angeschlossen ist, mit deren antriebsseitigen Leitungsabschnitt 3a, 4a der Eingang 23 dieser Abluftnutzvorrichtung 22 verbunden ist. Hier liegt somit eine pneumatische Parallelschaltung zwischen jeder Abluftnutzvorrichtung 23 und der in die zugeordnete Steuerleitung 3, 4 eingeschalteten Strömungswiderstandseinrichtung 18 vor. Die Verbindung des Ausgangs 26 mit der Drucksenke bzw. Atmosphäre R erfolgt hierbei über den ventilseitigen Leitungsabschnitt 3b, 4b und die Steuerventileinrichtung 2 hindurch, wenn letztere in eine die betreffende Steuerleitung 3, 4 entlüftende Stellung geschaltet ist.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 ist der Ausgang 26 der Abluftnutzvorrichtung 22 ohne Mitwirkung einer Steuerleitung 3, 4 und mithin unter Umgehung der Steuerventileinrichtung 2 direkt mit einer insbesondere von der Atmosphäre gebildeten Drucksenke R gebildet. In 3 ist angedeutet, dass zwischen den Ausgang 26 und die Drucksenke R bei Bedarf ein Drosselventil 32 eingeschaltet sein kann, das zweckmäßigerweise – wie die Drosselventileinrichtungen 18a der Strömungswiderstandseinrichtung 18 – hinsichtlich seiner Drosselungsintensität variabel einstellbar ausgebildet sein kann. Mit Hilfe eines solchen zusätzlichen Drosselventils 32 lässt sich der der Abluft entgegengesetzte Strömungswiderstand in solchen Fällen ausreichend vergrößern, in denen der durch die Abluftnutzvorrichtung 22 hervorgerufene Strömungswiderstand zu gering ist, um eine ausreichende Abbremsfunktion bezüglich der Antriebseinheit 7 auszuüben.
An dieser Stelle sei die Funktionsweise der in 5 beschriebenen Abluftnutzschaltung 1 erläutert.
Wenn die Steuerventileinrichtung 2 die abgebildete Grundstellung einnimmt, strömt Druckluft von der Druckluftquelle P durch die erste Steuerleitung 3 in die erste Antriebskammer 8 ein, wobei diese Druckluft die Rückschlagventileinrichtung 18b der zugeordneten Strömungswiderstandseinrichtung 18 öffnet und mithin ohne nennenswerten Druckabfall in der ersten Antriebskammer 8 ansteht. Da somit zwischen dem Eingang 23 und dem Ausgang 26 des an die erste Steuerleitung 3 der an die erste Steuerleitung 3 angeschlossenen Abluftnutzvorrichtung 22 keine bemerkenswerte Druckdifferenz anliegt, verbleibt diese Abluftnutzvorrichtung 22 im unbetätigten Zustand.
Da in der Grundstellung die zweite pneumatische Steuerleitung 4 durch die Steuerventileinrichtung 2 entlüftet ist, kann aus der zweiten Antriebskammer 9 verdrängte Druckluft durch die zweite Steuerleitung 4 und die Steuerventileinrichtung 2 zur Atmosphäre abströmen. Dabei gelangt die aus der zweiten Antriebskammer 9 verdrängte Abluft aus dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt 4a und über den daran angeschlossenen Eingang 23 in die Abluftnutzvorrichtung 22 und setzt diese in Betrieb. Dadurch wird in der Abluft enthaltene Restenergie weiter verwertet, was den Wirkungsgrad der Abluftnutzschaltung erhöht. Es versteht sich, dass bei dieser Anordnung die Drosselventileinrichtung 18a so ausgelegt oder eingestellt sein sollte, dass der durch sie der Druckluft entgegengesetzte Strömungswiderstand größer ist als derjenige, der durch die Abluftnutzvorrichtung 22 generiert wird, damit zumindest der größte Teil der Abluft in der Abluftnutzvorrichtung 22 nutzbar ist.
Nach Verwertung in der Abluftnutzvorrichtung 22 tritt die Abluft am Ausgang 26 wieder aus und strömt weiter in den ventilseitigen Leitungsabschnitt 4b der zweiten Steuerleitung 4 und von dort zur Atmosphäre.
