EP4211355A1 - Gasbetriebenes antriebssystem und verfahren zum betrieb - Google Patents

Gasbetriebenes antriebssystem und verfahren zum betrieb

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EP4211355A1
EP4211355A1 EP21777205.2A EP21777205A EP4211355A1 EP 4211355 A1 EP4211355 A1 EP 4211355A1 EP 21777205 A EP21777205 A EP 21777205A EP 4211355 A1 EP4211355 A1 EP 4211355A1
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EP
European Patent Office
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chamber
pressure
control
control valve
valve
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EP21777205.2A
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English (en)
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EP4211355B1 (de
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Olivier Georg Reinertz
Katharina Schmitz
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Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Original Assignee
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
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Publication date
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    • F15B2211/8855—Compressible fluids, e.g. specific to pneumatics

Definitions

  • the invention relates to a gas-operated drive system, comprising a drive with a first chamber and a second chamber, which are separated from one another by a movable working element of the drive, in particular by a piston, one chamber of the two chambers forming a chamber driving the working element having a Gas source can be connected and the other chamber of the two chambers to form a chamber counteracting the movement of the working element can be connected at the same time via an exhaust air throttle with a gas sink, in particular by means of a switching valve.
  • the gas escaping through the exhaust air throttle also flows through a check valve opening in the direction of the gas sink.
  • This has the advantage that for a return stroke of the working element, the gas cannot/does not have to flow through the exhaust air throttle, but can be guided past the exhaust air throttle in parallel, possibly through other system components, in particular bypassing the exhaust air throttle.
  • the invention further relates to a method for operating a gas-operated drive system, comprising a drive with a first chamber and a second chamber, which are separated from one another by a movable working element of the drive, in particular by a piston, one chamber of the two chambers being used to form a das Chamber driving the working element is connected to a gas source and the other chamber of the two chambers to form a chamber counteracting the movement of the working element is simultaneously connected to a gas sink via an exhaust air throttle, in particular by means of a switching valve.
  • Drive systems and methods of this type are well known in the prior art.
  • DE 102009 001 150 A1 generally describes the throttling of pneumatic cylinders.
  • Typical drives of such a system are e.g.
  • pressurized gas is introduced into one of the chambers from a pressure source providing gas at a pressure greater than ambient atmospheric pressure, e.g. a compressor, whereby a force moving the working element is exerted on the working element.
  • This chamber thus forms a driving chamber.
  • the movement forces gas out of the other chamber.
  • This chamber from which gas is displaced as the working element moves, forms the opposing chamber.
  • the size of the counteracting force can be influenced by throttling the gas flow from the counteracting chamber in the direction of a gas sink, e.g. simply the environment, by means of an exhaust air throttle.
  • the exhaust air throttle is referred to as such, even if air is not used as the gas, since this term has prevailed in the relevant terminology.
  • the exhaust air throttle is preferably set in such a way, in particular with regard to the pressure drop across the exhaust air throttle, that a so-called supercritical flow of the gas through the exhaust air throttle results.
  • this can usually be achieved if the pressure on the inlet side in front of the exhaust air throttle is at least twice as high is the outlet pressure after the exhaust air restrictor.
  • the pressures stated here and below are absolute pressures.
  • the flow velocity reaches the speed of sound, which has the advantage that the velocity of the working element, e.g. the piston in a pneumatic cylinder, is load-independent in the quasi-stationary state.
  • the invention can also provide subcritical flow in which the speed of sound is not reached.
  • the object of the invention is to develop a system and a method of the type mentioned at the outset in such a way that an energetically more favorable mode of operation of an exhaust air throttled system can be achieved, preferably with the further achievement of a supercritical flow in the exhaust air throttle, in order to obtain a preferred load-independent movement of the working element .
  • the driving chamber is assigned a control valve, through which the driving chamber can be filled with gas from the gas source, the opening cross section of the control valve depending on a prevailing flow direction in front of the exhaust air throttle or dropping above the exhaust air throttle
  • Control pressure is adjustable, in particular with the control valve of the opening cross section can be enlarged when the control pressure falls below a first limit pressure and the opening cross section can be reduced, in particular the control valve can be closed when the control pressure falls below a second limit pressure.
  • the object is achieved in that the driving chamber is/is assigned a control valve, through which the driving chamber is filled with gas from the gas source, the opening cross-section of the control valve depending on a prevailing flow direction in front of the exhaust air throttle or above the exhaust air throttle is adjusted as the control pressure falls, in particular in such a way that the opening cross section is increased with the control valve when the falling control pressure falls below a first limit pressure and the opening cross section is reduced, in particular the control valve is closed when the further falling control pressure falls below a second limit pressure.
  • the invention can preferably provide that when the control pressure is greater than the first limit pressure, the control valve is initially closed, i.e. it only opens when the pressure falls below the first limit pressure and the opening cross section increases as the control pressure continues to fall.
  • control valve when the first limit pressure is present, the control valve is already partially open and does not close completely even if the control pressure increases further.
  • control valve increases the opening cross-section as the control pressure falls and as the control pressure rises reduced.
  • control valve reduces the opening cross section with falling control pressure and increases it with increasing control pressure.
  • the respective change in the opening cross section is dependent on the change in the control pressure and, in particular, also on its sign. This dependency can be linear, but it doesn't have to be. A non-linear dependency between the control pressure change and the opening cross-section change can also be provided.
  • a non-return valve opening in the direction of the driving chamber is preferably located in the gas flow path in series with the control valve.
  • a check valve parallel to the control valve is a check valve blocking in the direction of the driving chamber. The flow of gas into the chamber occurs through the control valve, while a return flow occurs, e.g. during a return stroke of the
  • Working element takes place past the control valve, especially when this is closed by its switching position in the return stroke.
  • the advantage of the invention is that a first limit pressure can be selected which ensures that the exhaust air throttle is operated with a desired differential pressure level across the exhaust air throttle. If the pressure falls below the limit, the control valve opens and more gas can flow into the driving chamber in order to obtain the desired pressure condition. In this way, regulation to the desired pressure level can take place.
  • the drive in particular the cylinder, works against a relatively low external load and consequently a low pressure difference at the working element is sufficient to carry out the task
  • the driving chamber is not fully brought up to the supply pressure of the system, in contrast to conventional exhaust air throttled systems, but only with the air volume filled, which leads to a pressure that is slightly higher than the pressure required to perform the task while maintaining a supercritical flow at the exhaust air throttle.
  • a return stroke of the working element is made possible, for example, in particular after switching by means of a changeover valve, by supplying gas, preferably bypassing the exhaust air throttle, into the previously counteracting and now driving chamber, with the gas escaping during the return stroke from the previously driving and now counteracting chamber closed control valve, for example, through a check valve that opens in the return stroke.
  • the gas inflow can take place in the return stroke, e.g. through a pressure control valve, in particular a pressure reducer, which is fluidically parallel to the exhaust air throttle, e.g. is still in series with a check valve opening in the direction of the chamber.
  • control valve When the third limit pressure in the chamber currently to be filled is exceeded, the control valve is returned to an at least partially open position, so that a new working stroke of the working element can be carried out, in particular by adjusting the desired control pressure in the range of the first limit pressure or in the range between the first and second limit pressure.
  • the invention preferably provides that the first limit pressure is greater and the second limit pressure is less than a pressure that prevails in front of the exhaust air throttle or drops across the exhaust air throttle, which is required for a supercritical gas flow in the exhaust air throttle.
  • This required pressure can be 2 bar, for example amount to absolute pressure.
  • the first limit pressure is 1% to 25% greater than the pressure required for supercritical flow, for example the pressure required may typically be 2 bar.
  • a value of 2.3 bar for the first limit pressure is preferred because of the required control range below the first limit pressure.
  • the second limit pressure is at least 5% to 50% lower than the pressure required for supercritical flow and is preferably 1.5 bar.
  • the third limit pressure is preferably only slightly below the second limit pressure.
  • real valve constructions usually have larger control spans, so that with the aforementioned values a third limit pressure of, for example, 1.3 bar can be realistically and fluid-mechanically easily achieved.
  • all of the stated pressure data for the limit values and the pressure required for the supercritical flow are to be understood with a possible variation of plus/minus 10% of the stated value.
  • One way of controlling the control valve or the valve actuator located therein with regard to the opening cross section can be that the system has an electronic/electrical controller with which the control pressure can be measured, e.g. with a pressure sensor in a gas line section between the counteracting chamber and the exhaust air throttle, and with which an electric valve drive for adjusting the valve actuator in the control valve can be controlled as a function of the measured value of the control pressure.
  • valve drive can be driven to move the valve actuator to increase the opening cross section, in particular to move it in a first direction with falling control pressure when the Control pressure falls below the first limit value and to move the valve actuator to reduce the opening cross section, in particular to move in a second direction opposite to the first, when the further falling control pressure falls below the second limit value, in particular at the end of the stroke of the working element.
  • a preferred embodiment can provide that the movement of the valve actuator is purely gas-driven, so that an additional electronic control can be omitted.
  • a gas line can preferably be provided for this purpose, with which the control valve is fluidly connected to the counteracting chamber, the control pressure acting in the gas line acting on the valve actuator of the control valve.
  • the control pressure acting in the gas line acting on the valve actuator of the control valve.
  • valve actuator to be preloaded with an actuating force, e.g. by means of a spring acting on the valve actuator, by means of which the valve actuator can be displaced as the control pressure falls.
  • the opening cross section of the control valve is increased in a pressure range between the first and second limit pressure with falling control pressure due to the movement of the valve actuator and in a pressure range below the second limit pressure with further falling control pressure due to the movement of the valve actuator the opening cross section of the control valve is reduced until it is preferably completely closed when the third limit pressure is reached.
