EP4414562A1 - Pneumatikvorrichtung mit einem beweglich gelagerten kolben - Google Patents

Pneumatikvorrichtung mit einem beweglich gelagerten kolben Download PDF

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EP4414562A1
EP4414562A1 EP23155813.1A EP23155813A EP4414562A1 EP 4414562 A1 EP4414562 A1 EP 4414562A1 EP 23155813 A EP23155813 A EP 23155813A EP 4414562 A1 EP4414562 A1 EP 4414562A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
line
chamber
valve arrangement
pneumatic
chambers
Prior art date
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Pending
Application number
EP23155813.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fabian BACHMANN
Michael Schmid
Benedikt Heigenhauser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Afag Holding AG
Original Assignee
Afag Holding AG
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Filing date
Publication date
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Priority to US18/436,401 priority patent/US12359682B2/en
Priority to CA3228814A priority patent/CA3228814A1/en
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    • F15B2211/885—Control specific to the type of fluid, e.g. specific to magnetorheological fluid
    • F15B2211/8855—Compressible fluids, e.g. specific to pneumatics

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic device with a pneumatic cylinder and a piston movably mounted in the pneumatic cylinder, by means of which an interior of the pneumatic cylinder is divided into two chambers, wherein the chambers are connected to a line network of the pneumatic device comprising a valve arrangement, wherein the line network is designed to connect the respective chamber to an outflow opening or at least one respective selected one of a plurality of outflow openings of the pneumatic device in several operating states of the valve arrangement serving to vent the respective chamber and to separate it from the outflow opening or all outflow openings in at least one further operating state of the valve arrangement, wherein a control device of the pneumatic device is designed to set the operating state of the valve arrangement.
  • Pneumatic actuators in which a piston is moved in a pneumatic cylinder by applying pressure to various chambers of the pneumatic cylinder, are used in a wide range of applications. What is typically desired here is a rapid movement of the piston to a certain target position, at which braking should take place with as little jerking or impact as possible.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a pneumatic actuator or a pneumatic device which is improved in comparison, in particular with regard to use in different usage situations or with different loads.
  • a pneumatic device of the type mentioned at the outset wherein the line network is designed such that in at least three of the operating states serving to ventilate the respective chamber, the connection of the respective chamber to the outflow opening or the respective selected outflow opening takes place with mutually different flow resistances.
  • the flow resistance that exists when air or other gases flow out of the respective chamber means that a movement of the piston in the direction that reduces the volume of the respective chamber is slowed down.
  • the design of the line network according to the invention thus makes it possible for the speed of the gas flowing out of the respective chamber and thus the strength of the piston braking to be adjustable in several stages or even quasi-continuously. However, this enables a much more precise control of the piston position or the piston movement than the use of a fixed flow resistance for venting.
  • a damping throttle with a pressure-dependent flow cross-section as described for example in the above-mentioned publication EN 10 2010 032 750 A1 is used, the flow resistance can be adjusted largely independently of the current position or movement of the piston.
  • Different flow resistances are to be understood in this case as meaning that, at the same pressure in the chamber and in the area of the outlet opening, less gas will exit the chamber if the flow resistance is higher, and vice versa.
  • the flow resistance can be defined for a given pressure ratio as the quotient of the pressure difference between the chamber and the area of the outlet opening on the one hand and the volume flow on the other.
  • the connection of the respective chamber to the outlet opening or the respective at least one selected outlet opening with different flow resistances can also be understood as meaning that the line network is designed in such a way that, at a given pressure in the chamber and in the area of the outlet opening or the respective selected outlet opening, in the at least three operating states, different volumes of gas or air per unit of time, for example per second, flow out of the chamber.
  • exactly two line branches can be used, which have different flow resistances from one another.
  • This makes it possible to create three operating states with different flow resistances: firstly, only the shut-off valve of the line branch with the highest flow resistance is opened, secondly, only the shut-off valve of the line branch with the lower flow resistance is opened, and thirdly, the shut-off valves of both line branches are opened. This makes it possible to reduce the flow resistance in three stages, with ventilation of the respective chamber being possible in all of these operating states via the exhaust air line and at least one of the line branches.
  • a bypass line which, as will be explained later, is permanently connected to the exhaust air line and the outflow line and preferably has a relatively high flow resistance
  • three operating states for venting the respective chamber can be implemented with just two line branches with an integrated shut-off valve, even if they have the same flow resistance when the respective shut-off valve is open or when the respective line branch is released.
  • a first operating state only the bypass line can be used for venting by closing the shut-off valves of both line branches.
  • one of the shut-off valves can be opened and in a third operating state, both shut-off valves.
  • the flow resistance between the chamber and the outflow opening or openings can be changed step by step in three stages.
  • a bypass line can be dispensed with and three line branches can be used, each of which has a shut-off valve and which, in the released state, have the same can have flow resistances.
  • three operating states of the valve arrangement can be set, for which different flow resistances result when the respective chamber is vented.
