DE2255308A1

DE2255308A1 - Vorrichtung zum umschalten eines hinund hergehenden antriebskolbens in einem pneumatischen antriebsaggregat

Info

Publication number: DE2255308A1
Application number: DE2255308A
Authority: DE
Inventors: Thomas Nussbaumer
Original assignee: ADEOLA AG
Current assignee: ADEOLA AG
Priority date: 1971-11-30
Filing date: 1972-11-11
Publication date: 1973-06-14
Also published as: CH544893A; BE792041A; IT975767B; GB1370246A; ES409030A1; US3850082A; DE2255308C3; FR2162991A5; DE2255308B2

Description

Adeola AG ₅ Zug (Schweiz)

Vorrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Antriebskolbens in einem pneumatischen Antriebsaggregat

Zum Umschalten eines hin- und hergehenden Kolbens in einem pneumatischen Antriebsaggregat wird üblicherweise ein mechanisch betätigtes 5-2-Wege-Ventil verwendet, mittels welchem wahlweise eine der beiden Kolbenflächen mit Druckluft beaufschlagt und gleichzeitig der Raum Über der andern, Kolbenfläche zum Ausströmenlassen der dort vorhandenen Druckluft mit der freien Atmosphäre verbunden wird* Solche Anordnungen eignen sich immer dann, wenn der Weg vom 5-2-Wege-Ventil zum Antriebsaggregat kurz ist. Ist er aber lang, so behindert das durch die Leitungslänge bedingte langsame Entweichen der Luft ins Freie das rasche Verschieben des vom Luftdruck

beaufschlagten Antriebskolbens im Arbeitsaggregat, weil dann Kl/bu

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die Druckdifferenz zwischen den beiden Kolbenflächen zu gering ist. Zur behebung dieses Nachteils werden in all den Fällen, bei denen zwischen dem Betätigungs- oder Bedienungsorgan und dem pneumatischen Antriebsaggregat eine störend gros3e Distanz besteht, die 5-2-Wege-Ventile als Solenoid-Ventile ausgebildet und direkt neben dem Antriebsaggregat angeordnet, während die Wahl des Ortes für die Anbringung des Betätigungsorgans sozusagen vollständig frei ist. Es hat dies allerdings den nicht zu unterschätzenden Nachteil, dass zusätzlich zu den pneumatischen Leitungen noch elektrische Leitungen nötig sind, wodurch bei Installations-, Revisionsund Reparaturarbeiten die Mithilfe eines Elektrikers nötig wird und in vielen Anwendungsfällen zusätzliche Schwierigkeiten wegen der beispielsweise in feuchten oder explosionsgefährdeten Räumen vorgeschriebenen Sicherheitsmassnahmen auftreten. Daher wird oft unter Verzicht auf elektrifizierte Ausführungen ein verhältnlsmässig langsames Arbeiten des pneumatischen Antriebsaggregates in Kauf genommen.

Nach einem unveröffentlichten Vorschlag dient der Behebung all dieser Nachteile eine Einrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Antriebskolbens, welcher aus einem 3-2-Wege-Ventil und einem Steuerelement gebildet wird, welch letzteres einen in einer dreistufigen Bohrung verschiebbaren Differentialkolben mit Enden ungleichen Querschnittes und einem dazwischen befindlichen dünnern Verbindungsteil aufweist, wobei einerseits jedes Bohrungsende mit einer Endanschlussöffnung versehen ist, und zwar das engere Ende mit einer Endanschlussöffnung zum direkten Anschluss einer Druckluftquelle und das weitere Ende mit einer Endanschlussöff-' nung, an die das an eine Druckluftquelle anzuschliessende 3-2-Wege-Ventil über eine Steuerleitung derart angeschlossen ist, dass dieses weitere Bohrungsenede Je nach der Stellung des 3-2-Wege-Ventils mit der Druckluftquelle oder einer Entlüftungsöffnung verbunden 1st, und wobei andererseits im Bereich des grossen Bohrungsdurchmessers ein By-Pass vorhanden