  • valve actuator in the pressure range between the first and second limit pressure and in the pressure range below the second limit pressure in particular both at the initially effected Enlargement of the opening cross section as well as in the subsequently effected reduction of the opening cross section is moved in the same direction.
  • control valve has a characteristic curve which describes the dependence of the opening cross section and the adjustment path and which has a reversing slope at an adjustment path position between the two extreme possible adjustment path positions.
  • characteristic curve which describes the dependence of the opening cross section and the adjustment path and which has a reversing slope at an adjustment path position between the two extreme possible adjustment path positions.
  • control valve has two control edges in the valve body that interact with the valve actuator or two control edges that are each arranged on separate valve actuators connected in series, in particular in a direction of movement of the valve actuator defined by falling control pressure in a first movement segment through interaction with the first Control edge of the opening cross section can be enlarged and in a following second movement section in the same direction of movement can be reduced by interaction with the second control edge of the opening cross section, in particular until the opening cross section is completely closed.
  • a pressure regulating valve in particular a pressure reducer with a non-return valve, can be connected in parallel with the exhaust air throttle, which is assigned to the counteracting chamber, through which the opposing chamber can be filled with gas, in particular while shutting off the exhaust air throttle.
  • the invention can provide that a switching valve is provided in the line area between the control valve and the drive, and the exhaust air throttle and the drive, with the in one first switching stage, the first chamber can be connected to the control valve and at the same time the second chamber can be connected to the exhaust air throttle and in a second switching stage the second chamber can be connected to the control valve and at the same time the first chamber can be connected to the exhaust air throttle.
  • the system has only one exhaust air throttle and only one control valve, but these interact with a respective chamber by switching both in the working stroke and in the return stroke.
  • the exhaust air throttle is preferably always connected downstream to the pressure sink and the control valve is always acted upon by gas from the pressure source on the inlet side.
  • a pressure regulating valve preferably a pressure reducing valve, parallel to the control valve, with which a minimum pressure of the driving chamber is always guaranteed, bypassing the control valve which is in the closed position at the end of a working stroke. If the direction of movement of the drive is reversed by switching the changeover valve, there is always sufficient pressure in the previously driving chamber, so that decompression of the chamber now counteracting the movement causes a pressure build-up in front of the exhaust air throttle, which is carried out via the control line and the force exerted in this way on the valve actuator in the control valve causes an opening of the control valve, as a result of which a next pressure-controlled working stroke in the opposite direction is made possible.
  • this pressure regulating valve is provided for starting up the drive system from a completely depressurized state.
  • each of the two chambers is assigned an arrangement of an exhaust air throttle and a control valve with a control line connected to the other chamber, with each of the two chambers in a process phase in which the respective chamber acts as a driving chamber , Can be filled with gas through the associated control valve and each of the two chambers in a process phase in which the respective Chamber acts as a counteracting chamber, can be emptied through the associated exhaust air throttle, in particular wherein in both process phases the respective stroke from the working element takes place with the pressure control described via the currently active control valve.
  • one of the arrangements can be connected to the pressure source by means of a switching valve, the other arrangement being connected to the pressure sink at the same time.
  • check valves in each of the two arrangements can be used to ensure that when a respective arrangement is connected to the pressure source, the gas flow takes place via the control valve in the direction of the chamber to be filled and a gas flow via the exhaust air throttle is prevented, and vice versa when connected to the Pressure sink takes place a gas flow via the exhaust air throttle to the pressure sink and a gas flow through the control valve is prevented.
  • a pressure control valve in particular a pressure reducer, is connected in parallel with at least one of the arrangements, preferably with both arrangements, with which the system can be switched from a pressure-relieved state in both chambers to an operating state, in particular by gas filling of one of the both chambers by the pressure control valve and simultaneous pressurization and opening of the control valve associated with the other chamber.
  • the invention can also provide for the integration of an arrangement for the application of minimum pressure for starting up the system from a state without pressure in both chambers directly into the control valve.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention with a cylinder-piston unit A as the working element, the piston 3 of which separates two chambers 1 and 2. It is assumed here that the working element A performs a working stroke when the piston rod of the piston 3 extends.
  • a pressure source 4 can be connected to a line L1 and at the same time a pressure sink 6 can be connected to a line L2, or vice versa.
  • the pressure control according to the invention is only carried out during the working stroke, in particular to ensure that the chamber 1 driving the working stroke is only filled with gas via the control valve 8 to such an extent that there is a supercritical flow at the exhaust air throttle 5 .
  • control valve 8 via which the filling of the chamber 1 takes place, is located in the line L1, which leads to the chamber 1 driving in the working stroke.
  • a check valve R1 is arranged parallel to the control valve, which prevents an inflow into the chamber, bypassing the control valve 8, but allows gas to flow out of the chamber 1 on the return stroke, in particular when the control valve 5 is then (as shown here) closed.
  • gas is displaced from chamber 2, which counteracts the movement of piston 3 in the working stroke, to pressure sink 6 via exhaust air throttle 5 and check valve R2, which is in series with it and opens in the direction of pressure sink 6.
  • the invention provides that a gas line 9 as a control line 9 connects the control valve 8 to a line section that lies in the line L2 between the counteracting chamber 2 and the exhaust air throttle 5 .
  • the control pressure acting in this line section acts via the control line 9 on the valve actuator in the control valve 8 and can influence the position of the valve actuator and thus the opening cross section of the control valve 8, namely in accordance with the invention in such a way that with falling Control pressure when the control pressure falls below a first limit pressure, the opening cross-section is increased, so that more gas flows into the driving chamber and when the pressure falls further below a second limit pressure, which is smaller than the first limit pressure Opening cross-section is reduced, preferably completely closed, in particular when a third limit pressure is reached, preferably which is smaller than the second limit pressure.
  • control pressure is kept in the control range around the first limit pressure until it falls below the second limit pressure.
  • This can preferably be selected in such a way that a supercritical flow is achieved in the exhaust air throttle; the first limit pressure is therefore greater than the minimum pressure that is necessary for the supercritical flow.
  • the second limit pressure is preferably lower than this minimum pressure.
  • control valve 8 reduces its opening until it closes, preferably when the third limit pressure is reached or fallen below.
  • a return stroke can be initiated by switching over the switching valve 7 .
  • connecting the pressure source 4 to the line L2 causes the check valve R2 to close and the check valve R3 to open, which is in series with a pressure control valve 12, through which the chamber 2 is filled for the return stroke.
  • the gas then displaced from the chamber 1 can escape unhindered to the pressure sink 6, e.g. to the environment via the open check valve R1.
  • the pressure build-up in chamber 2 also applies force to the valve actuator in control valve 8 via control line 9, so that it opens again, in particular when the third limit pressure is reached or exceeded, and initiates the next working stroke.
  • the pressure conditions required for cyclic working strokes are thus maintained.
  • the system can be started from a rest position by pressurizing chamber 2 .
  • Figure 2 shows an embodiment in which a pressure-controlled movement of the piston 3 takes place both in the working stroke and in the return stroke based on the control pressure in the control line 9.
  • the control valve 8 is provided in the line L1, which in this embodiment is constantly connected to the pressure source 4.
  • the pressure sink 6 is constantly connected to the line L2 with the exhaust air throttle 5.
  • chamber 1 is now selectively connected to the control valve and chamber 2 to the exhaust air throttle via the switching valve, or vice versa.
  • the previously described pressure regulation with the control valve 8 thus always takes place with respect to the currently driving chamber of both chambers 1, 2 and the exhaust air throttling always takes place in the gas that flows out of the currently counteracting chamber.
  • the pressure control valve 12 can be provided in order to achieve a minimum filling of the formerly driving chamber, a pressurization of the control line 9 and an opening of the control valve 8 in an initial pressureless state of both chambers in the switching position shown here with the control valve closed (at the end of the working stroke). .
  • the system is thus put back into its regular operating state and can perform a movement by switching over the switching valve.
  • FIG. 3 shows a further possible embodiment, in which each of the two chambers 1 and 2 is assigned an arrangement AN1 or AN2 consisting of a control valve 8 and an exhaust air throttle 5.
  • the control line 9 of a control valve 8 that is assigned to a specific chamber has a fluid connection to the other chamber in each case.
  • R1 allows flow through the control valve 8 to the chamber, while at the same time R2 blocks flow through the exhaust throttle when the pressure source 4 is connected to the arrangement AN1 or AN2, respectively, and R2 allows flow out of the chamber through the exhaust throttle 5, at the same time R1 blocks a flow through the control valve 8 when the pressure sink 6 is connected to the arrangement AN1 or AN2.
  • the switching valve 7 can alternately connect the pressure source 4 and the pressure sink 6 to an arrangement AN1, AN2. With the same effect as described above, it is achieved that in the working stroke and in the return stroke, or in the case of reversing working strokes, a pressure control takes place which fulfills the desired pressure criterion in the exhaust air throttling, preferably a supercritical flow.
  • the invention can provide for a pressure control valve 11 with a non-return valve to be located parallel to the arrangement AN2, through which the system can be started up initially when both chambers are pressureless, as has also been described above. Furthermore, a pressure control valve can also lie parallel to the arrangement AN1, which is not shown.
  • FIGS. 4a and 4b show a possible embodiment of a control valve 8 with a valve actuator 8a, which has two actuator bodies 8b and 8c connected by a tapered area.
  • a valve actuator 8a can be provided in all possible designs of the valve 8.
  • the valve actuator 8a is pressurized here on the left by the control pressure from the control line 9 and is force-loaded here on the right by a spring 13, which is arranged in a pressure-relieved space. With falling control pressure in the line 9, the valve actuator 8a is thus shifted to the left in relation to this representation.
