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Die
Erfindung betrifft ein elektro-pneumatisches Antriebssystem, mit
mindestens einer pneumatisch betätigbaren Antriebsvorrichtung,
die eine zwei Beaufschlagungskammern voneinander abteilende Abtriebseinheit
aufweist, die zwei einander entgegengesetzt gerichtete Hubbewegungen
zwischen zwei Endlagen ausführen kann, wobei zumindest
die eine, erste Hubbewegung dadurch hervorrufbar ist, dass die eine,
erste Beaufschlagungskammer mit unter einem Arbeitsdruck stehender
Druckluft belüftet wird und zeitverzögert danach
die andere, zweite Beaufschlagungskammer mit unter einem bezüglich dem
Arbeitsdruck niedrigeren Bremsdruck stehender Druckluft gegenbelüftet
wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben
eines solchen Antriebssystems.
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Ein
solches Antriebssystem mit zugehörigem Betriebsverfahren
ist aus der
DE
10 2005 060 530 A1 bekannt. Es werden hier Maßnahmen
beschrieben, die eine Erhöhung der Verfahrgeschwindigkeit
einer pneumatisch betätigten Abtriebseinheit einer als
Linearantrieb ausgebildeten Antriebsvorrichtung ermöglichen.
Die Abtriebseinheit enthält einen Kolben, der zwei Beaufschlagungsklammern
voneinander abteilt, die in gesteuerter Weise mit Druckluft beaufschlagbar
sind. Bei einer möglichen Betriebsweise wird bei eingefahrener
Abtriebseinheit die rückseitige Beaufschlagungskammer belüftet
und kurz danach eine Gegenbelüftung der vorderen Beaufschlagungskammer
hervorgerufen. Durch diese Konzeption sollen unter Gewährleistung
einer wirksamen Endlagendämpfung die Verfahrzeiten verkürzt
werden. Das Einschalten der Gegenbelüftung erfolgt entweder
ereignisgesteuert oder zeitgesteuert, also beispielsweise bei Erreichen
einer bestimmten Position oder nach Verstreichen einer gewissen
Verfahrzeit der Abtriebseinheit. Diese Art der Ansteuerung ist relativ
aufwendig und erfordert sehr exakt arbeitende elektronische Steuereinrichtungen,
weil die Zeitverzögerung zum Erhalt eines optimalen Ergebnisses
möglichst gering sein sollte und die erforderlichen Überwachungsmaßnahmen
folglich nur einer sehr geringen Toleranz unterliegen dürfen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit geringem Aufwand hohe Verfahrgeschwindigkeiten der
Abtriebseinheit einer pneumatisch betätigbaren Antriebsvorrichtung
zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Antriebssystem der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, dass zur Steuerung der Belüftung
der ersten Beaufschlagungskammer eine elektrisch betätigbare
erste Steuerventileinrichtung und zur Steuerung der Gegenbelüftung
der zweiten Beaufschlagungskammer eine elektrisch betätigbare
zweite Steuerventileinrichtung vorhanden ist, wobei diese beiden
Steuerventileinrichtungen derart unterschiedlich ausgebildet sind,
dass ab dem gleichzeitigen Anlegen eines elektrischen Umschaltsignals
an beide Steuerventileinrichtungen die bis zum Umschalten in eine
den Bremsdruck zuführende Gegenbelüftungsstellung verstreichende
Umschaltdauer der zweiten Steuerventileinrichtung länger
ist als die bis zum Umschalten in eine den Arbeitsdruck zuführende
Belüftungsstellung verstreichende Umschaltdauer der ersten Steuerventileinrichtung.
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Darüber
hinaus wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines
solchen Antriebssystems gelöst, bei dem man ausgehend von
einem Zustand, in dem beide Beaufschlagungskammern entlüftet
sind, zeitgleich ein elektrisches Umschaltsignal an beide Steuerventileinrichtungen
anlegt, um das relativ zueinander zeitverzögerte Umschalten
der beiden Steuerventileinrichtungen hervorzurufen.
