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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Positionssteuervorrichtung eines
einfach oder doppeltwirkenden Zylinders und zur "Ein/Aus"-Steuerung eines einfach oder doppeltwirkenden
Zylinders.
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Wie
bekannt sind Druckluftverteiler mit Ventilen aus einem Ventilkörper, in
welchen die Fluideinlass- und -auslassleitungen münden, und
einem bewegbaren Teil, das ein Ventil aufweist, welches als Verschluss
für die
eine oder die andere der Leitungen dient. Dieses bewegbare Teil
wird von einer integrierten Kolben- oder Membran-Betätigungseinrichtung bewegt,
welche im allgemeinen eine Dichtung aufweist, um den Druck des Steuerkreises
von dem Druck des zu regelnden Fluids isoliert.
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Diese
Ausbildung hat den Nachteil, das parasitäre Reibungskräfte verursacht
werden, die im Falle des Verschleißes der Isolierdichtung erheblich
werden können.
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Darüber hinaus
existiert bei durch eine Membran bewegten Ventilverteilern im allgemeinen
im Inneren des Körpers
ein Restdruck, der gegen den Steuerfluiddruck des Verteilers wirkt.
Das Vorhandensein dieses Gegendrucks hat zum Nachteil, dass die
Kippschwelle erhöht
und damit die Reaktionszeit des bewegbaren Teils des Verteilers
verlängert
wird.
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Um
diese Nachteile zu überwinden,
existieren Vorrichtungen, welche das Regeln der Verteilung eines
Fluids ermöglichen,
ohne Reibung arbeiten und einen Kolben mit unterschiedlichen Querschnitten
aufweisen, wodurch ein herabsetzen der Kippschwelle und eine Verkürzung der
Reaktionszeit des bewegbaren Teils ermöglicht ist.
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In
dieser Hinsicht kann insbesondere auf die französische Schrift
FR-A-2 328 147 bezug genommen
werden, welche eine Vorrichtung, die das Regeln der Verteilung eines
Fluids ermöglicht,
beschreibt, welche einen Körper
umfasst, in welchem ein bewegbares Teil verschiebbar ist, das einen
sich an einer ein Ventil bildenden Kugel abstützenden Kolben aufweist, welche
das Verschließen
der Einlassleitung oder der Auslassleitung des zu regelnden Fluids
gewährleistet,
wobei sich das bewegbare Teil unter dem Druck eines Steuerfluids,
der auf einen Querschnitt des bewegbaren Teils wirkt, von der einen
in die andere seiner Gleichgewichtspositionen verschiebt, die den
beiden Schließpositionen
der Kugel entsprechen. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist die
Fläche
des Querschnitts des bewegbaren Teils, auf welche der Druck des
Steuerfluids wirkt, größer als
diejenige ist, auf welche der Druck des in dem Körper der Vorrichtung vorhandenen
zu regelnden Fluids wirkt.
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US-A-4 196 941 offenbart
gleichermaßen eine
Vorrichtung des in der Schrift
FR-A-2 328 147 beschriebenen Typs, der ferner
eine erste Membran, die derart dichtend an dem Körper der Vorrichtung und an
dem Querschnitt, auf den der Druck des in dem Körper vorhandenen Fluids einwirkt,
anliegt, dass der Druck des zu verteilenden Fluids von dem Druck
des Steuerfluids isoliert ist, und eine zweite Membran aufweist,
die dichtend an dem Körper
der Vorrichtung und an dem Querschnitt, auf den der Druck des Steuerfluids
einwirkt, anliegt, um die Dichtigkeit der Vorrichtung zu gewährleisten.
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Diese
bekannte Ausbildung des Kolbens des bewegbaren Teils mit unterschiedlichen
Querschnitten hat insbesondere zum Vorteil, den Kippdruck zu senken
und die Kippreaktionszeit des bewegbaren Teils zu verbessern: tatsächlich wirkt
der in dem Körper
der Vorrichtung enthaltene Restdruck des zu verteilenden Fluids
somit auf eine Fläche,
die kleiner als die Fläche
ist, auf welche der Steuerdruck wirkt, und die sich aus diesem Druck
ergebende Kraft ist somit selbst bei gleichem Druck geringer als
die von dem Steuerfluid erzeugte Kraft.