  • the opening cross section is increased in the action between the valve actuator 8a (its actuator body 8b) and the control edge SK1 and the opening cross section is reduced in the action between the valve actuator 8a (its actuator body 8c) and the control edge SK2.
  • the opening cross-section between ports 4 (to the pressure source) and 1 (to the chamber/to the controlled volume) can thus be adjusted as a function of the control pressure.
  • the limit pressures mentioned can be defined by means of the spring 13, the force of which can be adjustable.
  • Control valve 8 at port 23 is relieved of gas pressure on the right-hand side.
  • the second and third limit pressures can depend on the first and can be determined by the spring and the design of the control valve in terms of the geometry of the control edges.
  • the illustration in FIG. 4a shows a position with the maximum opening cross section, which can be present at a control pressure between the first and second limit pressures or preferably at the second limit pressure.
  • the control valve can preferably close with increasing control pressure when the first limit pressure is exceeded, or initially reduce the opening cross section with increasing control pressure and then close, in particular if there is no residual opening, e.g.
  • Limit pressure according to the invention with falling control pressure increase the opening cross section up to the maximum opening position shown. If the control pressure drops further, the opening cross-section is reduced until it closes at the control edge SK2.
  • FIG. 4b shows an embodiment of the same control valve of FIG. 4a, in a position in which the first limit pressure in the control line 9 can be present.
  • the control valve is closed at the control edge SK1 and would increase the opening cross-section from the closed position with a falling control pressure starting from this position. Starting from this position, the control valve 8 would remain closed with an increasing control pressure.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which, compared to FIGS. 4a and 4b, two springs 13a, 13b are arranged coaxially within one another.
  • the spring 13b acts directly on the valve actuator 8a, the spring 13a indirectly via the bearing element 14, which can be displaced up to the stop 15.
  • a first displacement range of the valve actuator 8a is thus defined, in which both springs interact and a second - when the bearing element 14 in Stop is - in which only the spring 13b acts.
  • the limit pressures and the gradients of the opening characteristics of the two control edges as a function of the control pressure can thus be decoupled from one another.
  • the space in which the springs 13a and 1b are arranged is pressure-relieved via connection 23.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the embodiment in FIGS. 4a and 4b has been expanded to include an integrated minimum pressurization for starting from an unpressurized state. As a result, the pressure reducers 11 and 12 shown in the previous FIGS. 2 and 3 and provided for
  • the piston 20 shown on the right serves to return the downstream pressure of the control valve 8 for the application of minimum pressure.
  • a spring 21 acts on the piston 20 , which is acted upon by the pressure regulated by the control valve through the bore 22 , ie in particular the pressure in the driving chamber 1 . Port 1 and 22 are thus preferably directly connected.
  • the spring 21 is prestressed so that the piston 20 only moves to the left when there is sufficient post-pressure from the control valve 8 , ie when the pressure in the driving chamber 1 has a minimum pressure predetermined by the spring 21 .
  • the space in which the springs 13b and 21 are arranged is pressure-relieved via the connection 23.
  • the position of the piston defines the spring preload of the springs 13b and 13c. These define the position of the valve actuator 8a both as a function of the control pressure in line 9 and as a function of its preload and consequently the position of the piston 20.
  • a spring system 21 consisting of cup springs can be used in particular to load the piston 20 .
  • Figure 7 shows a modification of the versions of Figure 5 and Figure 6. Insofar as the functions described there and in Figures 4 are not replaced by the functions described below, these also apply to the version of Figure 7.
  • the piston 20 in this embodiment no longer acts on the valve actuator via a resilient spring 13b, but here rigidly via the piston rod 20a.
  • the interaction of piston 20 and spring 21 is reversed in direction here. Again, the space in which the spring 21 is arranged is pressure-relieved through the port 23.
  • the piston 20 is therefore pressurized from the direction of the inside of the valve with the pressure of the port 1, e.g. via the line 22, which connects the space to the left of the piston 20 connects to port 1 preferably inside the valve.
  • the limit pressures and the gradients of the opening characteristics of the two control edges can be decoupled from one another as a function of the control pressure.
  • this is not done here by the springs 13b and 21 lying one inside the other, but instead by the realization of different opening cross-sections depending on the position in the effect between a control edge, here the control edge SK1 and the valve actuator 8a, in particular in the case of an actuating body, here the actuating body 8b of the valve actuator 8a.
  • This way of influencing the characteristic via different opening cross-sections depending on the position can be carried out according to the invention independently of the other specific constructions shown in the valve 8 .
  • a control body e.g. here the control body 8b
  • the control grooves 8d end in front of the right axial end of the adjusting body 8b.
  • control pressure is applied here preferably via the connection 9, onto the axial end face of the right-hand adjusting body 8b, on which the piston rod 20a also acts.
  • the action takes place against the spring 13c on the other side of the valve actuator 8a, which is arranged in a pressure-relieved space via the connection 23.
  • the movement of the valve actuator 8a is the other way around in the embodiment of FIG. 7 compared to FIGS.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein gasbetriebenes Antriebssystem, umfassend einen Antrieb (A) mit einer ersten Kammer (1) und einer zweiten Kammer (2), die durch ein bewegliches Arbeitselement (3) des Antriebs (A), insbesondere durch einen Kolben (3) voneinander getrennt sind, wobei eine Kammer (1) der beiden Kammern (1, 2) zur Bildung einer das Arbeitselement (3) antreibenden Kammer (1) mit einer Gasquelle (4) verbindbar ist und die andere Kammer (2) der beiden Kammern (1, 2) zur Bildung einer der Bewegung des Arbeitselementes (3) entgegenwirkenden Kammer gleichzeitig über eine Abluftdrossel (5) mit einer Gassenke (6) verbindbar ist, insbesondere mittels eines Umschaltventils (7), wobei der antreibenden Kammer (1) ein Steuerventil (8) zugeordnet ist, durch welches hindurch die antreibende Kammer (2) mit Gas von der Gasquelle (4) befüllbar ist, wobei der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils (8) in Abhängigkeit eines in Strömungsrichtung vor der Abluftdrossel (5) herrschenden oder über der Abluftdrossel (5) abfallenden Steuerdrucks einstellbar ist, wobei mit dem Steuerventil (8) der Öffnungsquerschnitt vergrößerbar ist, wenn mit fallendem Steuerdruck ein erster Grenzdruck unterschritten ist und der Öffnungsquerschnitt verkleinerbar ist, insbesondere das Steuerventil (8) schließbar ist, wenn mit weiter fallendem Steuerdruck ein zweiter Grenzdruck unterschritten ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines gasbetriebenen Anriebssystems.

Description

Gasbetriebenes Antriebssystem und Verfahren zum Betrieb
Die Erfindung betrifft ein gasbetriebenes Antriebssystem, umfassend einen Antrieb mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer, die durch ein bewegliches Arbeitselement des Antriebs, insbesondere durch einen Kolben voneinander getrennt sind, wobei eine Kammer der beiden Kammern zur Bildung einer das Arbeitselement antreibenden Kammer mit einer Gasquelle verbindbar ist und die andere Kammer der beiden Kammern zur Bildung einer der Bewegung des Arbeitselementes entgegenwirkenden Kammer gleichzeitig über eine Abluftdrossel mit einer Gassenke verbindbar ist, insbesondere mittels eines Umschaltventils.
Vorzugsweise strömt dabei das durch die Abluftdrossel entweichende Gas auch durch ein in Richtung zur Gassenke öffnendes Rückschlagventil. Dies hat den Vorteil, dass für einen Rückhub des Arbeitselementes das Gas nicht durch die Abluftdrossel strömen kann / muss, sondern insbesondere unter Umgehung der Abluftdrossel parallel an dieser vorbeigeführt werden kann, ggfs. durch andere Systembauteile hindurch.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines gasbetriebenen Antriebssystems, umfassend einen Antrieb mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer, die durch ein bewegliches Arbeitselement des Antriebs, insbesondere durch einen Kolben voneinander getrennt sind, wobei eine Kammer der beiden Kammern zur Bildung einer das Arbeitselement antreibenden Kammer mit einer Gasquelle verbunden wird und die andere Kammer der beiden Kammern zur Bildung einer der Bewegung des Arbeitselementes entgegenwirkenden Kammer gleichzeitig über eine Abluftdrossel mit einer Gassenke verbunden wird, insbesondere mittels eines Umschaltventils. Antriebssysteme und Verfahren dieser Art sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE 102009 001 150 A1 allgemein die Drosselung von Pneumatikzylindern.
Typische Antriebe eines solchen Systems sind z.B. Zylinder-Kolbenaggregate, bei denen der Kolben als Arbeitselement zwischen den Kammern angeordnet ist und beidseits aus der Richtung jeder der beiden Kammern mit einem Gasdruck beaufschlagt sein kann.
Als Gas kann beispielsweise übliche Luft eingesetzt werden, die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Die übliche Arbeitsweise ist es, dass unter Druck stehendes Gas von einer Druckquelle, die Gas mit einem Druck größer als der umgebende Atmosphärendruck bereitstellt, z.B. einem Kompressor, in eine der Kammern geleitet wird, wodurch auf das Arbeitselement eine das Arbeitselement bewegende Kraft ausgeübt wird. Diese Kammer bildet somit eine antreibende Kammer. Durch die Bewegung wird Gas aus der anderen Kammer verdrängt. Der dort herrschende Gasdruck übt eine der Bewegung entgegenwirkende Kraft auf das Arbeitselement aus. Diese Kammer, aus der Gas bei der Bewegung des Arbeitselementes verdrängt wird, bildet die entgegenwirkende Kammer. Die Größe der entgegenwirkenden Kraft kann dadurch beeinflusst werden, dass der Gasstrom aus der entgegenwirkenden Kammer in Richtung zu einer Gassenke, z.B. einfacherweise der Umwelt, mittels einer Abluftdrossel gedrosselt wird. Im Sinne der Erfindung wird die Abluftdrossel als solche bezeichnet, auch wenn als Gas nicht Luft eingesetzt wird, da sich dieser Begriff in der einschlägigen Terminologie durchgesetzt hat.