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Die
zeitverzögerte Gegenbelüftung kann auf diese Weise
initiiert werden, ohne auf Sensormittel zurückgreifen zu
müssen, die ein gewisses Ereignis und/oder einen gewissen
Zeitverlauf detektieren. Man spart sich folglich aufwendige Überwachungsmaßnahmen.
Auch die zur Betätigung der Steuerventileinrichtung erforderlichen
Mittel können verhältnismäßig
kostengünstig realisiert werden, da keine zeitlich knapp
aufeinanderfolgenden Umschaltsignale generiert werden müssen.
Die elektrische Aktivierung der beiden Steuerventileinrichtungen
findet zeitgleich statt, beispielsweise durch ein einziges, gleichzeitig
beiden Steuerventileinrichtungen aufgeschaltetes Umschaltsignal
oder durch zwei zeitgleich generierte Umschaltsignale, wobei die
den gewünschten Zeitverzögerungseffekt liefernde
Maßnahme in der unterschiedlichen konstruktiven Auslegung
der beiden Steuerventileinrichtungen zu finden ist. Man greift beispielsweise
auf Steuerventileinrichtungen zurück, die von Hause aus
unterschiedliche Schaltzeiten aufweisen, beispielsweise bedingt
durch unterschiedliche Reibungswerte der miteinander kooperierenden
Ventilkomponenten oder auch durch Verwendung abweichender Steuerdrücke
bei vorgesteuerten Ventilbauformen.
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Optimal
lässt sich das Antriebssystem betreiben, wenn die erste
Hubbewegung in einem Zustand initiiert wird, in dem beide Beaufschlagungskammern entlüftet
sind. Dies bedeutet, dass die Abtriebseinheit zu Beginn der ersten
Hubbewegung gegen eine völlig „leere” zweite
Beaufschlagungskammer ausfährt und keiner nennenswerter
Gegenkraft ausgesetzt ist, bis dann kurz danach die Gegenbelüftung
zeitverzögert wirksam wird. Die Gegenbelüftung
gewährleistet nach anfänglicher starker Beschleunigung
der Abtriebseinheit ein ausreichend starkes Abbremsen, um einen
harten Aufprall in der Endlage zu vermeiden bzw. die Wirksamkeit
einer eventuell in die Antriebsvorrichtung integrierten Endlagendämpfungsmaßnahme
zu gewährleisten.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Zur
Betätigung der beiden Steuerventileinrichtungen ist das
Antriebssystem zweckmäßigerweise mit geeigneten
Steuermitteln ausgestattet, um das Umschaltsignal zu generieren
und zu übertragen, letzteres entweder über Kabel
oder drahtlos. Die Steuermittel sind zweckmäßigerweise
von einer elektronischen Steuereinrichtung gebildet, insbesondere einer
sogenannten SPS, wie sie für den Betrieb elektro-pneumatischer
Antriebssysteme in der Regel sowieso eingesetzt wird und die bei
vielen Anwendern bereits vorhanden ist, so dass sie für
die Ansteuerung des erfindungsgemäßen Antriebssystems
mitgenutzt werden kann.
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Zweckmäßigerweise
unterscheiden sich die beiden Steuerventileinrichtungen in ihrer
Bauart. Vorzugsweise ist die erste Steuerventileinrichtung als 5/3-Wegeventil
ausgebildet und die zweite Steuerventileinrichtung als 3/2-Wegeventil.
Die erste Steuerventileinrichtung kann dann nicht nur die erste
Hubbewegung veranlassen, sondern auch den Rückhub im Rahmen
einer entgegengesetzt orientierten zweiten Hubbewegung. Sie fungiert
dann als Richtungssteuerventil zur Vorgabe der Bewegungsrichtung.
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Von
Vorteil ist es, wenn beide Steuerventileinrichtungen vom vorgesteuerten
Typ sind, also jeweils eine elektrisch betätigbare Vorsteuerventileinrichtung
enthalten, die auf der Basis des empfangenen elektrischen Umschaltsignals
ein fluidisches Stellsignal generieren, das letztlich das Umschalten der
Steuerventileinrichtung bewirkt. In einem solchen Fall kann man
beispielsweise über die gewählte Art der Zuführung
des fluidischen Stellsignals – beispielsweise unter Verwendung
verschiedener Drosselquerschnitte – oder auch durch Auswahl
unterschiedlich großer Betätigungsflächen
für das fluidische Stellsignal die Schaltzeiten wunschgemäß beeinflussen.