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Bei
einer derartigen bekannten Vorrichtung tritt das folgende Problem
auf:
Beim Öffnen
des Ventils entsteht ein Druckeingang unter der Membran (der ersten
Membran), die dichtend an dem Körper
und an dem Querschnitt des bewegbaren Teils anliegt, auf welchen
der Druck des in dem Körper
vorhandenen Fluids wirkt, was zu einem Reißen der Membran führen kann.
Tatsächlich
wird eine sehr dünne
Membran verwendet, um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen, d.h.
eine Kippschwelle des bewegbaren Teils, die so gering wie durch
die unterschiedlichen Querschnitte möglich ist, was mit einer dicken
Membran nicht möglich
wäre.
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Das
Dokument
US-A-3 794
075 bietet eine Lösung
für dieses
technische Problem, indem es eine Vorrichtung vorschlägt, die
das Regeln der Verteilung eines Fluids ermöglicht und aufweist:
- – einen
Körper,
in welchem ein bewegbares Teil verschiebbar ist, das ein Ventil
aufweist, welches das Verschließen
der Einlassleitung oder der Auslassleitung des zu regelnden Fluids
gewährleistet, wobei
sich das bewegbare Teil unter dem Druck eines Steuerdrucks, der
auf einen Querschnitt des bewegbaren Teils wirkt, von der einen
in die andere seiner Gleichgewichtspositionen verschiebt, die den
beiden Schließpositionen
des Ventils entsprechen, wobei die Fläche des Querschnitts des bewegbaren
Teils, auf welche der Druck des Steuerfluids wirkt, größer als
diejenige ist, auf welche der Druck des in dem Körper der Vorrichtung vorhandenen
zu regelnden Fluids wirkt;
- – eine
erste Membran, die derart dichtend an dem Körper der Vorrichtung und an
dem Querschnitt, auf den der Druck des in dem Körper vorhandenen Fluids einwirkt,
anliegt, dass der Druck des zu verteilenden Fluids von dem Druck
des Steuerfluids isoliert ist, und
- – eine
zweite Membran, die dichtend an dem Körper der Vorrichtung und an
dem Querschnitt, auf den der Druck des Steuerfluids einwirkt, anliegt, um
die Dichtigkeit der Vorrichtung zu gewährleisten,
- – Einrichtungen
in ihrem Körper,
die eine Stütze für die erste
Membran gewährleisten,
wobei die Einrichtungen derart ausgebildet sind, dass die gesamte
Fläche
der ersten Membran sich unter Anpassung an die Form daran andrückt, wobei die
Einrichtungen in Form eines Abstandhalters ausgebildet sind, der
in dem Volumen des Körpers
angeordnet ist, das durch die erste und die zweite Membran begrenzt
ist, wobei der Abstandhalter derart ausgebildet ist, dass er zwei
Flächen aufweist,
an denen sich die erste bzw. die zweite Membran abstützt, wenn
die eine oder die andere der Gleichgewichtspositionen des bewegbaren Teils
erreicht ist.
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Somit
sind in dem Verteilerkörper
Einrichtungen vorgesehen, welche eine Stütze für die Membran gewährleisten,
welche dichtend an dem Körper
und an dem Querschnitt des bewegbaren Teils anliegt, auf welchen
der Druck des zu verteilenden Fluids wirkt, wobei diese Einrichtungen
derart ausgebildet sind, dass die gesamte Fläche dieser Membran unter Anpassung
an die Form daran anliegt.
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Die
Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung eines einfach oder doppeltwirkenden
Zylinders mit zwei Leitungen, welche den Zylinder steuern, wobei jede
der Leitungen zwei Vorrichtungen gemäß der vorhergehenden Definition
aufweist, welche die Verteilung eines Fluids ermöglichen, dadurch gekennzeichnet,
dass die Verteilvorrichtungen in dem Körper in einer unteren Platte
montiert sind und einen Steuerungs-Stützflansch und eine obere Platte
aufweisen, wobei das Drehen oder das Zurückholen des Steuerungs-Stützflanschs
das Erhalten einer Steuervorrichtung ermöglicht, die entweder im "Ein/Aus"-Modus oder im "Positionierungsmodus" arbeitet.