Vorzugsweise wird im Stand der Technik und auch bei der Erfindung die Abluftdrossel so eingestellt, insbesondere hinsichtlich des über der Abluftdrossel abfallenden Druckes, dass sich eine sogenannte überkritische Strömung des Gases durch die Abluftdrossel ergibt. Z.B. kann dies üblicherweise erzielt werden, wenn der eingangsseitige Druck vor der Abluftdrossel mindestens 2 - mal größer ist als der ausgangsseitige Druck nach der Abluftdrossel. Die hier und im Folgenden genannten Drücke verstehen sich als Absolutdrücke.
Bei der überkritischen Strömung erreicht die Strömungsgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit, woraus der Vorteil erzielt wird, dass die Geschwindigkeit des Arbeitselementes, z.B. des Kolbens in einem Pneumatikzylinder, im quasistationären Zustand lastunabhängig ist. Die Erfindung kann ebenso eine unterkritische Strömung vorsehen, in welcher die Schallgeschwindigkeit nicht erreicht wird.
Problematisch bei dieser Betriebsweise ist es, dass diese energetisch ungünstig ist, weil die antreibende Kammer immer unter maximalen Gasdruck gesetzt wird.
Grundsätzlich ist es auch bekannt, den Zustrom von Gas in die antreibende Kammer zu drosseln als Alternative zur Abluftdrosselung. Zwar ist diese als Zuluftdrosselung bekannte Verschaltung energetisch günstiger, jedoch ist die Geschwindigkeit des Arbeitselementes im Antrieb in einem solchen Fall nicht lastunabhängig, da selbst bei einer überkritischen Durchströmung der Zuluftdrossel zwar der zufließende Gasmassenstrom bei konstantem Versorgungsdruck lastunabhängig ist, jedoch aufgrund der lastabhängigen Gasdichte in der Antriebskammer der konstante Massenstrom zu einer lastabhängigen Geschwindigkeit des Arbeitselements im Antrieb führt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein System und ein Verfahren der eingangs genannten Art, so weiterzubilden, dass eine energetisch günstigere Betriebsweise eines abluftgedrosselten Systems erzielt werden kann, vorzugsweise unter weiterer Erzielung einer überkritischen Strömung in der Abluftdrossel, um eine bevorzugte lastunabhängige Bewegung des Arbeitselementes zu erhalten.
Diese Aufgabe wird im System dadurch gelöst, dass der antreibenden Kammer ein Steuerventil zugeordnet ist, durch welches hindurch die antreibende Kammer mit Gas von der Gasquelle befüllbar ist, wobei der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils in Abhängigkeit eines in Strömungsrichtung vor der Abluftdrossel herrschenden oder über der Abluftdrossel abfallenden Steuerdrucks einstellbar ist, insbesondere wobei mit dem Steuerventil der Öffnungsquerschnitt vergrößerbar ist, wenn mit fallendem Steuerdruck ein erster Grenzdruck unterschritten ist und der Öffnungsquerschnitt verkleinerbar ist, insbesondere das Steuerventil schließbar ist, wenn mit weiter fallendem Steuerdruck ein zweiter Grenzdruck unterschritten ist.
Im Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der antreibenden Kammer ein Steuerventil zugeordnet wird/ist, durch welches hindurch die antreibende Kammer mit Gas von der Gasquelle befüllt wird, wobei der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils in Abhängigkeit eines in Strömungsrichtung vor der Abluftdrossel herrschenden oder über der Abluftdrossel abfallenden Steuerdrucks eingestellt wird, insbesondere so, dass mit dem Steuerventil der Öffnungsquerschnitt vergrößert wird, wenn der fallende Steuerdruck einen ersten Grenzdruck unterschreitet und der Öffnungsquerschnitt verkleinert wird, insbesondere das Steuerventil geschlossen wird, wenn der weiter fallende Steuerdruck einen zweiten Grenzdruck unterschreitet.
Die Erfindung kann dabei vorzugsweise vorsehen, dass bei Vorliegen eines Steuerdruckes, der größer ist als der erste Grenzdruck, das Steuerventil zunächst geschlossen ist, also erst mit Unterschreitung des ersten Grenzdruckes öffnet und mit weiter fallendem Steuerdruck den Öffnungsquerschnitt vergrößert.
Ebenso kann es dabei vorzugsweise vorgesehen sein, dass mit weiter fallendem Steuerdruck der maximale Öffnungsquerschnitt zwischen den beiden Grenzdrücken erreicht wird, spätestens jedoch beim Erreichen des zweiten Grenzdrucks. Mit weiter fallendem Steuerdruck, wird der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils ab der Unterschreitung des zweiten Grenzdrucks verkleinert, insbesondere bis zum Schließen des Steuerventils bei einem dritten Grenzdruck.
Ebenso kann es vorgesehen sein, dass bei Vorliegen des ersten Grenzdruckes das Steuerventil bereits zum Teil geöffnet ist und auch bei weiterer Erhöhung des Steuerdrucks nicht vollständig schließt.
Bei allen Ausführungen kann es vorzugsweise vorgesehen sein, dass im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Grenzdruck das Steuerventil mit fallendem Steuerdruck den Öffnungsquerschnitt vergrößert und mit steigendem Steuerdruck verringert. Ebenso kann es bei allen Ausführungen vorzugsweise vorgesehen sein, dass im Bereich zwischen dem zweiten und dritten Grenzdruck das Steuerventil mit fallendem Steuerdruck den Öffnungsquerschnitt verkleinert und mit steigendem Steuerdruck vergrößert.
Die jeweilige Änderung des Öffnungsquerschnitts ist dabei von der Änderung des Steuerdruckes, und insbesondere auch von dessen Vorzeichen abhängig. Diese Abhängigkeit kann linear sein, muss es aber nicht. Es kann auch eine nichtlineare Abhängigkeit zwischen der Steuerdruckänderung und der Öffnungsquerschnittänderung vorgesehen sein.
Vorzugsweise liegt im Strömungsweg des Gases in Serie zum Steuerventil ein in Richtung zur antreibenden Kammer öffnendes Rückschlagventil. Alternativ liegt parallel zum Steuerventil ein in Richtung zur antreibenden Kammer sperrendes Rückschlagventil. So erfolgt der Zustrom des Gases in die Kammer durch das Steuerventil, ein Rückstrom hingegen, z.B. bei einem Rückhub des
Arbeitselementes erfolgt am Steuerventil vorbei, insbesondere wenn dieses durch seine Schaltposition im Rückhub geschlossen ist.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein erster Grenzdruck gewählt werden kann, der sicherstellt, dass die Abluftdrossel mit einem gewünschten Differenzdruckniveau über der Abluftdrossel betrieben wird. Wird der Grenzdruck unterschritten, so öffnet das Steuerventil und mehr Gas kann in die antreibende Kammer zuströmen um die gewünschte Druckbedingung zu erhalten. Es kann so eine Regelung auf das gewünschte Druckniveau erfolgen.
Durch die weitere Berücksichtigung eines zweiten Grenzdruckes, der unter dem ersten Grenzdruck liegt, kann berücksichtigt werden, dass am Ende des möglichen Hubweges eines Arbeitselementes der Druck in der entgegenwirkenden Kammer weiter fällt, insbesondere auch durch weitere Öffnung des Steuerventils nicht erhöht werden könnte, so dass die Erfindung vorsieht, den Öffnungsquerschnitt zu verringern, vorzugsweise das Steuerventil ganz zu schließen. Insbesondere kann somit der Stillstand des Arbeitselementes am Hubende das auslösende Ereignis für das Schließen des Steuerventils sein. Das Arbeitselement wird so von der Druckquelle getrennt.
Arbeitet der Antrieb, insbesondere der Zylinder gegen eine verhältnismäßig geringe äußere Last und reicht folglich eine geringe Druckdifferenz am Arbeitselement zur Verrichtung der Aufgabe, wird die antreibende Kammer im Gegensatz zu konventionellen abluftgedrosselten Systemen nicht vollständig auf den Versorgungsdruck des Systems gebracht, sondern nur mit der Luftmenge befüllt, die zu einem Druck führt, der etwas höher ist, als der zur Verrichtung der Aufgabe unter Wahrung einer überkritischen Durchströmung an der Abluftdrossel notwendige Druck.
Ein Rückhub des Arbeitselementes wird z.B. ermöglicht, insbesondere nach Umschaltung mittels eines Umschaltventils, durch Zuführung von Gas, vorzugsweise unter Umgehung der Abluftdrossel, in die zuvor entgegenwirkende und nun antreibend wirkende Kammer, wobei im Rückhub aus der zuvor antreibenden und nun entgegenwirkenden Kammer das Gas am geschlossenen Steuerventil vorbei, z.B. durch ein im Rückhub öffnendes Rückschlagventil, geführt wird. Der Gaszustrom kann im Rückhub z.B. durch ein Druckregelventil, insbesondere einen Druckminderer erfolgen, der strömungstechnisch zur Abluftdrossel parallel liegt, z.B. dabei weiterhin in Serie liegt zu einem in Richtung zur Kammer öffnenden Rückschlagventil.
Dabei wird mit Überschreiten des dritten Grenzdruckes in der aktuell zu füllenden Kammer das Steuerventil in eine wiederum zumindest teilweise geöffnete Position zurückgeführt, so dass ein erneuter Arbeitshub des Arbeitselementes durchgeführt werden kann, insbesondere unter Einregelung des gewünschten Steuerdruckes im Bereich des ersten Grenzdruckes oder im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Grenzdruck.