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Bevor
die beiden Steuerventileinrichtungen in die Belüftungsstellung
bzw. die Gegenbelüftungsstellung umgeschaltet werden, nehmen
sie zweckmäßigerweise eine als Bereitschaftsstel lung
bezeichenbare Schaltstellung ein. Diese gewährleistet eine
Entlüftung der zweiten Beaufschlagungskammer, so dass die
erste Hubbewegung bei vollständig entlüfteter
zweiter Beaufschlagungskammer beginnen kann. Die Zeitdauer, während
der die Bereitschaftsstellung einzuhalten ist, um die vollständige Entlüftung
zu gewährleisten, kann zuvor versuchstechnisch ermittelt
werden. Der ermittelte Wert wird dann im Rahmen einer zeitgesteuerten
Betätigung berücksichtigt und ermöglicht
die Einhaltung minimaler Taktfrequenzen für aufeinanderfolgende
erste und zweite Hubbewegungen.
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Damit
der Gegendruck nicht über Gebühr ansteigt, ist
in die den Bremsdruck liefernde Fluidleitung zweckmäßigerweise
ein Überdruckventil eingeschaltet, das bei einem zu starken
Druckanstieg ein Abblasen des Überdruckes ermöglicht.
Wird der Bremsdruck mittels eines Druckreglers bereitgestellt, der über
ausreichende Sekundärentlüftungsmaßnahmen verfügt,
kann auf ein gesondertes Überdruckventil verzichtet werden.
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Auch
der Arbeitsdruck wird zweckmäßigerweise mittels
eines Druckreglers in der gewünschten Höhe bereitgestellt.
Zweckmäßigerweise sind beide Druckregler eingangsseitig
mit einem gemeinsamen Einspeiseanschluss verbunden, so dass eine
gemeinsame Druckluftversorgung möglich ist.
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Um
die gewünscht hohe Verfahrgeschwindigkeit zu gewährleisten,
bedarf es der Bereitstellung einer ausreichend hohen Druckluftmenge.
Dies lässt sich am einfachsten durch einen zwischengeschalteten
Druckluftspeicher gewährleisten, der ein ausreichend hohes
Puffervolumen zur Verfügung stellt.
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Zweckmäßigerweise
erfolgt die Richtungssteuerung der Abtriebseinheit mittels der ersten Steuerventileinrichtung.
Sie enthält daher vorzugsweise zwei an jeweils eine der
beiden Beaufschlagungskammern angeschlossene Arbeitsanschlüsse sowie
einen Belüftungsanschluss zur Einspeisung des Arbeitsdruckes.
Darüber hinaus ist sie vorzugsweise mit zwei Entlüftungsanschlüssen
ausgestattet, von denen mindestens einer an den Arbeitsanschluss
der zweiten Steuerventileinrichtung angeschlossen ist, so dass über
diese hinweg eine Entlüftung durchführbar ist,
wenn die erste Steuerventileinrichtung die oben erwähnte
Bereitschaftsstellung einnimmt. Der zweite Entlüftungsanschluss
kann direkt zur Atmosphäre führen, wenn die zweite
Hubbewegung ohne Gegenbelüftung ausgeführt werden
soll. Ist jedoch auch hier eine Gegenbelüftung erwünscht, kann
der zweite Entlüftungsanschluss ebenfalls an eine zweite
Steuerventileinrichtung angeschlossen sein, so dass sich eine funktionell
spiegelbildliche Anordnung der Steuerventileinrichtungen ergibt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. Die einzige Figur (1) zeigt
das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Antriebssystems, das sich in vorteilhafter Weise für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.
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Das
insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete elektro-pneumatische
Antriebssystem enthält eine Antriebsvorrichtung 2,
die mit Druckluft betätigt wird. Prinzipiell könnte
das Antriebssystem noch weitere gleichartige oder andersartige Antriebsvorrichtungen beinhalten.