  • additional line branches can be added to the above embodiments or, instead of line branches with the same flow resistance, line branches with different flow resistances can be used in order to achieve different flow resistances even with the same number of released line branches.
  • the line branches can have different flow resistances from one another. Compared to the use of line branches with the same flow resistances, the number of adjustable total flow resistances is increased with suitable control. Even without using a bypass line, three operating states with different flow resistances for venting the respective chamber can be provided with just two of the line branches, as explained above. With three such line branches with different flow resistances, the number of adjustable flow resistances increases to seven. By using a bypass line, the number of adjustable flow resistances or operating modes for venting the respective chamber can be increased by 1 each, since an operating state can then be used for venting in which all line branches are blocked and venting therefore takes place exclusively via the bypass line.
  • An orifice plate and/or a throttle can be arranged in at least one of the line branches or in all line branches.
  • an orifice plate or a throttle plate By using an orifice plate or a throttle plate, the flow resistance of the the respective line branch can be adapted with little effort.
  • the orifice or throttle of at least one of the line branches can also be exchangeable in order to be able to adapt the pneumatic device to different requirements.
  • the throttle and/or orifice arranged in a first of the line branches can have a flow cross-section that differs from the flow cross-section of the orifice and/or throttle arranged in a second of the line branches. This makes it possible to achieve different flow resistances for the line branches using simple means.
  • At least one of the orifices and/or throttles can have an adjustable flow cross-section. This can further improve the adaptability of the pneumatic device to different requirements.
  • the flow cross-section can be adjusted manually, but also by an actuator of the pneumatic device. If actuator adjustment is used, the actuator can be controlled by the control device, for example, in order to automatically adapt the pneumatic device to different operating conditions. Additionally or alternatively, the adjustment of the flow cross-section can also be used to provide further operating states with different flow resistances for venting a respective chamber.
  • pneumatic cylinder with the piston mounted therein and at least that part of the line network that includes the valve arrangement into a pneumatic module.
  • This can preferably also include a sensor system (explained later) and/or the control device for controlling the valve arrangement.
  • Such a pneumatic module can also include the above-mentioned throttles or orifices or the complete line branches.
  • a proportional valve for dynamic adjustment of the flow resistance can also be integrated into the pneumatic module. be integrated. The use of a proportional valve will be explained later.
  • the pneumatic module can, for example, only have one connection for compressed air and one connection for exhaust air or for a silencer as pneumatic connections, which can also be integrated optionally.
  • it can include connections for control signals, for example for trigger signals for work cycles, piston positions or similar.
  • the pneumatic device can advantageously comprise a pneumatic module which forms at least the pneumatic cylinder, the piston and that part of the line network which comprises the exhaust air line and the valve arrangement, wherein the pneumatic module has a respective exhaust air connection for several of the or all of the line branches, via which a respective section of the respective line branch formed separately from the pneumatic module is connected to the pneumatic module, wherein the section formed separately from the pneumatic module comprises the throttle and/or orifice of the respective line branch.
  • the pneumatic module can remain unchanged for a large number of applications and the flow resistances can be adjusted by the components external to the module.
  • the outflow line or opening can also be implemented externally to the module.
  • air flowing out of the respective chamber can finally leave the module via the respective exhaust air connection.
  • This can be useful, for example, to recirculate the air discharged via the line branches via an internal module To lead the outlet line to an outlet opening on the module side and/or to use a silencer integrated in the pneumatic module for the air discharged via all line branches.
  • the valve arrangement can selectively connect the individual exhaust air connections to the exhaust air line or the respective chamber, so that different flow resistances for the air discharge can be set by selecting the released exhaust air connection or the number of released exhaust air connections or the combination of released exhaust air connections.
  • the pneumatic module can also have a supply air connection, whereby the respective chamber can be selectively connected to the supply air connection or the exhaust air line by means of a partial arrangement of the valve arrangement or a directional control valve.
  • a first of the chambers can be connected to the exhaust air line in all operating states used to ventilate the first chamber, wherein one of the line branches on the side facing away from the exhaust air line of the shut-off valve arranged in this line branch or the directional valve that serves to selectively connect the exhaust air line to the various line branches is connected to the second chamber in all operating states used to ventilate the second of the chambers.
  • this line branch can have a throttle or orifice beyond the connection to the second chamber, which in particular has a relatively small flow cross-section or by means of which a bypass line for the second chamber is implemented.
  • the described connection of the line branch with the second chamber can be used for several functions of the pneumatic device.
  • a rapid pressure equalization can be achieved. between the chambers, especially if the flow resistance on this path is low.
  • the shut-off valve in this line branch or a directional control valve that potentially connects this line branch to the first chamber can therefore also be considered as a short-circuit valve for short-circuiting or pressure equalization between the chambers.
  • this line branch can be used, on the one hand, to further reduce the flow resistance for venting the first chamber by opening or connecting it, thereby providing at least one additional selectable flow resistance for venting the first chamber.