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ist und in den Bereich des mittleren Bohrungsdurchmessers .eine Luftaustrittsöffnung mündet und zwei zum Anschluss je einer zum umschaltenden Antriebsaggregat führenden Verbindungsleitung dienende Anschlussöffnungen derart angeordnet sind, dass bei jeder Endstellüng des Differentialkolbens eine der beiden Anschlussöffnungen mit der ihr benachbarten Endanschlussöffnung, die andere aber mit der Luftaustritts- , öffnung verbunden ist. Bei dieser Anordnung ist zwar das Steuerelement mögliehst unmittelbar neben dem umzusteuernden Antriebsaggregat anzuordnen, das mit ihm durch nur eine einzige Leitung verbundene 3-2-Wege-Ventil kann jedoch verhältnismassig weit weg angeordnet sein, ohne dass Verzögerungen auftreten, die durch das Ausströmen der Luft ins Freie bedingt sind, da ja idie Luft bereits aus dem Steuerelement direkt ins Freie austritt.

Diese unveröffentlichte Einrichtung hat jedoch einen nicht zu vernachlässigenden Nachteil, nämlich den der Beschränktheit ihrer Anwendungsmöglichkeiten* Der Differentialkolben ist durch eine Vielzahl von O-Ringen gegen seine Führungen abgedichtet, was naturgemäss grosse Reibungswiderstände bedingt. So muss also für die sichere Funktion eine Mindestdruckdifferenz zwischen Arbeitsdruck und Aussenluftdruck überschritten werden, um den Differentialkolben jederzeit anstandslos in seine Endlagen verschieben zu können. Ausserdem sind für dieses Gerät noch 2 Druckleitungen vom Betätigungsventil zum Steuerelement notwendig.

Um auch diese letzten Mängel auszuschalten, dient nun die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Antriebskolbens in einem pneumatischen Antriebsaggregat, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus einem 3-2-Wege-Ventil, einem Druckluftbehälter und einem mit diesen durch Druckleitungen verbundenen Steuerelement gebildet wird, welch letzteres in seinem Inneren zwei konische Flächenpaare, bestehend aus einer Innenkonusfläche und einer Aussenkonusfläche, aufweist, wobei ins Zentrum jeder Fläche eine Bohrt/nQ

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mündet und zwischen den Flächen jedes Paares eine kappenförmlge Dichtung derart frei verschiebbar angeordnet ist, dass Jede Dichtung sowohl in der einen als auch in der anderen Endstellung eine der Bohrungen dicht abschliesst, und wobei die Bohrung der ersten Innenkonusfläche durch eine Leitung mit der Ein-Ausgangsöffnung des 3-2-Wfge-Ventils verbunden, die Bohrung der anschliessenden ersten Aussenkonusfläche durch eine Verbindungsbohrung mit einer Auslassöffnung, der Raum zwischen diesen beiden ersten Konusflächen sowohl mit einer zu einer Arbeitskammer des pneumatischen Aggregates führenden Anschlussöffnung als auch mit der Bohrung der zweiten Innenkonusfläche verbunden sind, wobei der zwischen ihr und der zweiten Aussenkonusfläche liegende Raum mit einer zum Druckluftbehälter führenden Anschlussöffnung und die Bohrung dieser zweiten Aussenkonusfläche mit einer zur anderen Arbeitskammer des pneumatischen Aggregats führenden Anschlussöffnung verbunden sind und die zwiscnen diesen zweiten Konusflächen liegende Dichtung derart mit einer Stange verbunden ist, dass je nach der Endstellung der kappenförmlgen Dichtung ein von der Stange betätigtes Ventil die Bohrung der zweiten Aussenkonusfläche von einer weiteren Auslassöffnung trennt oder mit dieser verbindet.