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Exemplarisch
ist die Antriebsvorrichtung 2 als Linearantrieb ausgeführt
und enthält ein Gehäuse 3, in dem der
Kolben 4 einer linear bewegbaren Abtriebseinheit 5 verschiebbar
aufgenommen ist. Die Abtriebseinheit 5 verfügt über
ein außerhalb des Gehäuses 3 zugängliches
Kraftabgabeteil 6, an dem sich ein zu bewegender Gegenstand 7 fixieren
lässt.
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Die
Antriebsvorrichtung 2 des Ausführungsbeispiels
ist als Pneumatikzylinder konzipiert, dessen Kraftabgabeteil 6 eine
Kolbenstange ist. Denkbar wäre allerdings auch eine kolbenstangenlose
Bauart.
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Der
Kolben 4 unterteilt den Innenraum des Gehäuses 3 unter
Abdichtung in eine rückseitige erste Beaufschlagungskammer 8 und
eine von dem Kraftabgabeteil 6 durchsetzte vordere, zweite
Beaufschlagungskammer 9.
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Durch
aufeinander abgestimmte Druckluftbeaufschlagung der beiden Beaufschlagungskammern 8, 9 lässt
sich die Abtriebseinheit 5 relativ zum Gehäuse 3 zu
wahlweise einer in der Zeichnung nach rechts gerichteten ersten
Hubbewegung 12 oder einer entgegengesetzten zweiten Hubbewegung 13 antreiben.
Hierbei verlagert sich die Abtriebseinheit 5 zwischen einer
beim Ausführungsbeispiel den eingefahrenen Zustand der
Abtriebseinheit 5 definierenden ersten Endlage und einer
zweiten Endlage. Die erste Endlage ist der Ausgangspunkt für
die erste Hubbewegung 12, die zweite Endlage ist der Ausgangspunkt
für die entgegengesetzte zweite Hubbewegung 13.
In der ersten Endlage besitzt das Volumen der ersten Beaufschlagungskammer 8 ein
Minimum, in der zweiten Endlage das Volumen der zweiten Beaufschlagungskammer 9.
Die Endlagen werden durch am Gehäuse 3 angeordnete
Anschlagmittel vorgegeben.
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Die
beiden Beaufschlagungskammern 8, 9 sind an zwei
Arbeitsanschlüsse 14, 15 einer ersten Steuerventileinrichtung 22 angeschlossen.
Letztere verfügt zweckmäßigerweise über
eine 5/3-Ventilfunktionalität, hat also fünf Fluidanschlüsse
und drei mögliche Schaltstellungen. Sie fungiert als Richtungs steuerventil
zur Steuerung der Bewegungsrichtung der Abtriebseinheit 5.
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Außer
den beiden Arbeitsanschlüssen 14, 15 enthält
die erste Steuerventileinrichtung 22 einen Belüftungsanschluss 16,
der über eine erste Speiseleitung 24 mit unter
einem bestimmten Arbeitsdruck stehender Druckluft versorgt wird.
Den Arbeitsdruck stellt ein erster Druckregler 26 bereit,
der eingangsseitig mit einem Einspeiseanschluss 28 verbunden ist,
an den eine unter einem Betriebsdruck stehende Druckluft liefernde
Druckluftquelle P anschließbar oder angeschlossen ist.
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Der
durch den ersten Druckregler 26 eingeregelte Arbeitsdruck
ist geringer als der zur Verfügung gestellte Betriebsdruck.
Beispielsweise beträgt er 7 bar, während der Betriebsdruck
bei 8 bar liegt.
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Als
weitere Fluidanschlüsse enthält die erste Steuerventileinrichtung 22 noch
einen ersten Entlüftungsanschluss 17 und einen
zweiten Entlüftungsanschluss 18. Während
der zweite Entlüftungsanschluss 18 vorzugsweise
direkt mit der Atmosphäre verbunden ist – exemplarisch
unter Zwischenschaltung eines Schalldämpfers – steht
der erste Entlüftungsanschluss 17 über
eine fluidische Verbindungsleitung 31 mit dem einzigen
Arbeitsanschluss 32 einer zweiten Steuerventileinrichtung 23 in Verbindung,
die beim Ausführungsbeispiel über eine 3/2-Ventilfunktionalität
verfügt.