  • the line branch makes it possible, in operating states that serve to vent the second chamber, to vent it via the line branch, the exhaust air line and other line branches connected to it or the bypass line for the first chamber, so that the flow resistance for venting the second chamber can also be varied, even if it is only connected to the exhaust air line via the shut-off valve of the line branch explained.
  • a first sub-arrangement of the valve arrangement is designed to connect the or an exhaust air line of the line network in a first group of operating states of the valve arrangement to a first of the chambers and in a second group of operating states of the valve arrangement to the second of the chambers, wherein a second sub-arrangement of the valve arrangement connects the exhaust air line to the outflow opening or at least one of the outflow openings at least in parts of the operating states used to vent one of the chambers.
  • a common exhaust air line can be used for optional venting of both chambers, wherein a flow resistance between this exhaust air line and the outflow opening or the at least one outflow opening used in each case can be adjusted via the second sub-arrangement.
  • the second sub-arrangement of the valve arrangement which in particular, as explained above, can release different line branches or connect them to the exhaust air line or the or a respective outflow line, can be used to adjust the flow resistance when venting both chambers.
  • the first group of operating states can be used in particular to pressurize the second chamber and to vent the first chamber, i.e. to accelerate the piston in the direction of the first chamber or to brake a movement of the piston in the direction of the second chamber.
  • the second group of operating states can then be used conversely to pressurize the first chamber and to vent the second chamber.
  • both chambers can be pressurized or separated from both an air supply and the outflow openings in order to keep the air quantities in both chambers essentially the same. This can be useful, for example, to hold a piston in a certain position.
  • the respective chamber is not connected to the outflow opening via the valve arrangement in order to enable outflow, but that such outflow in this operating state takes place exclusively via a bypass line, which, for example, permanently connects the exhaust air line with a relatively high flow resistance to the outflow opening.
  • a bypass line which, for example, permanently connects the exhaust air line with a relatively high flow resistance to the outflow opening.
  • such a bypass channel can also be dispensed with, so that the connection between the exhaust air line and the outflow opening or openings always takes place via the second sub-arrangement of the valve arrangement.
  • the or an exhaust air line of the line network which is connected to the respective chamber at least in the operating states used to ventilate the respective chamber, can be permanently connected to the outflow opening or at least one of the outflow openings via at least one bypass line, regardless of the operating state of the valve arrangement.
  • the number of possible adjustable flow resistances can be further increased with an otherwise identical design, since an operating state is made possible in which ventilation takes place exclusively via the bypass line. For example, at least 90% of the air escaping from the chamber can be discharged via the bypass line in this operating state. The rest of the air discharged from the chamber can escape via leaks, for example.
  • the chambers can each be connected to the line network via exactly one chamber connection, wherein the valve arrangement can be designed such that the or a first sub-arrangement of the valve arrangement separates the respective chamber connection from the outflow opening or all outflow openings, and in particular from the exhaust air line, in at least one operating state serving to pressurize the respective chamber and connects it to a compressed air connection and/or a compressed air source of the pneumatic device.
  • the first sub-arrangement can optionally connect the respective chamber to the compressed air connection or the compressed air source and the exhaust air line.
  • the first sub-arrangement in at least one operating state of the valve arrangement, can separate the respective chamber from both the compressed air connection or the compressed air source and the exhaust air line and/or connect the two chambers of the pneumatic cylinder to one another.
  • a second sub-arrangement of the valve arrangement can adjust the flow resistance between the exhaust air line and the at least one outflow opening.
  • the first sub-arrangement can, for example, comprise a 3/2-way valve per chamber, which connects the respective chamber in a first position to a compressed air line or the compressed air connection or the compressed air source and in a second position to the exhaust air line.
  • the first sub-arrangement can also be formed by a single directional valve that has connections at least for the first and second chambers, a compressed air line or the compressed air connection or a compressed air source and the exhaust air line.
  • a directional valve with four connections can be used, but depending on the specific design of the pneumatic device, it can also be advantageous to use five or more connections.
  • Such a common directional valve should have at least two switching states, namely a first switching state that pressurizes the first chamber and connects the second chamber to the exhaust air line and a second switching state that reverses this connection.
  • at least one blocking middle position is provided and/or optionally another switching state that connects the chambers directly via the directional valve.
  • a 4/3 or 5/3 directional valve can be used as a common directional valve.
  • the second sub-arrangement can, as explained above, be used to guide the exhaust air selectively through several pipe branches. It can control the shut-off valves explained above for blocking the line branches or a directional valve for selectively connecting the line branches to the exhaust air line or the or a respective outflow opening.
  • the second sub-arrangement can comprise a proportional valve which enables a quasi-continuous adjustment of the flow resistance between the exhaust air line and the at least one outflow opening.