Wird die Steuerventileinrichtung 2 umgeschaltet, liegen zwischen den beiden Strängen der Steuerleitung 3, 4 umgekehrte Betriebsverhältnisse vor. Es befindet sich dann die der belüfteten zweiten Steuerleitung 4 zugeordnete Abluftnutzvorrichtung 22 im Stillstand, während die zuvor stellstehende, der ersten pneumatischen Steuerleitung 3 zugeordnete Abluftnutzvorrichtung 22 nun durch die aus der ersten Antriebskammer 8 verdrängte Druckluft in Betrieb gesetzt wird.
Die beiden Abluftnutzvorrichtungen 22 werden bei dieser Abluftnutzschaltung gemäß 5 also wechselweise betätigt.
Die anderen Ausführungsbeispiele der Abluftnutzschaltung sind wie schon erwähnt jeweils mit mindestens einem Schaltventil 24 ausgestattet, das eine gesteuerte Abluftzuführung zu mindestens einer Abluftnutzvorrichtung 22 ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist dieses Schaltventil 24 ausschließlich druckabhängig betätigbar ausgebildet und wird insbesondere durch mindestens ein pneumatisches Umschaltsignal betätigt, das aus einer der Steuerleitungen 3, 4 abgegriffen wird.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist in den Verlauf jeder Abzweigleitung 25a, 25b ein eigenes Schaltventil 24 eingeschaltet, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist und wahlweise eine erste Schaltstellung oder eine zweite Schaltstellung einnehmen kann. Die erste Schaltstellung ist eine Schließstellung, in der der Fluiddurchgang durch die zugeordnete Abzweigleitung 25a, 25b hindurch abgesperrt ist. Diese erste Schaltstellung ist zweckmäßigerweise eine Grundstellung, die durch mechanische Federmittel 33 normalerweise vorgegeben ist.
Eine zweite Schaltstellung des Schaltventils 24 ist eine Offenstellung, in der der Fluiddurchgang durch die Abzweigleitung 25a bzw. 25b freigegeben ist.
Jedes Schaltventil 24 wird gemäß 1 und 2 in Abhängigkeit von dem innerhalb ein und derselben Steuerleitung 3, 4 zwischen dem ventilseitigen Leitungsabschnitt 3b, 4b und dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt 3a, 4a herrschenden Differenzdruck betätigt. Hierzu wird aus dem jeweiligen antriebsseitigen Leitungsabschnitt 3a, 4a der darin herrschende Druck über eine erste Signalleitung 34 abgegriffen und als pneumatisches Umschaltsignal dem in der gleichen Steuerleitung 3, 4 platzierten Schaltventil 24 zugeführt. Gleiches gilt in Bezug auf den im ventilseitigen Leitungsabschnitt 3b, 4b herrschenden Druck, der über eine zweite Signalleitung 35 als weiteres pneumatisches Umschaltsignal ebenfalls dem der gleichen Steuerleitung 3, 4 zugeordneten Schaltventil 24 zugeleitet wird. Die über die beiden Signalleitungen 34, 35 zugeführten Umschaltsignale wirken in einander entgegengesetzten Richtungen auf das Schaltventil 24 ein, wobei das pneumatische Umschaltsignal der zweiten Signalleitung 35 zweckmäßigerweise mit der Federkraft der mechanischen Federmittel 33 gleichgerichtet ist.
Wenn im Betrieb der in 1 und 2 abgebildeten Abluftnutzschaltung durch entsprechende Schaltstellung der Steuerventileinrichtung 2 die erste Steuerleitung 3 belüftet wird, bleibt das in der mit der ersten Steuerleitung 3 verbundenen Abzweigleitung 25a angeordnete Schaltventil 24 in der Schließstellung. Grund dafür ist, dass die Summe der Stellkräfte des über die zweite Signalleitung 35 zugeführten pneumatischen Umschaltsignals und der mechanischen Federmittel 33 größer ist als die Kraft des über die erste Signalleitung 34 zugeführten pneumatischen Umschaltsignals. Die in die Steuerleitung 3 eingespeiste Druckluft gelangt quasi ungedrosselt über das Rückschlagventil 18b der zugeordneten Strömungswiderstandseinrichtung 18 hinweg in die erste Antriebskammer 8 der Antriebsvorrichtung 1.