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Die
zweite Steuerventileinrichtung 23 verfügt über
drei Fluidanschlüsse und zwei mögliche Schaltstellungen.
Zusätzlich zu dem Arbeitsanschluss 32 ist ein
Entlüftungsanschluss vorhanden, der zur besseren Unterscheidung
von den oben erwähnten Entlüftungsanschlüssen
als dritter Entlüftungsanschluss 33 bezeichnet
sei. Dazuhin ist die zweite Steuerventileinrichtung 23 mit
einem zur Einspeisung von Druckluft dienenden Anschluss versehen,
der aufgrund seines noch zu schildernden Verwendungszweckes als
Gegenbelüftungsanschluss 34 bezeichnet wird.
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Der
Gegenbelüftungsanschluss 34 wird über eine
zweite Speiseleitung 25 mit Druckluft versorgt, die unter
einem als Bremsdruck bezeichneten Fluiddruck steht. Der Bremsdruck
wird von einem bezüglich dem ersten Druckregler 26 eigenständigen
zweiten Druckregler 27 bereitgestellt, der eingangsseitig auch
mit dem Einspeiseanschluss 28 verbunden ist und folglich
mit unter dem Betriebsdruck stehender Druckluft versorgt wird.
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Vorzugsweise
ist also zur Fluidversorgung beider Druckregler 26, 27 ein
gemeinsamer Einspeiseanschluss 28 vorhanden, was den Anschlussaufwand
minimiert.
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Beide
Druckregler 26, 27 sind zweckmäßigerweise
mit Sekundärentlüftungsmitteln ausgestattet, so
dass sie prinzipiell in der Lage sind, auf einen Druckanstieg in
der zugeordneten Speiseleitung 24, 25 durch eine
Entlüftungsmaßnahme zu reagieren.
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Die
beiden Steuerventileinrichtungen 22, 23 sind elektrisch
betätigbar ausgebildet. Über schematisch angedeutete
elektrische Steuerleitungen 35, 36, 40 können
sie zu ihrer Betätigung mit elektrischen Umschaltsignalen
versorgt werden. Letztere werden von Steuermitteln 37 generiert,
die vorzugsweise in Form einer elektronischen Steuereinrichtung
realisiert sind, insbesondere einer sogenannten speicherprogrammierbaren
Steuerung (SPS). Die Steuermittel 37 können insbesondere
so ausgebildet sein, dass sie in der Lage sind, neben dem Antriebssystem 1 auch
noch andere Systeme und Komponenten anzusteuern.
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Im
elektrisch deaktivierten Zustand nimmt die zweite Steuerventileinrichtung 23 aufgrund
einer Federvorspannung die aus der Zeichnung ersichtliche Entlüftungsstellung
ein. In diesem Zustand ist der erste Entlüftungsanschluss 17 über
den dritten Entlüftungsanschluss 33 zur Atmosphäre
entlüftet. Letzteres kann wiederum unter Zwischenschaltung
eines Schalldämpfers geschehen.
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Für
den Betrieb des Antriebssystems 1 besonders relevant ist
der Umstand, dass die zweite Steuerventileinrichtung 23 aus
der Entlüftungsstellung in eine Gegenbelüftungsstellung
umschaltbar ist, in der die zweite Speiseleitung 25 über
den Gegenbelüftungsanschluss 34 und den Arbeitsanschluss 32 mit
dem ersten Entlüftungsanschluss 17 verbindbar
ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, durch die erste Steuerventileinrichtung 22 hindurch unter
dem Bremsdruck stehende Druckluft in die zweite Beaufschlagungskammer 9 einzuspeisen, wenn
die erste Steuerventileinrichtung 22 ihre Belüftungsstellung
einnimmt.
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Der
zweite Druckregler 27 ist so eingestellt, dass der Bremsdruck
niedriger ist als der Arbeitsdruck. Beim Ausführungsbeispiel
beträgt er etwa 4 bar.
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Zweckmäßigerweise
wird das Antriebssystem 1 nach dem folgenden Verfahren
betrieben.