  • the first partial arrangement of the valve arrangement can be designed to connect a pressurization line of the pneumatic device, which is connected to the compressed air connection and/or the pressure source, in the or a second group of operating states of the valve arrangement to the or a first of the chambers and in the or a first group of operating states of the valve arrangement to the second of the chambers. Both chambers can thus be fed from a common pressure source or via a common compressed air connection. In a third group of operating states, both chambers can optionally be separated from the pressurization line.
  • the first group in particular comprises at least parts of the operating states that serve to vent the second chamber and vice versa.
  • the valve arrangement can be designed such that, when the valve arrangement is de-energized, a selected one of the chambers is connected to the or a pressure source and/or the or a compressed air connection of the pneumatic device and the other of the chambers is connected to the outflow opening or at least one of the outflow openings, wherein in particular the connection between the other chamber and the outflow opening takes place in that of the operating states used to vent this chamber in which the highest flow resistance for the venting results.
  • the design described above allows a defined end position to be assumed when the pneumatic device is switched off or in the event of a power failure, as long as the compressed air supply is ensured.
  • This can be used, for example, to position components of a machine in a defined position. Since the adjustment to the defined end position is uncontrolled, the adjustment should be carried out slowly and with low acceleration, whereby the above-mentioned setting of the maximum flow resistance can be advantageous for the venting.
  • a 3/2-way valve can be used to connect the respective chamber to the pressurization line and exhaust air line, whereby a directional control valve that is open when there is no power is used for one chamber and a directional control valve that is closed when there is no power is used for one chamber, or the connections of the valves are assigned in such a way that the behavior explained above results.
  • the behavior explained above can be realized, for example, by using several line branches with respective shut-off valves and, in addition, a bypass line, as explained above, whereby valves that are closed when de-energized are used as shut-off valves, so that in the event of a power cut or a power failure, venting takes place exclusively via the bypass line.
  • the pneumatic device comprises at least one sensor which is designed to detect sensor data relating to the position of the piston relative to the pneumatic cylinder and/or to the orientation of the piston and/or the pneumatic cylinder in space and/or to the pressure in at least one of the chambers, wherein the control device is designed to adjust the operating state of the valve arrangement depending on the sensor data.
  • the position sensor can detect when a stop is reached or, preferably, approached, and the piston movement can be braked in good time without jerking.
  • different operating states of the valve arrangement can be used to set different accelerations of the piston in the two directions of movement, so that in order to control or regulate the movement, for example, accelerations can be increased or reduced as required, or it can be changed from acceleration to braking and vice versa, or the direction of movement of the piston can be changed by suitable acceleration.
  • the detection of the orientation of the piston or the pneumatic cylinder in space is advantageous because, depending on the orientation of these components in space, gravity has a different influence on the movement of the piston and, for example, in the case of a fixed orientation, leads to a constant additional acceleration of the piston, which can be adjusted by appropriate control of the valve arrangement or setting of a suitable pressure difference can be compensated. Taking the orientation into account is particularly useful if the orientation of the pneumatic cylinder or piston in space changes over time, for example if the pneumatic device is used in a machine in which it is pivoted or similar.
  • Movement sequences of the piston can be defined in the control device itself and certain movement sequences can be triggered, for example, by external control signals.
  • signals can be received via a control input, upon receipt of which certain positions are approached or a change is made between two positions where stops may be present.
  • Control signals can be received via any interface, for example via I/O-Link ® , a serial interface, a network protocol, a field bus or similar.
  • a complete movement sequence is defined for a certain movement and the control device controls the valve arrangement in such a way that the deviation from the predetermined movement sequence is minimized.
  • the control device can be designed to control the valve arrangement when a recuperation condition dependent on the sensor data is met in such a way that the chamber whose volume is currently being reduced by the movement of the piston is connected to the or a pressure source in order to Compressed air is fed back into the pressure source. If, for example, a relatively strong braking of the piston is required and the piston or a mass moved by it has a high inertia, the compression of the gas in the reduced chamber when the piston is braked leads to a high energy input. The gas can be compressed to a higher pressure than the pressure of the pressure source and the energy input can thus be used to feed gas back into a pressure accumulator and thus increase the efficiency of the pneumatic device.
  • the respective chamber can be connected to the outflow opening or to at least one of the outflow openings via a proportional valve in several or all of the operating states used to vent this chamber, the degree of opening of the proportional valve being different from one another in these operating states.
  • the degree of opening and thus also the flow resistance of the proportional valve can be changed in at least three stages or quasi-continuously.
  • the proportional valve can thus be sufficient on its own or in conjunction with a bypass line to provide the at least three different flow resistances.
  • a proportional valve with other discussed approaches, for example with the selective opening or connection of line branches, to adjust the flow resistance, so that a rough adjustment of the flow resistance can be achieved, for example, by switching blocking or directional valves, while the proportional valve can be used to fine-tune the flow resistance.