Da gleichzeitig die zweite Antriebskammer 9 entlüftet ist, bewegt sich die Antriebseinheit 7. Im Falle der 1 resultiert die Entlüftung aus der ständigen Kommunikation der zweiten Antriebskammer 9 mit der Atmosphäre. Beim Ausführungsbeispiel der 2 resultiert die Entlüftung der zweiten Antriebskammer 9 aus der Entlüftung der daran angeschlossenen zweiten Steuerleitung 4 über die Steuerventileinrichtung 2.
Während gemäß 1 die aus der zweiten Antriebskammer 9 verdrängte Abluft ungenutzt zur Atmosphäre ausströmt, wird sie gemäß 2 in der Abluftnutzvorrichtung 22 verwertet. Dies ist dadurch möglich, dass das an die zweite Steuerleitung 4 angeschlossene Schaltventil 24 bei entlüfteter zweiter Steuerleitung 4 in die Offenstellung geschaltet wird. Der in dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt 4a herrschende Druck der Abluft ist größer als der Druck in dem über die Steuerventileinrichtung 2 unmittelbar mit der Atmosphäre verbundenen ventilseitigen Leitungsabschnitt 4b, so dass die über die beiden Signalleitungen 34, 35 und die Federmittel 33 an dem Schaltventil 24 angreifenden Stellkräfte einen Kraftüberschuss zugunsten eines Umschaltens in die Offenstellung bewirken. Die Abluft strömt dann unter Umgehung der in die zweite Steuerleitung 4 eingeschalteten Strömungswiderstandseinrichtung 18 durch die Abzweigleitung 25b hindurch zum Eingang 23 der Abluftnutzvorrichtung 22.
Wird beim Ausführungsbeispiel der 2 die Steuerventileinrichtung 2 umgeschaltet, kehren sich die eben geschilderten Steuerungsverhältnisse um. Nun schließt das im Verlauf der Abzweigleitung 25b angeordnete Schaltventil 24, während gleichzeitig das der ersten Steuerleitung 3 zugeordnete und in der Abzweigleitung 25a platzierte Schaltventil 24 seinerseits auf Grund der an ihm angreifenden Differenzkräfte in die Offenstellung umschaltet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist eine einzige Abluftnutzvorrichtung 22 über je eines der Schaltventile 24 gleichzeitig an beide Steuerleitungen 3, 4 angeschlossen. Somit wird ein und dieselbe Abluftnutzvorrichtung 22 abwechselnd mit Abluft aus beiden antriebsseitigen Leitungsabschnitten 3a, 4a betrieben. Da die Schaltventile 24 wechselweise gegensinnig öffnen und schließen, sind fluidische Kurzschlussverbindungen ausgeschlossen und es ist sichergestellt, dass nicht die Abluft aus der jeweils einen Steuerleitung durch die beiden Abzweigleitungen 25a, 25b hindurch in die jeweils andere Steuerleitung übertritt.
Es versteht sich, dass bei der geschilderten Anordnung jedem Schaltventil 24 bzw. jeder Abzweigleitung 25a, 25b auch eine eigene, individuelle Abluftnutzvorrichtung 22 zugeordnet sein kann. Die gleichzeitige Zuordnung ein und derselben Abluftnutzvorrichtung 22 zu beiden Steuerleitungen 3, 4 hat allerdings den Vorteil, dass insbesondere bei einer hohen Schaltfrequenz der Steuerventileinrichtung 2 eine quasi kontinuierliche Betriebsweise der Abluftnutzvorrichtung 22 realisierbar ist.