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Ausgangspunkt
ist die im Folgenden auch als Bereitschaftsstellung bezeichnete
Mittelstellung der ersten Steuerventil einrichtung 22 bei
gleichzeitiger Entlüftungsstellung der zweiten Steuerventileinrichtung 23.
Diesen Zustand gibt die 1 wieder. Beide Steuerventileinrichtungen 22, 23 sind
hierbei elektrisch deaktiviert, wobei die Bereitschaftsstellung insbesondere
durch nicht weiter abgebildete mechanische Haltemittel gewährleistet
ist. Die Abtriebseinheit 5 nimmt die ganz nach links bewegte
erste Endlage ein.
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In
der Mittelstellung der ersten Steuerventileinrichtung 22 ist
die erste Speiseleitung 24 abgesperrt und die beiden Beaufschlagungskammern 8, 9 sind über
die beiden Arbeitsanschlüsse 14, 15 und die
mit diesen verbundenen ersten und zweiten Entlüftungsanschlüsse 17, 18 entlüftet.
Beide Beaufschlagungskammern 8, 9 sind folglich
drucklos. Prinzipiell kann jetzt die Abtriebseinheit 5 von
Hand mit leichtem Kraftaufwand beliebig hin und her verschoben werden.
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Nun
soll die Abtriebseinheit 5 mit hoher Geschwindigkeit aus
der ersten Endlage in die zweite Endlage verfahren werden. Hierzu
liefern die Steuermittel 37 über die beiden Steuerleitungen 35, 36 gleichzeitig
ein elektrisches Umschaltsignal an beide Steuerventileinrichtungen 22, 23.
Die Folge hiervon ist, dass die erste Steuerventileinrichtung 22 aus
der Bereitschaftsstellung nach rechts in eine als Belüftungsstellung
bezeichnete erste Schaltstellung umschaltet und dass die zweite
Steuerventileinrichtung 23 aus der Entlüftungsstellung
in die Gegenbelüftungsstellung umschaltet. In der Belüftungsstellung findet über
den Belüftungsanschluss 16 eine Belüftung
der ersten Beaufschlagungskammer 8 statt. Nach Beendigung
dieser beiden Umschaltvorgänge wird die erste Beaufschlagungskammer 8 mit
dem Arbeitsdruck und die zweite Beaufschlagungskammer 9 mit
dem Bremsdruck beaufschlagt.
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Allerdings
findet diese Druckbeaufschlagung zeitlich verzögert statt.
Dies resultiert aus der unterschiedlichen konstruktiven Ausgestaltung
der beiden Steuerventileinrichtungen 22, 23, die
zur Folge hat, dass die erste Steuerventileinrichtung 22 über
eine kürzere Umschaltzeit verfügt als die zweite
Steuerventileinrichtung 23, um ab Erhalt des elektrischen Umschaltsignals
in die betreffende Schaltstellung umzuschalten.
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Während
also die erste Steuerventileinrichtung 22 bereits in die
Belüftungsstellung umgeschaltet ist, findet das Umschalten
der zweiten Steuerventileinrichtung 23 in die Gegenbelüftungsstellung
diesbezüglich mit einer kleinen Zeitverzögerung
statt. Kurzzeitig erfolgt also weiterhin eine Entlüftung
der zweiten Beaufschlagungskammer 9 über den ersten Entlüftungsanschluss 17 und
die sich in der Entlüftungsstellung befindende zweite Steuerventileinrichtung 23.
Die Zeitverzögerung kann beispielsweise derart ausgeprägt
sein, dass sie ein Drittel der Gesamtzeit beträgt, die
die Abtriebseinheit 5 benötigt, um sich im Rahmen
der ersten Hubbewegung 12 von der ersten Endlage in die
zweite Endlage zu bewegen.
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Damit
wird erreicht, dass die Abtriebseinheit 5 während
der ersten Phase der ersten Hubbewegung 12 mangels Aufbau
eines Gegendruckes sehr stark beschleunigt wird, um dann im weiteren
Verlauf der ersten Hubbewegung 12 durch die Gegenbelüftung
mittels des Bremsdruckes derart allmählich abgebremst zu
werden, dass sie die zweite Endlage ohne nennenswerten Aufprall
erreicht oder zumindest mit einer Restenergie, die eine konventionelle pneumatische
Endlagendämpfungseinrichtung vollends abbauen kann, mit
der die Antriebsvorrichtung 2 vorzugsweise ebenfalls ausgestattet
ist.