Vorzugsweise sieht es die Erfindung vor, dass der erste Grenzdruck größer ist und der zweite Grenzdruck kleiner ist als ein Druck, der vor der Abluftdrossel herrscht oder über der Abluftdrossel abfällt, der benötigt ist für eine überkritische Gasströmung in der Abluftdrossel. Dieser nötige Druck kann z.B. 2 bar Absolutdruck betragen. So kann nämlich sichergestellt werden, dass während der Regelung des Öffnungsquerschnittes des Steuerventils anhand des Steuerdrucks in der Umgebung des ersten Grenzdruckes oder im Bereich zwischen erstem und zweitem Grenzdruck immer ein solcher Druck vor oder abfallend über der Abluftdrossel vorliegt, dass diese in überkritischer Strömung betrieben wird, insbesondere nämlich solange, bis dass das Hubende erzielt ist und das Steuerventil schließt, vorzugsweise während der Steuerdruck den zweiten Grenzdruck unterschreitet und den dritten Grenzdruck erreicht.
Vorzugsweise ist der erste Grenzdruck 1 % bis 25% größer als der für die überkritische Strömung nötige Druck, z.B. wobei der nötige Druck üblicherweise 2 bar betragen kann. Aufgrund der erforderlichen Regelspanne unterhalb des ersten Grenzdrucks ist ein Wert von 2,3 bar für den ersten Grenzdruck bevorzugt. Weiter bevorzugt ist der zweite Grenzdruck wenigstens 5% bis 50% kleiner als der für überkritische Strömung nötige Druck und liegt vorzugsweise bei 1 ,5 bar. Der dritte Grenzdruck liegt vorzugsweise nur geringfügig unterhalb des zweiten Grenzdrucks. Reale Ventilkonstruktionen weisen aber zumeist größere Regelspannen auf, sodass mit den zuvor genannten Werten ein dritter Grenzdruck von beispielsweise 1 ,3 bar realistisch und fluid-mechanisch einfach erzielbar ist. Vorzugsweise sind alle genannten Druckangaben für die Grenzwerte und den für die überkritische Strömung nötigen Druck mit einer möglichen Variation von plus/minus 10% des genannten Wertes zu verstehen.
Eine Möglichkeit das Steuerventil bzw. das darin befindliche Ventilstellglied hinsichtlich des Öffnungsquerschnittes zu steuern kann darin liegen, dass das System eine elektronische / elektrische Steuerung aufweist, mit welcher der Steuerdruck messbar ist, z.B. mit einem Drucksensor in einem Gasleitungsabschnitt zwischen entgegenwirkender Kammer und der Abluftdrossel, und mit der in Abhängigkeit des Messwertes des Steuerdrucks ein elektrischer Ventilantrieb zur Verstellung des Ventilstellglieds im Steuerventil ansteuerbar ist. So kann der Ventilantrieb angetrieben sein, um das Ventilstellglied zur Vergrößerung des Öffnungsquerschnittes zu bewegen, insbesondere mit fallendem Steuerdruck dafür in eine erste Richtung zu bewegen, wenn der Steuerdruck den ersten Grenzwert unterschreitet und das Ventilstellglied zur Verkleinerung des Öffnungsquerschnittes zu bewegen, insbesondere in eine zur ersten entgegengesetzte zweite Richtung zu bewegen, wenn der weiter fallende Steuerdruck den zweiten Grenzwert unterschreitet, insbesondere am Hubende des Arbeitselementes.
Eine solche Art der Steuerung setzt jedoch eine aktive Komponente, hier die elektronische Steuerung voraus.
Eine demgegenüber bevorzugte Ausführung kann es hingegen vorsehen, dass die Bewegung des Ventilstellgliedes rein gasgetrieben erfolgt, so dass eine zusätzliche elektronische Steuerung entfallen kann.
Vorzugsweise kann dafür eine Gasleitung vorgesehen sein, mit der das Steuerventil fluidisch mit der entgegenwirkenden Kammer verbunden ist, wobei der in der Gasleitung wirkende Steuerdruck auf das Ventilstellglied des Steuerventils wirkt. So wird direkt durch den Steuerdruck eine das Ventilstellglied positionierende Kraft ausgeübt.
Vorzugsweise kann es vorgesehen sein, dass das Ventilstellglied mit einer Stellkraft vorbelastet ist, z.B. mittels einer am Ventilstellglied angreifenden Feder, durch die das Ventilstellglied mit fallendem Steuerdruck verschiebbar ist.
Grundsätzlich wird in dieser rein fluidischen Steuerung bewirkt, dass in einem Druckbereich zwischen dem ersten und zweiten Grenzdruck mit fallendem Steuerdruck durch die Bewegung des Ventilstellgliedes der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils vergrößert wird und in einem Druckbereich unter dem zweiten Grenzdruck mit weiter fallendem Steuerdruck durch die Bewegung des Ventilstellgliedes der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils verkleinert wird, bis dieser bei Erreichen des dritten Grenzdruckes vorzugsweise ganz geschlossen wird.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Ventilstellglied im Druckbereich zwischen dem ersten und zweiten Grenzdruck und im Druckbereich unter dem zweiten Grenzdruck, insbesondere also sowohl bei der zunächst bewirkten Vergrößerung des Öffnungsquerschnittes als auch bei der nachfolgend bewirkten Verkleinerung des Öffnungsquerschnittes, in derselben Richtung bewegt wird.
Dies ist besonders vorteilhaft, weil die aufeinander folgenden Wirkungen beide mit fallendem Steuerdruck kausal verbunden sind.
Vorzugsweise kann dies erzielt werden, wenn das Steuerventil eine die Abhängigkeit von Öffnungsquerschnitt und Verstellweg beschreibende Kennlinie aufweist, die an einer Verstellwegposition zwischen den beiden extremal möglichen Verstellwegpositionen, eine sich umkehrende Steigung aufweist. Beispielsweise kann eine Steigungsumkehr in der Kennlinie am Ort des Erreichens des zweiten Grenzdruckes vorliegen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zwischen zwei Bereichen der Kennlinie mit umgekehrtem Vorzeichen der Steigung ein Bereich liegt, in welchem die Steigung den Wert „Null“ aufweist.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Steuerventil zwei mit dem Ventilstellglied zusammenwirkende Steuerkanten im Ventilkörper oder zwei jeweils auf getrennten in Serie geschalteten Ventilstellgliedern angeordnete Steuerkanten aufweist, insbesondere wobei in einer durch fallenden Steuerdruck definierten Bewegungsrichtung des Ventilstellgliedes in einem ersten Bewegungsabschnitt durch Zusammenwirkung mit der ersten Steuerkante der Öffnungsquerschnitt vergrößerbar ist und in einem folgenden zweiten Bewegungsabschnitt in derselben Bewegungsrichtung durch Zusammenwirkung mit der zweiten Steuerkante der Öffnungsquerschnitt verkleinerbar ist, insbesondere bis zum vollständigen Verschluss des Öffnungsquerschnittes.
Wie zuvor bereits erwähnt, kann zur Abluftdrossel, die der entgegenwirkenden Kammer zugeordnet ist, ein Druckregulierventil, insbesondere ein Druckminderer mit Rückschlagventil parallelgeschaltet sein, durch den, insbesondere unter Absperrung der Abluftdrossel, die entgegenwirkende Kammer mit Gas füllbar ist.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann die Erfindung vorsehen, dass im Leitungsbereich zwischen dem Steuerventil und dem Antrieb, sowie der Abluftdrossel und dem Antrieb ein Umschaltventil vorgesehen ist, mit dem in einer ersten Schaltstufe die erste Kammer mit dem Steuerventil und gleichzeitig die zweite Kammer mit der Abluftdrossel verbindbar ist und in einer zweiten Schaltstufe die zweite Kammer mit dem Steuerventil und gleichzeitig die erste Kammer mit der Abluftdrossel verbindbar ist.
In dieser Ausführung kann es weiterhin vorgesehen sein, dass das System nur eine Abluftdrossel und nur ein Steuerventil ausweist, diese aber durch Umschaltung sowohl im Arbeitshub als auch im Rückhub mit einer jeweiligen Kammer Zusammenwirken.
Vorzugsweise ist die Abluftdrossel in dieser möglichen Ausgestaltung immer stromabwärts mit der Drucksenke verbunden und das Steuerventil eingangsseitig immer mit Gas von der Druckquelle beaufschlagt.
Weiter bevorzugt liegt zum Steuerventil ein Druckregulierventil, vorzugsweise ein Druckminderventil, parallel, mit dem unter Umgehung des am Ende eines Arbeitshubes in Schließstellung befindlichen Steuerventils ein Mindestdruck der antreibenden Kammer stets gewährleistet ist. Wird die Umkehr der Bewegungsrichtung des Antriebs durch Umschaltung des Umschaltventils eingeleitet, steht somit stets ein ausreichender Druck in der zuvor antreibenden Kammer zur Verfügung, so dass durch Dekompression der nun der Bewegung entgegenwirkenden Kammer ein Druckaufbau vor der Abluftdrossel erfolgt, der über die Steuerleitung und die so erfolgte Kraftausübung auf das Ventilstellglied im Steuerventil eine Öffnung des Steuerventils bewirkt, wodurch ein nächster druckgeregelter Arbeitshub in entgegengesetzter Richtung ermöglicht ist. Insbesondere ist dieses Druckregulierventil vorgesehen für das Hochfahren des Antriebssystems aus einem vollständig drucklosen Zustand.