Nachstehend wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

die Pig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung, sowie schematisch einen Arbeitszylinder, einen Druckluftbehälter und ein 3-2-Wege-Ventil in einer ersten Arbeitstellung,

die Fig. 2 einen Längsschnitt durch dieselbe Vorrichtung

sowie den Arbeitszylinder, den Druckluftbehälter und das 3-2-Wege-Ventil in einer zweiten Arbeitsstellung und

die Fig. 3 einen Schnitt nach der in der Fig. 1 gezeich-

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neten. Linie III - III. " .

Das in der Pig. 1 dargestellte Steuerelement hat eine im wesentlichen zylindrische Form. Es weist.als äusseres Geräst einen hohlzylindrischen Mantel 1 auf, der an seinem Umfang vier Öffnungen la bis Id hat. An seinem einen Ende ist in ihn ein grob hohlzylindrischer Körper 2 fest eingepasst, dessen äusserer Durchmesser genau dem Innendurchmesser des Mantels entspricht und der an seinem äusseren Umfang einen O-Ring 2a zu seinem Abdichten gegen die Mantelinnenfläche trägt und welchen ein Segerring 2b im Mantel festhält. Gegen den Aussenraum des Mantels verjüngt sich der hohlzylindrische Körper 2 zu einem mit einem Innengewinde' versehenen Druckleitungsanschlussnippel 2c. Seine Innenfläche erweitert sich nach dem Anschlussnippel unter einem Öffnungswinkel von etwa 90 zu einer konischen Sitzfläche 2d, um dann wieder in ihrem letzten Abschnitt in eine Zylinderfläche 2e überzugehen. Der. ganze Körper 2 nimmt etwa ein Viertel der Länge des ganzen Mantels 1 ein.

Anschliessend an den Körper 2 ist in den Mantel 1 ein im wesentlichen aus zwei nur teilweise einseitig offenen^ mit" einer Trennwand versehenen Hohlzylindern verschiedener Durchmesser bestehender Hohlkörper 4 in den Mantelinnenraum eingesetzt. Der hohlzylindrische Teil 4a mit dem grösseren Durchmesser ist in den Mantel eingepasst und trägt an seinem äusseren Mantel drei Dichtungsringe 4c. Am dem Hohlzylinder 2 abgewandten Ende befindet sich eine Nut 4d, welche mit der Innenwand des Mantels 1 einen ringförmigen Kanal bildet. In diese Nut 4d münde-n auf ihren Umfang verteilte Durchbohrungen 4e der Wand des Zylinderteils 4a und die Bohrung eines auf dieser Höhe in der Wand des Mantels 1 angebrachten, mit einem Innengewinde versehenen Druckleitungsanschlussnippels Ib. Die an seinem freien Ende zylindrische Innenwand des Teils 4a verengt sich gegen innen unter einem Öffnungswinkel von etwa 90° zu einer konischen Sitzfläche 4f, um schliesslich wieder zylindrisch mit kleinerem Durchmesser zu werden. Mit dem Hohlzylinder 4a ist der gegen diesen abgeschlossene Hohlzy-