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Die
für die unterschiedlichen Umschaltzeiten maßgeblichen
Unterschiede zwischen den beiderseitigen Steuerventileinrichtungen 22, 23 liegen
beim Ausführungsbeispiel unter anderem in den unterschiedlichen
Ventiltypen begründet, die über voneinander abweichende
interne Reibungswerte verfügen, so dass der Umschaltvorgang
der zweiten Steuerventileinrichtung 23 langsamer abläuft
als derjenige der ersten Steuerventileinrichtung 22. Allerdings wäre
es ohne weiteres denkbar, zusätzlich oder alternativ andere
Maßnahmen vorzusehen, die die unterschiedlichen Umschaltzeiten
hervorrufen. In Verbindung mit vorgesteuerten Steuerventileinrichtungen 22, 23 besteht
beispielsweise die Möglichkeit, die vom fluidischen Stellsignal
der elektrisch betätigbaren Vorsteuerventileinrichtung 42 beaufschlagbare Fläche
des Ventilgliedes der Hauptventile unterschiedlich groß auszuführen,
so dass bei gleichem Vorsteuerdruck voneinander abweichende Stellkräfte generiert
werden, die ein unterschiedlich schnelles Umschalten zur Folge haben.
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Für
das Erreichen der gewünschten hohen Geschwindigkeit der
Abtriebseinheit 5 ist es von Vorteil, wenn die Querschnitte
der Fluidkanäle möglichst groß gewählt
sind. Zweckmäßig ist es überdies, zur Bereitstellung
einer großen Luftmenge einen Druckluftspeicher 43 in
die den Arbeitsdruck liefernde erste Speiseleitung 24 einzuschalten.
Für übliche Anwendungen hat sich ein Puffervolumen
in einer Größenordnung von 10 Litern als ausreichend
erwiesen, so dass die Gesamtabmessungen des Antriebssystems moderat
gehalten werden können. Der Druckluftspeicher 43 verhindert
vor allem während der anfänglichen, einen sehr
hohen Luftbedarf aufweisenden Beschleunigungsphase das Auftreten
eines Druckabfalls in der ersten Beaufschlagungskammer 8.
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Da
das zeitlich versetzte Umschalten der beiden Steuerventileinrichtungen 22, 23 nicht
durch spezielle Sensormittel her vorgerufen werden muss, ist ein
einfacher Aufbau des Antriebssystems möglich, das sehr
zuverlässig arbeitet. Da der an die Steuermittel 37 gestellte
Anspruch lediglich darauf gerichtet ist, zwei zeitgleiche Umschaltsignale
zu generieren oder nur ein Umschaltsignal, das dann beiden Steuerventileinrichtungen 22, 33 aufgeschaltet wird,
stellt überdies der elektronische Aufbau der Steuermittel 37 keine
besonders hohen Anforderungen, was wiederum den Herstellungskosten
zugute kommt.
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Das
Erreichen der zweiten Endlage der Abtriebseinheit 5 wird
durch erste Positionssensormittel 38 detektiert und an
die Steuermittel 37 gemeldet. Es kann dann, je nach Anwendungsfall,
ein zeitweiliges Festhalten der zweiten Endlage oder eine sich unmittelbar
anschließende Rückfahrbewegung in die erste Endlage
hervorgerufen werden.
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Zum
Zurückfahren in die erste Endlage wird die erste Steuerventileinrichtung 22 durch
ein über die Steuerleitung 40 zugeführtes
Umschaltsignal der Steuermittel 37 aus der Belüftungsstellung
in eine im Folgenden als Rückfahrstellung bezeichnete dritte Schaltstellung
links von der Mittelstellung umgeschaltet, in der die erste Beaufschlagungskammer 8 entlüftet
und die zweite Beaufschlagungskammer 9 belüftet
wird. Dieses Umschalten geschieht vorzugsweise ohne in der Mittel stellung
einen Zwischenstopp einzulegen. Dies hat den Effekt, dass beim Überfahren
der Mittelstellung durch die erste Steuerventileinrichtung 22 beide
Beaufschlagungskammern 8, 9 zum Teil entlüftet
werden, wobei die in der ersten Beaufschlagungskammer 8 verbleibende
Druckluft ausreicht, um ein pneumatisches Abbremsen und mithin ein
sanftes Erreichen der ersten Endlage zu bewirken.