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Vorteilhafterweise
ist eine ein Kurzschlusssystem bildende Wähleinrichtung vorgesehen, die auf
dem Steuerungs-Stützflansch
angebracht ist und deren Position durch Drehen oder Zurückholen
des Flanschs derart verändert
werden kann, um den einen oder den anderen der vorgenannten Betriebsmodi
einzunehmen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen,
welche ein in keiner Weise einschränkendes Ausführungsbeispiel
darstellen: Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung der Vorstellung zum Regeln der Verteilung
eines Fluids;
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2 eine
schematische Darstellung einer Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Steuern der Position eines doppeltwirkenden Zylinders;
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3a und 3b schematische
Darstellungen einer Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur "Ein/Aus"-Steuerung eines doppeltwirkenden Zylinders;
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4a und 4b zwei
schematische Schnitte durch eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Steuern von doppeltwirkenden Betätigungseinrichtungen, wobei
die beiden Schnitte jeweils zwei Betriebsmodi entsprechen;
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5 eine
vereinfachte perspektivische Explosionsdarstellung eines Details
(Ansaugverhinderungssystem) der Vorrichtung von 4;
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6a und 6b jeweils
eine perspektivische Seitenansicht einer Anwendung der Erfindung zum
Steuern von Betätigungseinrichtungen
im "Ein/Aus"-Modus und im "Positionierungsmodus".
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Zunächst sei
auf die 1 Bezug genommen, welche eine
Vorrichtung zeigt, die das Steuern der Verteilung eines Fluids ermöglicht.
Es ist erkennbar, dass die Vorrichtung aus einem Körper 1 besteht,
in den je nach der gewünschten Verwendung der
Vorrichtung ("normalerweise
offen", "normalerweise geschlossen", etc.) Fluideinlass-
und Fluidauslassleitungen 2, 3 münden.
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In
dieser Figur ist ferner mit dem Bezugszeichen 4 das bewegbare
Teil der Vorrichtung in seiner Gesamtheit bezeichnet. Dieses weist
im wesentlichen ein Ventil 5 und einen Kolben aus zwei
Teilen 7 und 19 auf, wobei das Ventil 5 mit
dem Kolben 7, 19 durch eine Stange 20 verbunden
ist. Das derart aufgebaute bewegbare Teil 4 bewegt sich
von der einen in die andere seiner Gleichgewichtspositionen, welche
den beiden Schließstellungen
des Ventils 5 entsprechen, in welchen eine der genannten
Auslassleitungen 3 und Einlassleitungen 2 für das zu
verteilende Fluid geschlossen ist.
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Ferner
liegt, wie bei dem zuvor genannten bekannten Verfahren, eine erste
Membran 6 dichtend einerseits an dem Körper 1 der Vorrichtung
und andererseits an dem Teil 19 des Kolbens (dessen Durchmesser
kleiner als derjenige des Teils 7 ist) des bewegbaren Teils 4 an.
Diese erste Membran 6 ermöglicht somit das Isolieren
des Drucks des zu verteilenden Fluids von dem Steuerfluiddruck.
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Darüber hinaus
wird die Verschiebung des bewegbaren Teils 4 der Vorrichtung
von einer seiner Gleichgewichtspositionen in die andere durch das Steuern
eines Fluids gesteuert, das auf den Querschnitt des Teils 7 des
Kolbens des bewegbaren Teils 4 wirkt. Auf diese Weise ermöglicht der
Steuerfluiddruck, der auf den genannten Querschnitt des Kolbens
des bewegbaren Teils 4 wirkt, das Kippen des letzteren
in die eine oder die andere seiner Gleichgewichtspositionen.
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In
insbesondere aus der zuvor angeführten französischen
Schrift
FR-A-2 328 147 ist
der Querschnitt des Teils
7 des Kolbens des bewegbaren
Teils
4, auf welchen der Druck des Steuerfluids wirkt,
größer als
der Querschnitt des Teils
19 des Kolbens, auf welchen der
in dem Körper
1 der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorhandene Druck des zu verteilenden Fluids wirkt.
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Diese
Ausbildung des Kolbens des bewegbaren Teils mit unterschiedlichen
Durchmessern hat insbesondere den Vorteil, den Kippdruck zu senken und
die Kippreaktionszeit des bewegbaren Teils zu verbessern.
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Der
in dem Körper 1 der
Vorrichtung enthaltene Restdruck des zu verteilenden Fluids wirkt
somit auf eine Fläche,
die kleiner ist, als die Fläche,
auf welche das Steuerfluid wirkt, und die sich aus diesem Druck
ergebende Kraft ist somit selbst bei gleichem Druck geringer als
die von dem Steuerfluid erzeugte Kraft.