  • Fig.1 shows a pneumatic device 1 with a pneumatic cylinder 5 and a piston 6 movably mounted in the pneumatic cylinder 5, through which an interior of the pneumatic cylinder 5 is divided into two chambers 7, 8.
  • the chambers 7, 8 are connected to a line network 10 via a single respective chamber connection 37, 38, which on the one hand enables the chambers 7, 8 to be pressurized via a compressed air connection 31 or a pressure source 39 of the pneumatic device 1 and on the other hand allows the respective chamber 7, 8 to be vented via the outflow openings 11 to 13.
  • the line network 10 comprises a valve arrangement 9.
  • this serves to connect the respective chamber 7, 8 to the pressure source 39 and to separate it from the outflow openings 11 to 13 in a respective operating mode of the valve arrangement 9, which serves to pressurize the respective chambers 7, 8.
  • the valve arrangement 9 serves to connect the respective chamber to at least one of the outflow openings 11 to 13 in several operating states of the valve arrangement 9, each used to vent the respective chamber 7, 8.
  • the control device 14 controls the respective actuator 51 of the shut-off valves 20, 21 or directional valves 47, 48 of the valve arrangement 9.
  • the line network 10 is designed in such a way that in different operating states, in the example in different switching states of the Shut-off valves 20, 21 for a respective chamber to be vented, which in the example is connected to the exhaust air line 15 via the respective directional valve 47, 48, result in different flow resistances for the air to flow out to one or more of the outflow openings 11 to 13.
  • the amount of air or gas escaping from the respective chamber 7, 8 per unit time differs in the various operating states at a given pressure in the respective chamber 7, 8 to be vented and in the area of the outflow openings 11 to 13.
  • the piston can be accelerated to varying degrees when pressurizing the chamber that is not to be vented, depending on which operating state and thus which flow resistance is selected by the control device 14. Accordingly, by selecting a suitable flow resistance during venting, the piston can also be braked to varying degrees after the end of the pressurization of the other chamber, for example in order to avoid a hard impact and thus a jerky stop of the piston 6.
  • the different flow resistances are realized in that the exhaust air line 15 is connected to the outflow openings 11, 12 via two line branches 16, 17, which have a respective shut-off valve 20, 21, and is additionally permanently connected to the outflow opening 13 via a bypass line 23.
  • shut-off valves 20, 21 In the shown switching position of the shut-off valves 20, 21, which is also assumed when the pneumatic device 1 or the valve arrangement 9 is de-energized, only the chamber 8 is connected to the exhaust air line 15. Since the shut-off valves 20, 21 are switched to a shut-off position, the air or the gas can only flow out of the chamber 8 via the bypass line 23 and the outlet opening 13.
  • the bypass line 23 has a high flow resistance, which can be realized, for example, by using a suitable orifice 26 with a small flow cross-section. This means that the gas contained in chamber 8 can only escape very slowly.
  • the chamber 7 is also pressurized via the directional control valve 48, the piston 6 in the example is moved in the power-off state up to a stop on the left in the picture, i.e. up to the minimum expansion of the chamber 8, whereby due to the high flow resistance of the bypass line 23, not too high speeds are reached, which is typically advantageous in an uncontrolled process in the power-off state.
  • the power-off state corresponds to a usable operating state for venting the chamber 8 even when the pneumatic device 1 is energized.
  • the line branches 16, 17 can have approximately the same flow resistance when the shut-off valve 20, 21 is open, for example if the same orifices 24, 25 or throttles are used to limit the flow in both line branches 16, 17. If this is the case, three operating states with different flow resistances can be provided for venting the respective chamber 7, 8.
  • the minimum flow resistance is achieved when both line branches 16, 17 are released by opening both shut-off valves 20, 21.
  • a medium flow resistance is achieved when only one of the line branches 16, 17 is released by only one of the shut-off valves 20, 21 being released by controlling the respective actuator 51.
  • the maximum flow resistance is achieved by closing both shut-off valves 20, 21.
  • the movement of the piston 6 is controlled by the control device 14, which specifies a switching state of the directional control valves 47, 48 or the shut-off valves 20, 21 depending on the operating state.
  • the different operating states lead to accelerations of the piston 6 in different directions or with different strengths or can also lead to a holding of a piston position 6.
  • the movement of the piston 6 can be controlled according to a fixed pattern or, for example, trigger signals for a position change or specific target positions can be provided by an external device.
  • a sensor 41 In the example, this is done by the piston 6 having a magnetic coding 45, which can be detected using a magnetic field sensor 41, for example a Hall sensor.
  • control device can also take into account a speed and/or acceleration of the piston 6 determined from the sensor data.
  • a speed and/or acceleration of the piston 6 determined from the sensor data.
  • an acceleration of the piston 6 can be reduced or it can be braked significantly by increasing the flow resistance for gas flowing out of the chamber 7 or 8 to be reduced by closing one or both shut-off valves 20, 21.