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Ab
dem Zeitpunkt, zu dem der Bremsdruck nicht mehr in der zweiten Beaufschlagungskammer 9 benötigt
wird, kann die zweite Steuerventileinrichtung 23 wieder
in die Entlüftungsstellung umgeschaltet werden. Dies wird
durch ein entsprechendes Umschaltsignal der Steuermittel 37 bewirkt,
insbesondere bei Erreichen der zweiten Endlage.
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Mit
dem Zurückkehren in die erste Endlage ist ein Arbeitszyklus
beendet. Das Erreichen der ersten Endlage ist durch zweite Positionssensormittel 39 detektierbar
und wird an die Steuermittel 37 gemeldet wird.
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Bevor
nach Beendigung eines Arbeitszyklus erneut die erste Hubbewegung 12 ausgelöst
wird, empfiehlt sich ein vollständiges Entlüften
der zweiten Beaufschlagungskammer 9. Eine bevorzugte Betriebsweise
sieht daher vor, dass die erste Steuerventileinrichtung 22 vor
dem neuerlichen Auslösen der ers ten Hubbewegung 12 für
einen gewissen Zeitraum in der Bereitschaftsstellung gehalten wird,
wobei dann gleichzeitig die zweite Steuerventileinrichtung 23 die
Endlüftungsstellung einnimmt. Dadurch kann sich die zweite
Beaufschlagungskammer 9 vollständig entleeren
und die erste Hubbewegung 12 beginnt bei vollständig
entlüfteter zweiter Beaufschlagungskammer 9. Durch
eine Zeitüberwachung und/oder Zeitsteuerung kann während
eines fortlaufenden zyklischen Betriebes gewährleistet
werden, dass die Bereitschaftsstellung während einer ausreichend
langen Zeitspanne beibehalten wird. Letztere kann zuvor versuchsweise
ermittelt werden und lässt sich in den Steuermitteln 37 als
Referenzwert abspeichern.
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Zweckmäßigerweise
sind Maßnahmen getroffen, die verhindern, dass der Bremsdruck
nennenswert über den durch den zweiten Regler 27 vorgegebenen
Wert ansteigt. Dies kann durch die Sekundärentlüftungsmittel
des zweiten Druckreglers 27 gewährleistet werden,
wenn diese über einen ausreichend großen Abströmquerschnitt
verfügen. Alternativ oder zusätzlich besteht aber
auch die vorteilhafte Möglichkeit, in die den Bremsdruck
liefernde zweite Speiseleitung 25 ein von dem zweiten Druckregler 27 unabhängiges Überdruckventil 44 einzuschalten,
das den Bremsdruck auf dem gewünschten Niveau hält. Die
zweite Steuerventileinrichtung 23 kann hierbei unverändert
in der Gegenbelüftungsstellung verbleiben.
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Während
sich die Hochgeschwindigkeitsphase beim Ausführungsbeispiel
auf die erste Hubbewegung 12 beschränkt, besteht
selbstverständlich die Möglichkeit, eine vergleichbare
Hochgeschwindigkeitsphase auch bei der zweiten Hubbewegung 13 zu
realisieren. Hierzu ist es ausreichend, den zweiten Entlüftungsanschluss 18 in
gleicher Weise wie den ersten Entlüftungsanschluss 17 zu
verschalten, d. h. unter anderem an eine weitere zweite Steuerventileinrichtung 23 anzuschließen,
die ebenfalls einen Bremsdruck zuführen oder eine Entlüftung
vornehmen kann, wie dies auf die erste Steuerventileinrichtung 22 zutrifft.
Die beiden zweiten Steuerventileinrichtungen 23 werden
dann abwechselnd gleichzeitig mit der ersten Steuerventileinrichtung 22 mit
einem Umschaltsignal versorgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005060530
A1 [0002]