Eine andere Ausführung kann auch vorsehen, dass jeder der beiden Kammern jeweils eine Anordnung aus einer Abluftdrossel und einem Steuerventil mit einer mit der anderen Kammer verbundenen Steuerleitung zugeordnet ist, wobei jede der beiden Kammern in einer Prozessphase, in welcher die jeweilige Kammer als antreibende Kammer wirkt, durch das zugeordnete Steuerventil mit Gas befüllbar ist und jede der beiden Kammern in einer Prozessphase, in welcher die jeweilige Kammer als entgegenwirkende Kammer wirkt, durch die zugeordnete Abluftdrossel entleerbar ist, insbesondere wobei in beiden Prozessphasen der jeweilige Hub vom Arbeitselement mit der beschriebenen Druckregelung über das aktuell aktive Steuerventil erfolgt.
In dieser Ausführung kann jeweils eine der Anordnungen mittels eines Umschaltventils mit der Druckquelle verbunden werden, wobei gleichzeitig die andere Anordnung mit der Drucksenke verbunden wird.
Vorzugsweise kann durch Rückschlagventile in jeder der beiden Anordnungen erzielt werden, dass bei einer Anschaltung einer jeweiligen Anordnung an die Druckquelle der Gasstrom über das Steuerventil in Richtung zur zu füllenden Kammer erfolgt und ein Gasstrom über die Abluftdrossel verhindert ist, wobei umgekehrt bei einer Anschaltung an die Drucksenke ein Gasstrom über die Abluftdrossel zur Drucksenke erfolgt und ein Gasstrom über das Steuerventil verhindert ist.
In einer Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass zu wenigstens einer der Anordnungen, vorzugsweise zu beiden Anordnungen ein Druckregelventil, insbesondere ein Druckminderer parallelgeschaltet ist, mit dem das System aus einem in beiden Kammern druckentlasteten Zustand in einen Betriebszustand versetzbar ist, insbesondere durch Gasbefüllung einer der beiden Kammern durch das Druckregelventil und gleichzeitiger Druckbeaufschlagung und Öffnung des der anderen Kammer zugeordneten Steuerventils.
Die Erfindung kann auch vorsehen, eine Anordnung zur Mindestdruckbeaufschlagung für die Inbetriebnahme des Systems aus einem in beiden Kammern drucklosen Zustand direkt in das Steuerventil zu integrieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführung der Erfindung mit einem Zylinder- Kolbenaggregat A als Arbeitselement, dessen Kolben 3 zwei Kammern 1 und 2 trennt. Es wird hier angenommen, dass das Arbeitselement A bei ausfahrender Kolbenstange des Kolbens 3 einen Arbeitshub ausführt. Mittels eines Umschaltventils 7 kann wahlweise eine Druckquelle 4 an eine Leitung L1 und gleichzeitig eine Drucksenke 6 an eine Leitung L2 angeschaltet werden oder umgekehrt. Es ist in dieser Ausführung vorgesehen, nur im Arbeitshub die erfindungsgemäße Druckregelung vorzunehmen, insbesondere zu bewirken, dass die im Arbeitshub antreibende Kammer 1 nur soweit mit Gas über das Steuerventil 8 befüllt wird, dass an der Abluftdrossel 5 eine überkritische Strömung vorliegt.
Dafür ist es hier vorgesehen, dass in der Leitung L1 , die zur im Arbeitshub antreibenden Kammer 1 führt, das Steuerventil 8 liegt, über welches die Befüllung der Kammer 1 erfolgt. Parallel zum Steuerventil ist ein Rückschlagventil R1 angeordnet, dass einen Zustrom in die Kammer unter Umgehung des Steuerventils 8 verhindert, aber einen Abstrom von Gas aus der Kammer 1 im Rückhub zulässt, insbesondere wenn das Steuerventil 5 dann (wie hier gezeigt) geschlossen ist.
Im Arbeitshub wird Gas aus der Kammer 2, die im Arbeitshub der Bewegung des Kolbens 3 entgegenwirkt, über die Abluftdrossel 5 und das in Serie zu dieser liegende Rückschlagventil R2, welches in Richtung zur Drucksenke 6 öffnet, zur Drucksenke 6 verdrängt.
Als wesentlicher erfindungsgemäßer Aspekt sieht die Erfindung hier vor, dass eine Gasleitung 9 als Steuerleitung 9 das Steuerventil 8 mit einem Leitungsabschnitt verbindet, der in der Leitung L2 zwischen der entgegenwirkenden Kammer 2 und der Abluftdrossel 5 liegt.
Der in diesem Leitungsabschnitt wirkende Steuerdruck, insbesondere faktisch der über der Abluftdrossel 5 abfallende Druck, wirkt über die Steuerleitung 9 auf das Ventilstellglied im Steuerventil 8 und kann die Position des Ventilstellgliedes und somit den Öffnungsquerschnitt des Steuerventils 8 beeinflussen, erfindungsgemäß nämlich so, dass mit fallendem Steuerdruck, wenn der Steuerdruck einen ersten Grenzdruck unterschreitet, der Öffnungsquerschnitt vergrößert wird, so dass mehr Gas in die antreibende Kammer nachströmt und bei weiterem Unterschreiten eines zweiten Grenzdruckes, der kleiner ist als der erste Grenzdruck, der Öffnungsquerschnitt verkleinert, vorzugsweise ganz geschlossen wird, insbesondere bei Erreichen eines dritten Grenzdrucks, vorzugsweise der kleiner ist als der zweite Grenzdruck.
So wird bis zum Unterschreiten des zweiten Grenzdruckes der Steuerdruck im Regelbereich um den ersten Grenzdruck gehalten. Dieser kann vorzugsweise so gewählt sein, dass eine überkritische Strömung in der Abluftdrossel erzielt ist, der erste Grenzdruck ist somit größer als der Mindestdruck der für die überkritische Strömung nötig ist. Der zweite Grenzdruck ist vorzugsweise kleiner als dieser Mindestdruck.
Am Hubende des Kolbens 3 kann dieser kein Gas mehr aus der Kammer 2 verdrängen, so dass durch den Abfall des Steuerdruckes unter den zweiten Grenzdruck das Steuerventil 8 seine Öffnung verringert bis dieses schließt, vorzugsweise bei Erreichen oder Unterschreiten des dritten Grenzdrucks.
Ein Rückhub kann durch Umschaltung des Umschaltventils 7 eingeleitet werden. In diesem dargestellten Fall wird durch Anschaltung der Druckquelle 4 an die Leitung L2 ein Schließen des Rückschlagventils R2 und Öffnen des Rückschlagventils R3 bewirkt, welches in Serie zu einem Druckregelventil 12 liegt, durch welches die Befüllung der Kammer 2 für den Rückhub erfolgt. Das dann aus der Kammer 1 verdrängte Gas kann ungehindert zur Drucksenke 6, z.B. zur Umwelt über das offene Rückschlagventil R1 entweichen. Der Druckaufbau in der Kammer 2 sorgt zugleich für eine Kraftbeaufschlagung des Ventilstellgliedes in dem Steuerventil 8 über die Steuerleitung 9, so dass dieses wieder öffnet, insbesondere ab Erreichen oder Überschreiten des dritten Grenzdruckes, und einen nächsten Arbeitshub einleitet. Die für zyklische Arbeitshübe nötigen Druckbedingungen werden somit aufrechterhalten. Ein Start des Systems aus einer Ruhelage kann durch Druckbeaufschlagung der Kammer 2 erfolgen.
Figur 2 zeigt eine Ausführung, bei der sowohl im Arbeitshub als auch im Rückhub eine druckgeregelte Bewegung des Kolbens 3 erfolgt anhand des Steuerdruckes in der Steuerleitung 9. Auch hier ist das Steuerventil 8 in der Leitung L1 vorgesehen, die in dieser Ausführung konstant mit der Druckquelle 4 verbunden ist. Die Drucksenke 6 ist an der Leitung L2 mit der Abluftdrossel 5 konstant angeschlossen.
Der wesentliche Unterschied zur Figur 1 ist der, dass über das Umschaltventil nun wahlweise die Kammer 1 an das Steuerventil und die Kammer 2 an die Abluftdrossel angeschlossen wird oder umgekehrt. Die zuvor beschriebene Druckregelung mit dem Steuerventil 8 erfolgt somit immer bzgl. der aktuell antreibenden Kammer von beiden Kammern 1 , 2 und die Abluftdrosselung immer im Gas, das aus der aktuell entgegenwirkenden Kammer ausströmt.
Das Druckregelventil 12 kann vorgesehen sein, um in einem initialen drucklosen Zustand beider Kammern in der hier gezeigten Schaltstellung bei geschlossenem Steuerventil (am Ende des Arbeitshubes), eine Mindestbefüllung der vormals antreibenden Kammer, eine Druckbeaufschlagung der Steuerleitung 9 und ein Öffnen des Steuerventils 8 zu erzielen. Das System wird somit wieder in seinen regulären Betriebszustand versetzt und kann durch Umschaltung des Umschaltventils eine Bewegung ausführen.
Die Figur 3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform, bei der jeder der beiden Kammern 1 und 2 jeweils eine Anordnung AN1 bzw. AN2 aus einem Steuerventil 8 und einer Abluftdrossel 5 zugeordnet ist. Die Steuerleitung 9 eines Steuerventils 8, dass einer bestimmten Kammer zugeordnet ist, hat eine Fluidverbindung zur jeweils anderen Kammer.
Durch die Rückschlagventile R1 , R2 in jeder der Anordnungen AN1 , AN2 wird die jeweils nötige Flussrichtung definiert. So ermöglicht R1 einen Fluss durch das Steuerventil 8 zur Kammer, wobei gleichzeitig R2 einen Fluss durch die Abluftdrossel sperrt, wenn die Druckquelle 4 an die Anordnung AN1 bzw. AN2 angeschaltet ist, und es ermöglicht R2 einen Fluss aus der Kammer durch die Abluftdrossel 5, wobei gleichzeitig R1 einen Fluss durch das Steuerventil 8 sperrt, wenn die Drucksenke 6 an die Anordnung AN1 bzw. AN2 angeschaltet ist.