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linder 4b mit kleinerem Aussendurchmesser koaxial verbunden. Er ragt bis in den Innenraum des Körpers 2 hinein. Seine freie Stirnseite ist parallel zu der Sitzfläche 2d konisch abgeschrägt und ebenfalls als Sitzfläche 4g ausgebildet. Seine zentrale Bohrung reicht nur bis etwa auf die Höhe des mittleren O-Rings 4c. Auf diese Weise ist diese vom Innenraum des Zylinders 4a, welcher bis etwa zur Mitte des Hohlkörpers 4 reicht, getrennt. Am äusseren Umfang des Zylinders 4a ist eine Nut angebracht, die mit der Innenwand des Mantels 1 einen ringförmigen Kanal 5b bildet, in welchen Bohrungen 4h durch die Wand des Zylinders 4a zur Verbindung mit dessen Innenraum münden. Weiter mündet in den Kanal 5b eine in der Wand des Mantels 1 angebrachte Öffnung Ic, welche zum Anschliessen der einen Leitung zum Arbeitszylinder 12 des pneumatischen Aggregats dient. Der kleinere Zylinder 4b besitzt noch zwei gegenüberliegende radiale Bohrungen 4i, die so angebracht sind, dass sie über eine Nut 4k und die mit einem schalldämpfenden Filtereinsatz Ie versehene Öffnung la den Innenraum des Zylinders 4b direkt mit dem Aussenraum des Mantels 1 verbinden. Der von der Innenfläche 2e umschlossene zylindrische Raum ist mit dem Ringkanal 5b durch sechs achsparallel verlaufende Verbindungsbohrungen 5a verbunden. An den freien Rand des grösseren Zylinders 4a ist ein Hohlkörper 6 angeschlossen und mit der zylindrischen Aussenwand seines unteren Teils 6a mittels des O-Rings 6b gegen die Innenwand des Mantels 1 abgedichtet. Die Aussenwand des unteren Teils 6a besitzt an ihrem untersten Ende eine mit der Innenwand.des Mantels 1 einen ringförmig verlaufenden Kanal bildende Nut 6c. In sie münden auf den Umfang verteilte Durchbohrungen 6d der Wand des unteren Hohlkörperteils 6a und eine in der Wand des Mantels 1 angebrachte, zum Anschliessen an die andere Leitung zum Arbeitszylinder 12 dienende Öffnung Id. Der in den Innenraum des grösseren Zylinders 4a ragende Teil 6e des Hohlkörpers 6 verjüngt sich konisch und endet in einem zylindrischen Rohr, dessen Stirnseite parallel zu der Sitzfläche 4f konisch abgeschrägt und ebenfalls als Sitzfläche 6f ausgebildet ist. Die Aussenwand des Rohres 6e hat einen solchen Durchmesser, dass sie mit der Innenwand des

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Zylinders 4a einen Kanal 5c bildet«, der durch, die Bohrungen 4e in die Nut 4d mündet. Direkt anschliessend an den Hohlkörper 6 sitzt mit seinem Wulst 7a in die Innenwand des Mantels 1 eingepasst und mittels des O-Rings 7b abgedichtet ein im wesentlichen hohlzylindrischer Ventilträger 7° Das freie Ende seines Wulsts 7a ist durch den Segerring 7c im Mantel 1 fixiert» Der Ventilträger 7 ragt an seinem freien Ende etwas über die Stirnseite des Mantels 1 hinaus und besitzt eine durch einen weiteren Segerring 7<ä einerseits und eine Stufe 7e in der Bohrung andererseits befestigten, seinen Innenraum nach aussen abschliessenden, in der Auslassöffnung 8a eingebauten, schalldämpfenden Filter 8. Der Ventilträger 7 hat solche äussere Abmessungen, dass der Teil seiner ausseren Wand«, welcher auf der in den Innenraum des Hohlkörpers 6 zeigenden Seite des Wulsts 7a liegt, und seine parallel zu der inneren Verjüngung des Hohlkörpers abgeschrägte Stirnseite mit der Innenwand des letzteren einen in die Bohrungen 6d mündenden Ringkanal 5d-bilden. Seine zentrale'Bohrung ist als zylindrischer Ventilsitz Jf ausgebildet. Ein dazu passendes Ventil besteht aus einer zylindrischen Stange 9, welche axial durch den Ventilsitz in den Inneraum des Ventilträgers einerseits und durch den Hohlkörper 6 in den konischen Innenraum des grösseren Zylinders 4a andererseits reicht und welche an beiden Enden mit Gewinden versehen ist, und einem Dichtungsring 9a, der auf einem auf die Stange 9 geschraubten und mit der Mutter 9c festgezogenen Trägerring 9b aufgeklebt ist. In dem zwischen den beiden Sitzflächen 4f und 6f gebildeten Raum befindet sich eine aus Gummi oder Kunststoff bestehende kappenförmige Dichtung■10 mit lippenförmigem Rand 10a und eine auf dieser angebrachte metallerne Kappe 10b, durch deren gemeinsame zentrale Bohrung die Stange 9 ragt, und welche an dieser mittels zweier Gegenmuttern 9d und 9e befestigt sind. Desgleichen befindet sich zwischen den beiden Sitzflächen 2d und 4g eine kappenförmige Dichtung 11 mit ebenfalls lippenförmigem Rand 11a.