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Die
Vorrichtung weist ferner, wie bekannt, eine zweite Membran 8 auf,
die dichtend an dem Körper 1 der
Vorrichtung und an dem Querschnitt anliegt, auf den der Druck des
Steuerfluids wirkt, um so die Dichtigkeit der Vorrichtung zu gewährleisten.
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In
dem Körper 1 sind
Einrichtungen vorgesehen, welche derart ausgebildet sind, dass die
erste Membran 6 sich daran abstützt, wenn das bewegbare Teil 4 dem
Druck des zu verteilenden und zu regelnden Fluids ausgesetzt ist.
Diese Einrichtungen sind derart ausgebildet, dass die gesamte Fläche der Membran 6 unter
Anpassung an die Form daran anliegt.
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Bei
dem nicht einschränkenden
dargestellten Ausführungsbeispiel
nach 1 sind diese Einrichtungen als ein Abstandhalter 16 ausgebildet,
der in dem durch die beiden Membranen 6 und 8 begrenzten
Volumen des Körpers 1 angeordnet
ist. Wie in 1 zu erkennen, ist die Form
dieses Abstandhalters 16 derart gewählt, dass die gesamte Fläche der
Membran 6 an der der Membran gegenüberliegenden Fläche 17 des
Abstandhalters anliegt, wenn der Druck des zu verteilenden Fluids
in den Körper eingelassen
wird.
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Wie
in der 1 dargestellt, kann der Abstandhalter 16 ebenfalls
eine zweite Fläche 18 aufweisen,
an der sich die zweite Membran 8 abstützen kann. Bei diesem nicht
einschränkenden
Ausführungsbeispiel
ermöglicht
der Abstandhalter 16 das Abstützen der beiden Membranen 6 und 8,
wenn die eine oder die andere der Gleichgewichtspositionen des bewegbaren
Teils 4 erreicht ist.
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Wie
zuvor erläutert,
ermöglicht
es dieses Merkmal, jede Zerstörung
der Membranen zu vermeiden, welche durch eventuellen Überdruck
entstehen könnten.
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Vorzugsweise
ist ferner eine Rückholfeder 9 zwischen
dem Ventil 5 und dem Kolben 7, 19 des
bewegbaren Teils 4 der Vorrichtung vorgesehen, und die
genannten Membranen sind in herkömmlicher Weise
aus einem mit Elastomer beschichtetem Gewebe mit einer geringen
Dicke ausgebildet, um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen (d.h.
eine Verringerung der Reaktionszeit des Kippens des bewegbaren Teils).
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Nunmehr
werden die verschiedenen möglichen
Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben, welche das Regeln und Verteilen eines Fluids ermöglicht.
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Nach
einer ersten Anwendung (2) kann eine derartige Vorrichtung
zum Steuern der Position eines doppeltwirkenden Zylinders verwendet
werden.
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Bei
dieser Steuervorrichtung werden vier erfindungsgemäße Vorrichtungen
D1, D2, D3 und D4 verwendet, welche in Paaren verbunden sind, um zwei
von einer Fluideinlassleitung 10 gespeiste Leitungen A
und B zu bilden, wobei zwei Leitungen A1 und B1 das abwechselnde
Beaufschlagen der auf beiden Seiten des Kolbens des Zylinders befindlichen
Räume mit
Druckfluid ermöglichen.
Ferner sind zwei Auslasskanäle
EA und EB mit einer
(nicht dargestellten) gemeinsamen Auslassleitung verbunden.
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Ferner
erfordert eine derartige Positionssteuerung die Verwendung zweier
Steuereinrichtungen P1 und P2, die entgegengesetzt zueinander arbeiten,
wobei die Steuereinrichtung P1 beispielsweise die Vorrichtungen
D2 und D3 und die Steuereinrichtung P2 die Vorrichtungen D1 und
D4 betätigt.
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Es
ist in der 2 somit zu erkennen, dass die
Vorrichtungen D2 und D3 von der Steuereinrichtung P1 derart gesteuert
werden, dass sich die Ventile in der oberen Position befinden, während sich
die Ventile der von der Steuereinrichtung P2 betätigten Vorrichtungen D1 und
D4 in der unteren Position befinden.
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Nach
einer in den 3a und 3b dargestellten
zweiten Anwendung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern
eines doppeltwirkenden Zylinders im "Ein/Aus"-Modus verwendet.