Beim Ausführungsbeispiel der 1 findet die Abluftnutzung dann statt, wenn die einzige, erste Steuerleitung 3 nach vorheriger Belüftung und dementsprechend vorherigem Anheben der Antriebseinheit 7 entlüftet wird. In diesem Falle verdrängt die schwerkraftbedingt absinkende Antriebseinheit 7 die in der ersten Antriebskammer 8 enthaltene Druckluft, welche folglich als Abluft durch das geöffnete Schaltventil 24 zu der daran angeschlossenen Abluftnutzvorrichtung 22 abströmen kann.
Zweckmäßigerweise kann man die Abluftnutzschaltung der 2 auch dahingehend charakterisieren, dass jedes der beiden Zweiwege-Schaltventile 24 bei einem Druckabfall in der Entlüftungsrichtung der Drosselventileinrichtung 18a der zugeordneten Strömungswiderstandseinrichtung 18 pneumatisch selbstbetätigend geöffnet wird, so dass der zu dem betreffenden Schaltventil 24 führende antriebsseitige Leitungsabschnitt 3a oder 4a abwechselnd mit dem jeweils anderen antriebsseitigen Leitungsabschnitt 4a, 3a über einen gemeinsamen Eingang 23 einer insbesondere energiewandelnden Abluftnutzvorrichtung 22 zugeführt wird.
Die Ausführungsbeispiele der 3 und 4 haben mit demjenigen der 2 gemeinsam, dass ein und dieselbe Abluftnutzvorrichtung 22 abwechselnd aus beiden antriebsseitigen Leitungsabschnitten 3a, 3b gespeist wird. Im Unterschied zur 2 ist allerdings nur ein einziges Schaltventil 24 vorhanden, das die Verbindung beider antriebsseitigen Leitungsabschnitte 3a, 4b zu dem gemeinsam zugeordneten Eingang 23 der Abluftnutzvorrichtung 22 steuert.
Die beiden Abzweigleitungen 25a, 25b haben voneinander unabhängige Eingangsabschnitte 36, die im einen Fall vom antriebsseitigen Leitungsabschnitt 3a der ersten Steuerleitung 3 und im anderen Fall von dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt 4a der zweiten Steuerleitung 4 abzweigen, die jedoch. beide zu ein und demselben Schaltventil 24 geführt sind. Dieses Schaltventil 24 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet, dessen zwei Eingänge an je einem der Eingangsabschnitte 36 angeschlossen sind. Der dritte Anschluss des Schaltventils 24 fungiert als Ausgang und ist mit dem Eingang 23 der gemeinsam zugeordneten Abluftnutzvorrichtung 22 verbunden.
Das 3/2-Wege-Schaltventil 24 hat zwei mögliche Schaltstellungen, in denen es jeweils den antriebsseitigen Leitungsabschnitt 3a oder 4a der einen Steuerleitung 3 oder 4 mit dem Eingang 23 verbindet und gleichzeitig den jeweils anderen antriebsseitigen Leitungsabschnitt 4a, 3a von diesem Eingang 23 abtrennt.
Das Ausführungsbeispiel der 3 sieht eine dahingehende pneumatische Ansteuerung des einzigen Schaltventils 24 vor, dass dieses den antriebsseitigen Leitungsabschnitt 3a, 4a der jeweils einen Steuerleitung 3, 4 jeweils dann mit der Abluftnutzvorrichtung 22 verbindet, wenn die jeweils andere Steuerleitung 4, 3 durch die Steuerventileinrichtung 2 mit einer Druckluftquelle verbunden ist. Dies rührt daher, dass das Schaltventil aus der mit der Druckluftquelle verbundenen Steuerleitung 3, 4 ein pneumatisches Umschaltsignal empfängt. Genauer gesagt stammt dieses pneumatische Umschaltventil aus dem ventilseitigen Leitungsabschnitt 3b, 4b der betreffenden Steuerleitung 3, 4.
In 3 ist eine erste pneumatische Signalleitung 37 zu erkennen, die zwischen dem ventilseitigen Leitungsabschnitt 3b der ersten Steuerleitung 3 und einem ersten Signaleingang des Schaltventils 24 verläuft, um selbigem ein erstes pneumatisches Umschaltsignal zuzuführen. Ferner ist eine zweite pneumatische Signalleitung 38 zu erkennen, die vom ventilseitigen Leitungsabschnitt 4b der zweiten Steuerleitung 4 abzweigt und zu einem zweiten Signaleingang des Schaltventils 24 führt, um selbigem ein zweites pneumatisches Umschaltsignal zuzuführen, welches mit entgegengesetzter Wirkungsrichtung wie das erste pneumatische Umschaltsignal auf das Schaltventil 24 einwirken kann.