Durch das Umschaltventil 7 kann eine alternierende Anschaltung der Druckquelle 4 und der Drucksenke 6 an eine Anordnung AN1 , AN2 erfolgen. Mit derselben zuvor beschriebenen Wirkung wird erzielt, dass im Arbeitshub und im Rückhub, bzw. bei reversierenden Arbeitshüben eine Druckregelung erfolgt die in der Abluftdrosselung das gewünschte Druckkriterium erfüllt, vorzugsweise eine überkritische Strömung.
Die Erfindung kann hier vorsehen, dass parallel zur Anordnung AN2 ein Druckregelventil 11 mit Rückschlagventil liegt, durch welches eine initiale Inbetriebnahme des Systems erfolgen kann, wenn beide Kammern drucklos sind, so wie es auch zuvor beschrieben ist. Es kann weiterhin auch ein Druckregelventil parallel zur Anordnung AN1 liegen, was nicht gezeigt ist.
Die Figuren 4a und 4b zeigen eine mögliche Ausführungsform eines Steuerventils 8 mit einem Ventilstellglied 8a, welches zwei durch einen verjüngten Bereich verbundene Stellkörper 8b und 8c aufweist. Eine solche Ausbildung des Ventilstellglieds 8a kann bei allen möglichen Ausführungen des Ventils 8 vorgesehen sein. Das Ventilstellglied 8a ist hier linksseitig durch den Steuerdruck aus der Steuerleitung 9 druckbeaufschlagt und hier rechts durch eine Feder 13, die in einem druckentlasteten Raum angeordnet ist, kraftbelastet. Mit fallendem Steuerdruck in der Leitung 9 wird also das Ventilstellglied 8a bezogen auf diese Darstellung nach links verschoben. Dabei wird in der Wirkung zwischen dem Ventilstellglied 8a (dessen Stellkörper 8b) und der Steuerkante SK1 der Öffnungsquerschnitt vergrößert und in der Wirkung zwischen dem Ventilstellglied 8a (dessen Stellkörper 8c) und der Steuerkante SK2 der Öffnungsquerschnitt verkleinert. Der Öffnungsquerschnitt zwischen den Anschlüssen 4 (zur Druckquelle) und 1 (zur Kammer/ zum gesteuerten Volumen) ist so steuerdruckabhängig einstellbar.
Mittels der Feder 13, deren Kraft einstellbar sein kann, kann eine Definition der genannten Grenzdrücke erfolgen. Rechtsseitig ist das Steuerventil 8 am Anschluß 23 gasdruckentlastet. Dabei können in allen möglichen Ausführungen eines Steuerventils der zweite und dritte Grenzdruck vom ersten abhängig sein und durch die Feder, sowie die Konstruktion des Steuerventils in der Geometrie der Steuerkanten bestimmt sein. Die Darstellung der Figur 4a zeigt eine Position mit maximalem Öffnungsquerschnitt, was bei einem Steuerdruck zwischen dem ersten und zweiten Grenzdruck oder bevorzugt bei dem zweiten Grenzdruck vorliegen kann. Vorzugsweise kann mit steigendem Steuerdruck beim Überschreiten des ersten Grenzdrucks das Steuerventil schließen, oder zunächst mit steigendem Steuerdruck den Öffnungsquerschnitt verringern und dann schließen, insbesondere sofern keine Restöffnung, z.B. durch einen mechanischen Anschlag, bzw. kein paralleler Strömungspfad vorgesehen ist, und bei Überschreitung des ersten Grenzdruckes erfindungsgemäß mit fallendem Steuerdruck den Öffnungsquerschnitt vergrößern bis zur gezeigten maximalen Öffnungsposition. Bei weiterem Abfall des Steuerdrucks wird der Öffnungsquerschnitt verringert bis zum Schließen an der Steuerkante SK2.
Die Figur 4b zeigt eine Ausführung desselben Steuerventils der Figur 4a, in einer Position, in welcher der erste Grenzdruck in der Steuerleitung 9 vorliegen kann. In diesem Fall ist das Steuerventil an der Steuerkante SK1 geschlossen und würde mit fallendem Steuerdruck ausgehend von dieser Position den Öffnungsquerschnitt aus der geschlossenen Stellung vergrößern. Mit steigendem Steuerdruck würde ausgehend von dieser Position das Steuerventil 8 geschlossen bleiben.
Figur 5 zeigt eine Ausführung, bei der gegenüber den Figuren 4a und 4b zwei Federn 13a, 13b koaxial ineinander angeordnet sind. Die Feder 13b wirkt direkt auf das Ventilstellglied 8a, die Feder 13a indirekt über das bis in den Anschlag 15 verschiebliche Lagerelement 14. Es ist so ein erster Verschiebebereich des Ventilstellgliedes 8a definiert, in dem beide Federn Zusammenwirken und ein zweiter - wenn das Lagerelement 14 im Anschlag liegt - in dem nur die Feder 13b wirkt. Die Grenzdrücke und die Steigungen der Öffnungscharakteristiken der beiden Steuerkanten in Abhängigkeit des Steuerdrucks können so voneinander entkoppelt werden. Der Raum, in dem die Federn 13a und 1 b angeordnet sind, ist druckentlastet über den Anschluß 23. Figur 6 zeigt eine Ausführung, bei welcher die Ausführung in den Figuren 4a und 4b um eine integrierte Mindestdruckbeaufschlagung für das Anfahren aus einem drucklosen Zustand erweitert wurde. Hierdurch können die in den vorherigen Figuren 2 und 3 gezeigten und zu diesem Zweck vorgesehenen Druckminderer 11 bzw. 12 entfallen.
Der rechts dargestellte Kolben 20 dient der Rückführung des Nachdrucks des Steuerventils 8 für die Mindestdruckbeaufschlagung. Eine Feder 21 wirkt auf den Kolben 20, der durch die Bohrung 22 mit dem durch das Steuerventil geregelten Druck beaufschlagt wird, insbesondere also dem Druck in der antreibenden Kammer 1 . Anschluß 1 und 22 sind somit vorzugsweise direkt verbunden. Die Feder 21 weist eine Vorspannung auf, sodass der Kolben 20 erst bei einem ausreichenden Nachdruck des Steuerventils 8 nach links fährt, also wenn der Druck in der antreibenden Kammer 1 einen durch die Feder 21 vorbestimmten Mindestdruck aufweist. Der Raum, in dem die Federn 13b und 21 angeordnet sind, ist druckentlastet über den Anschluß 23.
Die Lage des Kolbens definiert die Federvorspannung der Federn 13b und 13c. Diese definieren die Lage des Ventilstellglieds 8a sowohl in Abhängigkeit des Steuerdrucks in Leitung 9 als auch in Funktion ihrer Vorspannung und folglich der Position des Kolbens 20.
Die Federraten und -Vorspannungen der Federn 13b und 13c entsprechen bei einer Stellung des Kolbens 20 in der linken Extremlage dem nominell erforderlichen Wert für die bekannte Funktion des Ventils, insbesondere wie sie zuvor beschrieben wurde. Eine Verlagerung des Kolbens 20 nach rechts führt durch teilweise Entspannung der beiden Federn 13b und 13c zu einer Verlagerung des Ventilstellglieds 8a nach rechts.
Bei einem gänzlich drucklosen Zustand des Systems liegt weder ein Druck in der Steuerleitung 9 noch stromab des Steuerventils, also in Bohrung 22, an. Der Kolben 20 steht belastet durch die Federn 21 und 13b in seiner rechten Extrem läge. Es wird aufgrund der Verschiebung des Ventilstellglieds 8a nach rechts folglich das Steuerventil über die Steuerkante SK2 und den Stellkörper 8c geöffnet. Wird an der Zuleitung des Steuerventils ein Druck angelegt, beaufschlagt die zuvor beschriebene Ventilstellung das gesteuerte Volumen mit einem zunehmenden Druck, der über Bohrung 22 auf den Kolben 20 zurückwirkt.
Erreicht dieser Druck den Sollwert, verfährt der Kolben 20 nach links, verschiebt das Ventilstellglied 8a durch Erhöhung der Verspannung der Federn 13b und 13c nach links und schließt das Steuerventil über Steuerkante SK2 und Stellkörper 8c.
Ab diesem Zeitpunkt verharrt der Kolben 20 während eines normalen Betriebs des Systems in seiner linken Extremlage und die Funktion des Ventils entspricht der Variante in den Figuren 4a und 4b. Zur Verbesserung des Betriebsverhaltens kann zur Belastung des Kolbens 20 insbesondere ein Federsystem 21 , das aus Tellerfedern besteht, Verwendung finden.
Die Figur 7 zeigt eine Abwandlung der Ausführungen von Figur 5 und Figur 6. Soweit die dort und in den Figuren 4 beschriebenen Funktionen nicht durch nachfolgend beschriebene Funktionen ersetzt sind, gelten diese auch für die Ausführung der Figur 7.
In Abwandlung der Figur 6 wirkt der Kolben 20 in dieser Ausführung nicht mehr über eine nachgiebige Feder 13b, sondern hier starr über die Kolbenstange 20a auf das Ventilstellglied. Die Zusammenwirkung von Kolben 20 und Feder 21 ist hier in der Richtung umgekehrt. Wiederum ist der Raum, in dem die Feder 21 angeordnet ist, druckentlastet durch den Anschluß 23. Hier ist der Kolben 20 demnach aus der Richtung des Ventilinneren druckbeaufschlagt mit dem Druck des Anschlusses 1 , z.B. über die Leitung 22, die den Raum links von Kolben 20 mit den Anschluß 1 vorzugsweise ventilintern verbindet.