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Bei
dieser Vorrichtung wird eine einzelne Steuereinrichtung P verwendet,
welche die vier Vorrichtungen D1, D2, D3 und D4 steuert, die ebenfalls in
zwei Leitungen A und B angeordnet sind, welche von einer Fluideinlassleitung 10 gespeist
werden, und zwei Auslasskanäle
EA und EB aufweisen,
wobei zwei Leitungen A1 und B1 das abwechselnde Beaufschlagen der
auf beiden Seiten des Kolbens des Zylinders befindlichen Räume mit
Druckfluid ermöglichen.
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In
der 3a ist zu bemerken, dass sämtliche Membranen der vier
Vorrichtungen deaktiviert sind, wodurch es möglich ist, das in einer der
beiden Kammern des Zylinders enthaltene Fluid durch die Leitung
A1 auszulassen und solches in die andere Kammer des Zylinders durch
die Leitung B1 einzuleiten. Dies kann beispielsweise einer sogenannten
geschlossenen Position einer Betätigungseinrichtung entsprechen.
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In
der 3a aktiviert die Steuereinrichtung 1 sämtliche
Membranen, wodurch es möglich
ist, Fluid aus der über
die Leitung B1 gespeisten Kammer des Zylinders auszulassen und solches
in die andere Kammer einzuleiten, welche der Leitung A1 entspricht.
Diese Konfiguration kann beispielsweise einer sogenannten offenen
Position einer Betätigungseinrichtung
entsprechen.
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Somit
befinden sich, wie in der 3a dargestellt,
die Vorrichtungen D1 und D4 in der sogenannten "normalerweise geschlossenen" Position, während die
Vorrichtungen D2 und D3 sich in der sogenannten "normalerweise offenen" Position befinden.
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Ferner
ist zu bemerken, dass diese verschiedenen Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
das Steuern eines einfach wirkenden Zylinders ermöglichen,
indem einfach die Leitung B dieser Steuervorrichtungen entfällt.
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Nach
einer dritten Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese
für die
Steuerung von pneumatischen Betätigungseinrichtungen (Zylinder
oder Ventile) verwendet. Eine derartige Anwendung ist in den 4a und 4b dargestellt, welche
zeigen, dass die Steuervorrichtung aus zwei Leitungen A (4a)
und B (4b) gebildet ist, welche jeweils
zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen
(D1 bis D4), die in einer unteren Platte (11, 11') montiert sind,
einen Steuerungs-Stützflansch
(12, 12')
und eine obere Platte (13, 13') umfassen. Darüber hinaus werden die Verteilvorrichtungen
D1 bis D4 durch zwei Steuereinrichtungen P1 und P2 gesteuert (siehe 6b).
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung ermöglicht es die Vorrichtung durch
Drehen oder Zurückholen
des Steuerungs-Stützflanschs
(12, 12')
eine Betätigungseinrichtung
entweder im "Ein/Aus"-Modus (6a)
unter Verwendung einer einzelnen Steuereinrichtung für die Vorrichtungen
D1 bis D4, oder mit zwei Steuereinrichtungen P1 und P2 im "Positionierungsmodus" (6b)
zu steuern.
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Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung eine mit dem Bezugszeichen 15 versehene
Wähleinrichtung
vor, welche in den 6a und 6b dargestellt
ist. Diese Wähleinrichtung
ist ein System zur Bildung eines Kurzschlusses, das auf dem Steuerungs-Stützflansch
(12, 12')
angebracht ist und dessen Position durch Drehen oder Zurückholen
des Steuerungs-Stützflanschs
verändert
werden kann, wie dies aus den Figuren ersichtlich ist, um von der Position "Ein/Aus" in die Position "Positionierung" überzugehen.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung (5)
weist eine derartige Steuervorrichtung eine in die untere Platte
(11, 11')
integrierte Schutzvorrichtung 14 auf, welche die Kammer
oder die Kammern des einfach wirkenden Zylinders vor jeglicher Verunreinigung
von außen
schützt.
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Diese
dem Fachmann als Ansaugverhinderungssystem bekannte Schutzvorrichtung
ermöglicht das
Verhindern der Rückkehr
von Außenluft,
wenn eine der Kammern eines einfach wirkenden Zylinders Unterdruck
aufweist.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen und
dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern sie umfasst sämtliche
Varianten. Insbesondere können
unter Verwendung zweier oder vier offener oder geschlossener erfindungsgemäßer Vorrichtungen Kombinationen
von normalerweise offenen oder geschlossenen Steuereinrichtungen
ausbilden.