Wird die erste Steuerleitung 3 durch entsprechende Schaltstellung der Steuerventileinrichtung 2 belüftet, erfährt das Schaltventil 24 über die erste Signalleitung 37 ein erstes Umschaltsignal, so dass es in eine aus 3 ersichtliche erste Schaltstellung umschaltet, da gleichzeitig an der an die entlüftete zweite Steuerleitung 4 angeschlossenen zweiten Signalleitung 38 kein Umschaltsignal anliegt.
In dieser ersten Schaltstellung des Schaltventils 24 ist der an die erste Steuerleitung 3 angeschlossene Eingangsabschnitt 36 der Abzweigleitung 25a abgesperrt und die Abluftnutzvorrichtung 22 wird aus dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt 4a der zweiten Steuerleitung 4 über den Eingangsabschnitt 36 der Abzweigleitung 25b und das in der ersten Schaltstellung befindliche Schaltventil 24 mit aus der zweiten Antriebskammer 9 stammender Abluft versorgt.
Wird die Steuerventileinrichtung 2 umgeschaltet, ergibt sich eine vertauschte Schaltungssituation, wobei nun das Schaltventil 24 auf Grund eines an der zweiten Signalleitung 38 anstehenden zweiten pneumatischen Umschaltsignals in die zweite Schaltstellung umgeschaltet wird, in der die Abluftnutzvorrichtung 22 mit dem zuvor noch abgetrennten Eingangsabschnitt 36 der Abzweigleitung 25a verbunden ist. Gleichzeitig ist der Eingangsabschnitt 36 der anderen Abzweigleitung 25b abgetrennt.
Bei der Ausführungsform der 4 ist das Funktionsprinzip vergleichbar mit demjenigen der 3, wobei lediglich die zweite Signalleitung 38 durch mechanische Federmittel 42 ersetzt wurde. Alternativ könnte auch die erste Signalleitung 37 durch mechanische Federmittel 42 ersetzt werden. Durch die mechanischen Federmittel 42 wird das 3/2-Wege-Schaltventil 24 in einer Grundstellung gehalten und in Abhängigkeit davon in die zweite Schaltstellung umgeschaltet, ob ihm über die zugeordnete erste oder zweite Signalleitung 37 oder 38 ein pneumatischen Umschaltsignal zugeführt wird.
Auch die Abluftnutzschaltung der 3 und 4 könnte mit zwei separaten und voneinander unabhängigen Schaltventilen 24 realisiert werden, die als 2/2-Schaltventile ausgebildet sind. Jedes dieser 2/2-Schaltventile könnte durch mechanische Federmittel in eine erste Schaltstellung vorgespannt sein und durch ein pneumatisches Umschaltsignal umgeschaltet werden, das aus derjenigen Steuerleitung 3 oder 4 abgezweigt wird, die nicht an das zu steuernde Schaltventil 24 angeschlossen ist.
Das Ausführungsbeispiel der 3 kann zweckmäßigerweise auch dahingehend charakterisiert werden, dass die von den beiden antriebsseitigen Leitungsabschnitten 3a, 4a abgezweigte Abluft im Wechsel über einen gemeinsamen Eingang 23 einer insbesondere energiewandelnden Abluftnutzvorrichtung 22 zugeführt wird, wobei die Umschaltung des mit 3/2-Ventilfunktion ausgestatteten Schaltventils 24 rein pneumatisch gesteuert erfolgt, indem mindestens ein von der momentan belüfteten Steuerleitung abgegriffenes pneumatisches Umschaltdrucksignal das Schaltventil 24 in eine Schaltstellung verbringt, in der der antriebsseitige Leitungsabschnitt 3a oder 4a der momentan entlüfteten Steuerleitung 3 oder 4 mit dem Eingang 23 der Abluftnutzvorrichtung 22 verbunden ist.