Für den Zusamnu *n des Steuerelements ist es zweckmässig, die

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verschiedenen Hohlkörper einzeln anzufertigen und dann in den Mantel einzusetzen, Jedoch ist es auch möglich, eines oder mehrere der Innenteile mit dem Mantel aus einem Stück zu formen.

In den beiden Figuren der Zeichnung sind schematisch de,r Arbeltszylinder 12 mit seinem Arbeitskolben 12a, das Betätigungs-3-2-Wege-Ventil 13 und ein Druckbehälter 14 dargestellt. Das 3-2-Wege-Ventil weist drei Anschlussöffnungen auf, von denen zwei, nämlich die Druckluftzufuhröffnung 13d und die Druckablassöffnung 13c abwechselnd mit der dritten, nämlich der Ein-Ausgangsöffnung verbunden werden können, welch letztere über die Leitung 13a an das Steuerelement angeschlossen ist. Für die Einleitung des Arbeitshubs des Arbeitskolbens 12a 1st das 3-2-Wege-Ventil 13 so gestellt, dass es den Druckanschlussnippel 2c über die Druckleitung 13a, welche relativ lang sein kann und keinen besonders grossen Querschnitt haben muss, mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Druckluftreservoir verbindet. Die Pressluft tritt nun über den Anschlussnippel 2c in das Steuerelement ein. Sie trifft dort auf die kappenförmige Dichtung 11 und drückt diese gegen ihre Sitzfläche ^g, sodass ein Zwischenraum zwischen der Dichtung 11 und der Sitzfläche 2d entsteht, durch welchen die Pressluft weiter in die Kanäle 5a und 5b und von dort Über die Anschlussöffnung Ic in die eine Arbeitskammer 12b des Arbeitszylinders 12 strömt und den Kolben 12a in die in der Fig. 1 dargestellte Lage schiebt. Ein Teil der zuströmenden Pressluft gelangt nicht in den Arbeltszylinder 12, sondern vom Kanal 5b übor die Bohrungen ^h in den oberen Innenraum des grösseren Zylinders ¹Ia. Dort trifft sie auf die Dichtung 10 und drückt diese gegen ihre Sitzfläche 6f. Dadurch wird die mit ihr verbundene Stanpe 9 nach unten verschoben und der Ventilring 9a aus seinem Sitz 7f gehoben. Auf diese Weise kann die aus der Arbeitskammer 12c des Arbeitszylinders 12 ausströmende Luft schnellstens über die Anschluss-Öffnung ld, die Nut 6c mit den Bohrungen 6d, den Kanal 5d, das Ventil 7f> 9a und den Innenraun des Ventilträgers 7 durch den schalldämpfenden Filter 8 ins Freie entv/elchon. Die Press-

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luft strömt durch den zwischen der Dichtung 10 und der Sitzfläche 4f gebildeten* Hohlraum in den Kanal 5c und von dort ' über die Bohrungen 4e, den Anschlussnippel Ib und die Druckleitung l4a in den Druckluftbehälter 14, bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat.

Zur Einleitung des Leerhubs des Arbeitskolbens 12a wird das Ventil 13 so gestellt, dass es die Leitung 13a direkt mit der Aussenluft verbindet, was in der Fig. 2 dargestellt ist. Durch den nun im Steuerelement herrschenden Überdruck wird die ■ Dichtung 11 gegen ihre obere Sitzfläche 2d gepresst, sodass sich Jetzt zwischen ihr und ihrer unteren Sitzfläche 4g ein Hohlraum befindet. Die aus der Arbeitskammer 12b des Arbeitszylinders strömende Luft kann daher über die Anschlussöffnung Ic, die Kanäle 5b und 5a und den Hohlraum zwischen der Dichtung 11 und deren Sitzfläche 4g: in den Innenraum des kleineren Zylinders 4b und von dort durch die Bohrung 4i und den in der Auslassöffnung la befestigte Filter Ie ins Freie gelangen.