  • the design shown can be implemented particularly easily by designing the line branches 16, 17 in such a way that they have different flow resistances when the shut-off valve 20, 21 is open. This can be achieved, for example, by using throttles or orifices 24, 25 in the line branches 16, 17, which have different flow cross-sections. In addition or as an alternative, it is also possible to provide an orifice 24, 25 or throttle in at least one of the line branches 16, 17, the flow cross-section of which is adjustable.
  • valve arrangement 9 While in the pneumatic device 1, different operating states of the valve arrangement 9 can be set as required by the control device 14, in which different flow resistances result for the venting of a respective chamber 7, 8, it can be expedient to use different maximum or minimum flow resistances in different applications or to adapt the flow resistances for intermediate stages.
  • the sections 32, 33 of the line branches 16, 17 or the section 34 of the bypass line 23, in each of which the orifice 24 - 26 dominating the flow resistance is arranged are designed as separate modules, as are attached to a respective exhaust air connection 28, 29 of a pneumatic module 27, which comprises the pneumatic cylinder 5 with the piston 6 and that part of the line network 10 which comprises the valve arrangement 9.
  • the orifices 24 to 26 or the sections 32 - 34 of the line branches 16, 17 comprising them are easily exchangeable or different orifices 24 - 26 and/or throttles and/or modules comprising corresponding line sections 32 - 34 can be used to adapt the pneumatic module 27 to different requirements.
  • the valve arrangement 9 comprises two sub-assemblies 35, 36.
  • the first sub-assembly 35 serves to Fig.1
  • the chamber 8 is connected to the exhaust air line 15 and thus at least to the outflow opening 13 and, depending on the switching state of the second sub-arrangement 36, optionally also to the outflow openings 11 and 12, while the chamber 7 is connected to the pressure source 39.
  • the chamber 8 can be connected to the pressure source 39 and the chamber 7 to the exhaust air line 15 and thus, as explained, to the outflow openings 11 - 13.
  • an operating state can also be used in which, starting from the state shown in Fig.1 shown switching position by switching only the directional control valve 48 both chambers 7, 8 with the exhaust air line 15 which enables rapid pressure equalization between the chambers 7, 8, whereby the piston 6 is approximately freely movable.
  • the control device when a recuperation condition dependent on the sensor data from sensors 41 - 44 is met, connects the chamber 7, 8, the volume of which is reduced by the instantaneous movement of the piston 6, to the pressure source 39 by controlling the directional valves 47, 48 of the first sub-arrangement 35.
  • This is particularly useful if the pressure in the reduced chamber, which can be detected directly via the sensor 41 or 43, for example, is above the pressure of the pressure source, since in this case gas can be fed back into the pressure source, whereby the efficiency of the pneumatic device 1 can be further increased.
  • Fig.2 shows a pneumatic device 2 which is largely similar to that in Fig.1 shown pneumatic device 1, but modified in some points, which are explained in more detail below.
  • a first difference is that the first sub-assembly 35 for selectively connecting the respective chamber 7, 8 with the pressurization line 40 or the exhaust air line 15 instead of through the two Fig.1 used directional valves 47, 48 is formed by a common directional valve 49.
  • a 4/3-way valve with a locked middle position is used.
  • the line branches 16, 17 and the bypass line 23 after the respective orifice 24, 25, 26 are connected in a common outlet line 18 brought together, whereby only one outflow opening 11 is required for the entire pneumatic device 2.
  • the outflow opening 11 is provided with a silencer 50, since in this case the installation space requirement of the pneumatic device 2 can be reduced by using a common silencer for both line branches 16, 17 and the bypass line 23.
  • a common outlet line 18 is provided for in the Fig.2 shown embodiment, since the orifices 24 - 26 are not formed outside of a pneumatic module 27 as separate components or as part of separate modules, as is the case in Fig.1 was the case. If such a modular structure is to be used, a common outflow line 18 could still be used, for example by connecting the sections 32 - 34 of the line branches 16, 17 or the bypass line 23 after passing through the respective orifice 24 - 26 in a modification of the Fig.1 shown embodiment would be led back into the pneumatic module 27 and there merged into a common outflow line.
  • Fig.3 shows a pneumatic module 52 which is in the Fig.1 used embodiment instead of the pneumatic module 27.
  • the pneumatic module 52 differs from the one in Fig.1 used pneumatic module 27 in that a 3/3-way valve is used as the second sub-arrangement 36 of the valve arrangement 9, through which both line branches 16, 17 are optionally separated from the exhaust air line 15 or one of the line branches 16, 17 is connected to the exhaust air line 15.
  • a 3/3-way valve is used as the second sub-arrangement 36 of the valve arrangement 9, through which both line branches 16, 17 are optionally separated from the exhaust air line 15 or one of the line branches 16, 17 is connected to the exhaust air line 15.
  • the Fig.3 The embodiment shown could be modified, for example, by connecting both line branches 16, 17 to the exhaust air line 15 in one of the switching states of the directional control valve 22.