Wie bei der Figur 5 können die Grenzdrücke und die Steigungen der Öffnungscharakteristiken der beiden Steuerkanten in Abhängigkeit des Steuerdrucks voneinander entkoppelt werden. Dies erfolgt hier jedoch nicht durch die ineinanderliegenden Federn 13b und 21 , sondern abweichend hiervon durch die Realisierung von positionsabhängig unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten in der Wirkung zwischen einer Steuerkante, hier der Steuerkante SK1 und dem Ventilstellglied 8a, insbesondere bei einem Stellkörper, hier dem Stellkörper 8b des Ventilstellgliedes 8a. Diese Art, über positionsabhängig unterschiedliche Öffnungsquerschnitte die Charakteristik zu beeinflussen, kann erfindungsgemäß unabhängig von den weiteren konkreten gezeigten Konstruktionen in dem Ventil 8 vorgenommen sein.
Um diese positionsabhängigen Öffnungsquerschnitte zu realisieren kann ein Stellkörper, z.B. hier der Stellkörper 8b z.B. axial verlaufende Steuernuten 8d in seiner Oberfläche aufweisen, die in axialer Richtung nur bereichsweise, also nicht vollständig über die Oberfläche verlaufen. In diesem Beispiel enden die Steuernuten 8d vor dem rechten axialen Ende des Stellkörpers 8b.
Abweichend zu den Figuren 5 und 6 erfolgt die Steuerdruckbeaufschlagung hier vorzugsweise über den Anschluß 9, auf die axiale Stirnfläche des rechten Stellkörpers 8b, auf welche auch die Kolbenstange 20a wirkt. Die Wirkung erfolgt gegen die Feder 13c auf der anderen Seite des Ventilstellgliedes 8a, welche in einem über den Anschluß 23 druckentlasteten Raum angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilstellgliedes 8a ist bei der Ausführung der Figur 7 im Vergleich zu den Figuren 5 und 6 andersherum.

Claims

Patentansprüche Gasbetriebenes Antriebssystem, umfassend einen Antrieb (A) mit einer ersten Kammer (1 ) und einer zweiten Kammer (2), die durch ein bewegliches Arbeitselement (3) des Antriebs (A), insbesondere durch einen Kolben (3) voneinander getrennt sind, wobei eine Kammer (1 ) der beiden Kammern (1 , 2) zur Bildung einer das Arbeitselement (3) antreibenden Kammer (1 ) mit einer Gasquelle (4) verbindbar ist und die andere Kammer (2) der beiden Kammern (1 , 2) zur Bildung einer der Bewegung des Arbeitselementes (3) entgegenwirkenden Kammer gleichzeitig über eine Abluftdrossel (5) mit einer Gassenke (6) verbindbar ist, insbesondere mittels eines Umschaltventils (7), dadurch gekennzeichnet, dass der antreibenden Kammer (1 ) ein Steuerventil (8) zugeordnet ist, durch welches hindurch die antreibende Kammer (1 ) mit Gas von der Gasquelle (4) befüllbar ist, wobei der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils (8) in Abhängigkeit eines in Strömungsrichtung vor der Abluftdrossel (5) herrschenden oder über der Abluftdrossel (5) abfallenden Steuerdrucks einstellbar ist, wobei mit dem Steuerventil (8) der Öffnungsquerschnitt vergrößerbar ist, wenn mit fallendem Steuerdruck ein erster Grenzdruck unterschritten ist und der Öffnungsquerschnitt verkleinerbar ist, insbesondere das Steuerventil (8) schließbar ist, wenn mit weiter fallendem Steuerdruck ein zweiter Grenzdruck unterschritten ist. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grenzdruck größer ist und der zweite Grenzdruck kleiner ist als ein Druck, der vor der Abluftdrossel (5) herrscht oder über der Abluftdrossel (5) abfällt, der benötigt ist für eine überkritische Gasströmung in der Abluftdrossel (5). System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine elektronische / elektrische Steuerung aufweist, mit welcher der Steuerdruck messbar ist und mit der in Abhängigkeit des Messwertes des Steuerdrucks ein elektrischer Antrieb zur Verstellung des Ventilstellglieds im Steuerventil ansteuerbar ist. System nach einem der vorherigen Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasleitung (9) als Steuerleitung (9) vorgesehen ist, mit der das Steuerventil (8) fluidisch mit der entgegenwirkenden Kammer (2) verbunden ist, wobei der in der Gasleitung (9) wirkende Steuerdruck auf das Ventilstellglied des Steuerventils (8) wirkt, insbesondere wobei das Ventilstellglied mit einer Stellkraft vorbelastet ist, durch die das Ventilstellglied mit fallendem Steuerdruck verschiebbar ist. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (8) eine die Abhängigkeit von Öffnungsquerschnitt und Verstellweg beschreibende Kennlinie aufweist, die an einer Verstellwegposition zwischen den beiden extremal möglichen Verstellwegpositionen eine sich umkehrende Steigung aufweist. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (8) zwei mit dem Ventilstellglied zusammenwirkende Steuerkanten oder zwei jeweils auf getrennten in Serie geschalteten Ventilstellgliedern angeordnete Steuerkanten aufweist, insbesondere wobei in einer durch fallenden Steuerdruck definierten Bewegungsrichtung des Ventilstellgliedes in einem ersten Bewegungsabschnitt durch Zusammenwirkung mit der ersten Steuerkante der Öffnungsquerschnitt vergrößerbar ist und in einem folgenden zweiten Bewegungsabschnitt in derselben Bewegungsrichtung durch Zusammenwirkung mit der zweiten Steuerkante der Öffnungsquerschnitt verkleinerbar ist, insbesondere bis zum vollständigen Verschluss des Öffnungsquerschnittes. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abluftdrossel (5), die der entgegenwirkenden Kammer (2) zugeordnet ist, ein Druckregulierventil (12), insbesondere ein Druckminderer (12) parallel geschaltet ist, vorzugsweise mit in Serie liegendem Rückschlagventil parallelgeschaltet ist, durch das/den, insbesondere unter Absperrung der Abluftdrossel (5), die entgegenwirkende Kammer (2) mit Gas füllbar ist. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Leitungsbereich zwischen dem Steuerventil (8) und dem Antrieb (A), sowie der Abluftdrossel (5) und dem Antrieb (A) das Umschaltventil (10) vorgesehen ist, mit dem in einer ersten Schaltstufe die erste Kammer (1 ) mit dem Steuerventil (8) und gleichzeitig die zweite Kammer (2) mit der Abluftdrossel (5) verbindbar ist und in einer zweiten Schaltstufe die zweite Kammer (2) mit dem Steuerventil (8) und gleichzeitig die erste Kammer (1 ) mit der Abluftdrossel (5) verbindbar ist. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Kammern (1 ,2) jeweils eine Anordnung aus einer Abluftdrossel (5) und einem Steuerventil (8) mit einer mit der anderen Kammer (2, 1 ) verbundenen Steuerleitung (9) zugeordnet ist, wobei jede der beiden Kammern (1 , 2) in einer Prozessphase, in welcher die jeweilige Kammer (1 , 2) als antreibende Kammer wirkt, durch das zugeordnete Steuerventil (8) mit Gas befüllbar ist und jede der beiden Kammern (1 , 2) in einer Prozessphase, in welcher die jeweilige Kammer (1 , 2) als entgegenwirkende Kammer wirkt, durch die zugeordnete Abluftdrossel (5) entleerbar ist. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu wenigstens einer der Anordnungen, vorzugsweise zu beiden Anordnungen ein Druckregelventil (11 ), insbesondere ein Druckminderer (11 ) parallelgeschaltet ist, mit dem das System aus einem in beiden Kammern druckentlasteten Zustand in einen Betriebszustand versetzbar ist, insbesondere durch Gasbefüllung einer der beiden Kammern (1 , 2) durch das Druckregelventil (11 ) und gleichzeitiger Druckbeaufschlagung und Öffnung des der anderen Kammer (2, 1 ) zugeordneten Steuerventils (8). Verfahren zum Betrieb eines gasbetriebenes Antriebssystem, umfassend einen Antrieb (A) mit einer ersten Kammer (1 ) und einer zweiten Kammer (2), die durch ein bewegliches Arbeitselement (3) des Antriebs (A), insbesondere durch einen Kolben (3) voneinander getrennt sind, wobei eine Kammer (1 ) der beiden Kammern (1 , 2) zur Bildung einer das Arbeitselement (3) antreibenden Kammer (1 ) mit einer Gasquelle (4) verbunden wird und die andere Kammer (2) der beiden Kammern (1 , 2) zur Bildung einer der Bewegung des Arbeitselementes (3) entgegenwirkenden Kammer gleichzeitig über eine Abluftdrossel (5) mit einer Gassenke (6) verbunden wird, insbesondere mittels eines Umschaltventils (7), dadurch gekennzeichnet, dass der antreibenden Kammer (1 ) ein Steuerventil (8) zugeordnet ist, durch welches hindurch die antreibende Kammer (2) mit Gas von der Gasquelle (4) befüllt wird, wobei der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils (8) in Abhängigkeit eines in Strömungsrichtung vor der Abluftdrossel (5) herrschenden oder über der Abluftdrossel (5) abfallenden Steuerdrucks so eingestellt wird, dass mit dem Steuerventil (8) der Öffnungsquerschnitt vergrößert wird, wenn der fallende Steuerdruck einen ersten Grenzdruck unterschreitet und der Öffnungsquerschnitt verkleinert wird, insbesondere das Steuerventil (8) geschlossen wird, wenn der weiter fallende Steuerdruck einen zweiten Grenzdruck unterschreitet.
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