Gleichzeitig entweicht die im Innenraum des Zylinders 4a befindliche Druckluft durch die Bohrungen 4h, sodass durch die Druckwirkung der im Druckluftbehälter 14 befindlichen Luft die Dichtung 10 gegen ihre Sitzfläche 4f gepresst wird-und die mit ihr verbundene Stange 9 das Ventil 7f, 9a verschliesst. Die im Druckluftbehälter 14 befindliche Druckluft strömt nun Über", den Anschlussnippel Ib und den Kanal 5c durch den jetzt zwischen der Ventilkappe 10 und ihrer unteren Sitzfläche 6f liegenden Hohlraum in den Kanal 5d und von da durch die Bohrungen 6d und die Anschlussöffnung Id in den Raum 12c des Arbeitszylinders 12, wodurch sie den Arbeltskolben in seine in der Fig. 2 gezeigte Ausgangslage zurückschiebt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.jVorrichtung zum Umschalten eines hin- und hergehenden Arbeits- ^kolbens in einem pneumatischen Antriebsaggregat, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem 3-2-Wege-Ventil (13)» einem Druckluftbehälter (I¹O und einem mit diesem durch Druckleitungen (13a beziehungsweise I¹Ia) verbundenen Steuerelement gebildet wird, welch letzteres in seinem Inneren zwei-konische Flächenpaare, bestehend aus einer Innenkonusfläche (2d,4f) und einer Aussenkonusfläche (¹Ig,6f), aufweist, wobei ins Zentrum jeder Fläche eine Bohrung mündet und zwischen den Flächen jedes Paares eine kappenförmige Dichtung (10, 11) derart frei verschiebbar angeordnet ist, dass jede Dichtung sowohl in der einen als auch in der anderen Endstellung eine der Bohrungen dicht abschliesst, und wobei die Bohrung der ersten Innenkonusflache (2d) durch eine Leitung (13a) mit der Ein- Ausgangsöffnung (13b) des 3-2-Wege-Ventils (13) verbunden, die Bohrung der anschllessenden ersten Aussenkonusfläche (¹Ig) durch eine Verbindungsbohrung (¹Jl) mit einer Auslassöffnung (la), der Raum zwischen diesen beiden ersten Konusflächen (2d,*lg) sowohl mit einer zu einer Arbeitskammer (12b) des pneumatischen Aggregates (12) führenden Anschlussöffnung (Ic) als auch mit der Bohrung der zweiten Innenkonusfläche (¹If) verbunden sind, wobei der zwischen ihr und der zweiten Aussenkonusfläche (6f) liegenden Raum mit einer zum Druckluftbehälter (I¹I) führenden Anschlussöffnung (Ib) und die Bohrung dieser zweiten Aussenkonusfläche (6f) mit einer zur anderen Arbeitskammer (12c) des pneumatischen Aggregats (12) führenden Anschlussöffnung (Id) verbunden sind und die zwischen diesen zweiten Konusflächen (^f,6f) liegende Dichtung (10) derart mit einer Stange (9) verbunden ist, dass Je nach der Endstellung der kappenförmigen Dichtung (10) ein von der Stange (9) betätigtes Ventil (7f»9a) die Bohrung der zweiten Aussenkonusfläche (6f) von einer weiteren Auslassöffnung (8a) trennt oder mit dieser verbindet.

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2. Vorrichtung nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, dass die Konusflächen (2d, 4g, 4f und 6f)Aussen* beziehungsweise Innenflächen von Hohlkörpern (2, 4 und 6) sind, welche in einen äusseren Mantel (1) des Steuerelements dicht eingesetzt sind,

3. Vorrichtung nach Anspruch 2₉ dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Hohlkörper aus einem Stück mit dem Mantel (1) besteht. ,

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (la und 8a) mit schalldämpfenden Filtern (Ie und 8) versehen sind.

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