  • This switching state can replace one of the switching states in which only one of the line branches 16, 17 is connected to the exhaust air line 15, or it can be an additional switching state in order to increase the possible number of flow resistances that can be provided.
  • the Fig.4 The pneumatic device 3 shown corresponds largely to the one in Fig 2 shown pneumatic device 2, whereby for the first sub-arrangement 35 the already mentioned with reference to Fig.1 Instead of using two pipe branches 16, 17 with a respective shut-off valve 20, 21, Fig.4 However, only a single line branch is used, the flow resistance of which can be adjusted by a proportional valve 46.
  • the control device 14 is designed to set at least three different positions of the proportional valve 46 in order to set at least three different flow resistances for gas to be discharged from a respective chamber 7, 8.
  • the Fig.5 The pneumatic device 4 shown differs from that in Fig.2 shown pneumatic device 2 on the one hand in that the first sub-arrangement 35 of the valve arrangement 9 is implemented via two directional valves 47, 48 instead of a single directional valve 49, as already described with reference to Fig.1
  • the chamber 8 is connected to the outlet opening 11 in a different way, as will be explained in more detail below:
  • Chamber 7 is, as already mentioned, Fig.1 or Fig.2 explained, in all operating states of the valve arrangement 9 serving to ventilate the chamber 7, the exhaust air line 15 is connected to the exhaust air line 15 on the one hand permanently via the bypass line 23 and on the other hand switchably via the line branches 16, 17 to the outlet opening 11.
  • the chamber 8 is connected to the side of the directional control valve 21 facing away from the exhaust air line 15. If the directional control valve 21 is thus in the closed state, as in Fig.5 As shown, the chamber 8 is vented exclusively via the orifice plate 24 or the rear section of the line branch 17.
  • the chamber 8 is additionally connected to the exhaust air line 15 and thus at least via the bypass line 23 and, with additional actuation of the shut-off valve 20, via the line branch 16 to the outlet opening 11.
  • three different flow resistances for venting the respective chamber 7, 8 can be provided if the flow resistances of the line branches 16, 17 or the orifices 24, 25 are the same, or even four different flow resistances if the flow resistances of the line branches 16, 17 or the orifices 24, 25 are different.

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Abstract

Pneumatikvorrichtung mit einem Pneumatikzylinder (5) und einem in dem Pneumatikzylinder (5) beweglich gelagerten Kolben (6), durch den ein Innenraum des Pneumatikzylinders (5) in zwei Kammer (7, 8) unterteilt ist, wobei die Kammern (7, 8) mit einem eine Ventilanordnung (9) umfassenden Leitungsnetz (10) der Pneumatikvorrichtung (1-4) verbunden sind, wobei das Leitungsnetz (10) dazu eingerichtet ist, die jeweilige Kammer (7, 8) in mehreren zur Entlüftung der jeweiligen Kammer (7, 8) dienenden Betriebszuständen der Ventilanordnung (9) mit einer Ausströmöffnung (11-13) oder wenigstens einer jeweiligen ausgewählten von mehreren Ausströmöffnungen (11-13) der Pneumatikvorrichtung (1-4) zu verbinden und in wenigstens einem weiteren Betriebszustand der Ventilanordnung (9) von der Ausströmöffnung (11-13) oder allen Ausströmöffnungen (11-13) zu trennen, wobei eine Steuereinrichtung (14) der Pneumatikvorrichtung (1-4) dazu eingerichtet ist, den Betriebszustand der Ventilanordnung (9) einzustellen, wobei das Leitungsnetz (10) derart ausgebildet ist, dass in wenigstens drei der zur Entlüftung der jeweiligen Kammer (7, 8) dienenden Betriebszustände die Verbindung der jeweiligen Kammer (7, 8) zu der Ausströmöffnung (11-13) oder der jeweiligen ausgewählten Ausströmöffnung (11-13) mit voneinander unterschiedlichen Strömungswiderständen erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pneumatikvorrichtung mit einem Pneumatikzylinder und einem in dem Pneumatikzylinder beweglich gelagerten Kolben, durch den ein Innenraum des Pneumatikzylinders in zwei Kammern unterteilt ist, wobei die Kammern mit einem eine Ventilanordnung umfassenden Leitungsnetz der Pneumatikvorrichtung verbunden sind, wobei das Leitungsnetz dazu eingerichtet ist, die jeweilige Kammer in mehreren zur Entlüftung der jeweiligen Kammer dienenden Betriebszuständen der Ventilanordnung mit einer Ausströmöffnung oder wenigstens einer jeweiligen ausgewählten von mehreren Ausströmöffnungen der Pneumatikvorrichtung zu verbinden und in wenigstens einem weiteren Betriebszustand der Ventilanordnung von der Ausströmöffnung oder allen Ausströmöffnungen zu trennen, wobei eine Steuereinrichtung der Pneumatikvorrichtung dazu eingerichtet ist, den Betriebszustand der Ventilanordnung einzustellen.