In 2 ist strichpunktiert noch angedeutet, dass jede Strömungswiderstandseinrichtung 18 mit dem ihr zugeordneten Schaltventil 24 und den zwischen diesen beiden Komponenten verlaufenden Leitungen in einer Baueinheit 43 integriert sein kann. Dies vereinfacht die Herstellung und Montage.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/146718 A1 [0002]
EP 0111637 A1 [0003, 0003]

Claims

Abluftnutzschaltung, die folgendes aufweist: – eine pneumatische Antriebsvorrichtung (1), – mindestens eine an die pneumatische Antriebsvorrichtung (1) angeschlossene pneumatische Steuerleitung (3, 4), – eine an die mindestens eine Steuerleitung (3, 4) angeschlossene Steuerventileinrichtung (2), die in der Lage ist, die Steuerleitung (3, 4) zum wahlweisen Zuführen oder Abführen von Druckluft in die bzw. aus der Antriebsvorrichtung (1) alternativ mit einer Druckluftquelle oder mit einer Drucksenke zu verbinden, – und mindestens eine Abluftnutzvorrichtung (22), deren Eingang (23) mit mindestens einer Steuerleitung (3, 4) verbunden oder verbindbar ist, um mit aus der Antriebsvorrichtung (1) ausströmender Abluft betrieben zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verlauf mindestens einer Steuerleitung (3, 4) zwischen der Antriebsvorrichtung (1) und der Steuerventileinrichtung (2) eine der aus der Antriebsvorrichtung (1) ausströmenden Abluft einen Strömungswiderstand entgegensetzende Strömungswiderstandseinrichtung (18) eingeschaltet ist, wobei der Eingang (23) der Abluftnutzvorrichtung (22) mit dem zwischen der Strömungswiderstandseinrichtung (18) und der Antriebsvorrichtung (1) verlaufenden antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a, 4a) der Steuerleitung (3, 4) verbunden oder verbindbar ist.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungswiderstandseinrichtung (18) eine Drosselventileinrichtung (18a) oder eine Kombination aus einer in Richtung zur Steuerventileinrichtung (2) sperrenden Rückschlagventileinrichtung (18b) und einer diesbezüglich parallelgeschalteten Drosselventileinrichtung (18a) enthält, wobei die Drosselventileinrichtung (18a) zweckmäßigerweise in ihrer Drosselungsintensität variabel einstellbar ausgebildet ist.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftnutzvorrichtung (22) ein Energiewandler ist und beispielsweise einen elektrischen Generator (28) aufweist.
Abluftnutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftnutzvorrichtung (22) einen Druckluftmotor (27), insbesondere vom Typ eines Lamellenmotors, enthält.
Abluftnutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie über zwei jeweils einerseits an die pneumatische Antriebsvorrichtung (1) und andererseits an die Steuerventileinrichtung (2) angeschlossene Steuerleitungen (3, 4) verfügt, über die hinweg die Antriebsvorrichtung (1) abwechselnd gegensinnig belüftbar und entlüftbar ist.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in beide Steuerleitungen (3, 4) eine Strömungswiderstandseinrichtung (18) eingeschaltet ist, die die jeweilige Steuerleitung (3, 4) in einen antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a, 4a) und einen ventilseitigen Leitungsabschnitt (3b, 4b) unterteilt, wobei beide antriebsseitigen Leitungsabschnitte (3a, 4a) mit einer Abluftnutzvorrichtung (22) verbunden oder verbindbar sind.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden antriebsseitigen Leitungsabschnitte (3a, 4a) mit jeweils einer eigenen Abluftnutzvorrichtung (22) oder mit einer gemeinsam zugeordneten Abluftnutzvorrichtung (22) kooperieren.
Abluftnutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abluftnutzvorrichtung (22) einen bezüglich ihrem Eingang (23) separaten Ausgang (26) zur zumindest teilweisen Abfuhr der über den Eingang (23) zuströmenden Abluft der Antriebsvorrichtung (1) aufweist.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abluftnutzvorrichtung (22) mit ihrem Ausgang (26) an den zwischen der Strömungswiderstandseinrichtung (18) und der Steuerventileinrichtung (2) verlaufenden ventilseitigen Leitungsabschnitt (3b, 4b) einer Steuerleitung (3, 4) angeschlossen ist, insbesondere derart, dass zwischen der Abluftnutzvorrichtung (22) und der Strömungswiderstandseinrichtung (18) eine pneumatische Parallelschaltung vorliegt.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der mindestens einen Abluftnutzvorrichtung (22), insbesondere ohne Mitwirkung einer Steuerleitung (3, 4), mit einer zweckmäßigerweise von der Atmosphäre gebildeten Drucksenke verbunden ist.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausgang (26) der Abluftnutzvorrichtung (22) und die diesem nachgeordnete Drucksenke ein in seiner Drosselungsintensität insbesondere einstellbares Drosselventil (32) eingeschaltet ist.
Abluftnutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abluftnutzvorrichtung (22) und dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a, 4a) mindestens einer mit einer Strömungswiderstandseinrichtung (18) ausgestatteten Steuerleitung (3, 4) ein Schaltventil (24) platziert ist, das alternativ in eine erste Schaltstellung oder in eine zweite Schaltstellung schaltbar ist, wobei es den antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a, 4a) der Steuerleitung (3, 4) in der einen Schaltstellung mit der Abluftnutzvorrichtung (22) verbindet und in der anderen Schaltstellung von der Abluftnutzvorrichtung (22) abtrennt.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (24) druckabhängig betätigbar ausgebildet ist und durch mindestens ein aus einer Steuerleitung (3, 4) abgegriffenes pneumatisches Umschaltsignal betätigbar ist.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 12, oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaltventil (24) in Abhängigkeit von den zwischen dem ventilseitigen Leitungsabschnitt (3b, 4b) und dem antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a, 4a) ein und derselben Steuerleitung (3, 4) herrschenden Differenzdruck betätigbar ist, insbesondere indem ihm die in beiden Leitungsabschnitten (3a, 4a; 3b, 4b) herrschenden Drücke als einander entgegengesetzt wirksame pneumatische Umschaltsignale aufgeschaltet sind, wobei das Schaltventil (24) nur in eine den antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a, 4a) mit der Abluftnutzvorrichtung (22) verbindende Schaltstellung schaltbar ist, wenn im antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a, 4a) ein höherer Druck als im ventilseitigen Leitungsabschnitt (3b, 4b) herrscht.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 14, gekennzeichnet, dass das Schaltventil (24) durch mechanische Federmittel (33) in eine den antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a, 4a) von der Abluftnutzvorrichtung (22) abtrennende Schaltstellung vorgespannt ist.
Abluftnutzschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaltventil (24) derart pneumatisch angesteuert ist, dass es den antriebsseitigen Leitungsabschnitt (3a, 4a) mindestens einer mit einer Strömungswiderstandseinrichtung (18) ausgestatteten Steuerleitung (3, 4) jeweils dann mit einer Abluftnutzvorrichtung (22) verbindet, wenn die jeweils andere Steuerleitung (4, 3) durch die Steuerventileinrichtung (2) mit einer Druckluftquelle verbunden ist, indem es aus dieser anderen Steuerleitung (4, 3) ein pneumatisches Umschaltsignal empfängt.
Abluftnutzschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abluftnutzvorrichtung (22) unter Zwischenschaltung eines einzigen Schaltventils (24) gleichzeitig an die antriebsseitigen Leitungsabschnitte (3a, 4a) zweier mit jeweils einer Strömungswiderstandseinrichtung (18) ausgestatteter Steuerleitungen (3, 4) angeschlossen ist, wobei das Schaltventil (24) seine pneumatischen Umschaltsignale von entweder den ventilseitigen Leitungsabschnitten (3b, 4b) beider Steuerleitungen (3, 4) enthält oder federnd in eine Schaltstellung vorgespannt ist und seine Umschaltsignale von nur einer Steuerleitung (3, 4) empfängt.