  • Pneumatische Aktoren, in denen ein Kolben in einem Pneumatikzylinder bewegt wird, indem verschiedene Kammern des Pneumatikzylinders mit Druck beaufschlagt werden, werden in einer Vielzahl von Anwendungsfällen genutzt. Gewünscht ist hierbei typischerweise eine schnelle Bewegung des Kolbens bis zu einer bestimmten Sollposition, an der ein möglichst ruck- und stoßfreies Abbremsen erfolgen soll.
  • Um dies zu erreichen, ist es aus der Druckschrift DE 10 2010 032 750 A1 bekannt, die jeweilige Kammer über eine Ventilanordnung wahlfrei mit einer Zubeziehungsweise Abluftleitung zu verbinden, wobei die Verbindung wahlfrei direkt oder über eine Dämpfungsdrossel mit druckabhängigem Strömungsquerschnitt erfolgen kann. Nachteilig ist hierbei, dass das vorgeschlagene Vorgehen recht aufwendig ist, da beispielsweise die Drossel an die Betriebsbedingungen des Aktors angepasst werden muss, um ein optimales Bewegungsmuster zu erreichen. Dies ist insbesondere problematisch, wenn externe auf den Kolben wirkende Kräfte variieren, beispielsweise weil der Kolben verschiedene Lasten bewegen soll oder weil sich seine relative Lage zur Schwerkraft ändert, da in diesem Fall nicht notwendigerweise für alle Betriebssituationen eine optimale Abstimmung gefunden werden kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen pneumatischen Aktor beziehungsweise eine Pneumatikvorrichtung anzugeben, die demgegenüber, insbesondere bezüglich der Nutzung in verschiedenen Nutzungssituationen beziehungsweise mit verschiedenen Lasten, verbessert ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pneumatikvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Leitungsnetz derart ausgebildet ist, dass in wenigstens drei der zu Entlüftung der jeweiligen Kammer dienenden Betriebszuständen die Verbindung der jeweiligen Kammer zu der Ausströmöffnung oder der jeweiligen ausgewählten Ausströmöffnung mit voneinander unterschiedlichen Strömungswiderständen erfolgt.
  • Der beim Ausströmen von Luft oder anderen Gasen aus der jeweiligen Kammer vorliegende Strömungswiderstand führt dazu, dass eine Bewegung des Kolbens in jene Richtung, die das Volumen der jeweiligen Kammer verkleinert, gebremst wird. Somit ermöglicht es die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Leitungsnetzes, dass die Geschwindigkeit des Ausströmens des Gases aus der jeweiligen Kammer und somit die Stärke der Bremsung des Kolbens mehrstufig oder sogar quasi-kontinuierlich einstellbar ist. Dies ermöglicht jedoch eine erheblich genauere Steuerung der Kolbenposition beziehungsweise der Kolbenbewegung als die Nutzung eines festen Strömungswiderstandes zur Entlüftung. Im Gegensatz zur Nutzung einer Dämpfungsdrossel mit druckabhängigem Strömungsquerschnitt, wie sie beispielsweise in der obig genannten Druckschrift DE 10 2010 032 750 A1 genutzt wird, kann der Strömungswiderstand hierbei jedoch weitgehend unabhängig von der aktuellen Position beziehungsweise Bewegung des Kolbens eingestellt werden. Insbesondere wenn die Kolbenposition beziehungsweise - bewegung sensorisch erfasst wird, kann hierdurch eine sehr genaue Steuerung des Kolbens erreicht werden, wodurch Bewegungsmuster realisiert werden können, die im Wesentlichen unabhängig von äußeren auf den Kolben wirkenden Kräften, beispielsweise von bewegten Lasten, beziehungsweise der Orientierung des Pneumatikzylinders bezüglich der Schwerkraft sein können.
  • Unterschiedliche Strömungswiderstände sind hierbei so zu verstehen, dass bei gleichem Druck in der Kammer und im Bereich der Auslassöffnung bei einem höheren Strömungswiderstand weniger Gas aus der Kammer austritt und umgekehrt. Der Strömungswiderstand kann bei gegebenen Druckverhältnis als Quotient aus dem Druckunterschied zwischen Kammer und Bereich der Ausströmöffnung einerseits und dem Volumenstrom andererseits definiert werden. Somit kann die Verbindung der jeweiligen Kammer zu der Ausströmöffnung oder der jeweiligen wenigstens einen ausgewählten Ausströmöffnung mit voneinander unterschiedlichen Strömungswiderständen auch so verstanden werden, dass das Leitungsnetz derart ausgebildet ist, dass bei gegebenem Druck in der Kammer und im Bereich der Ausströmöffnung oder der jeweiligen ausgewählten Ausströmöffnung in den wenigstens drei Betriebszuständen jeweils unterschiedliche Volumen von Gas beziehungsweise Luft pro Zeiteinheit, also beispielsweise pro Sekunde, aus der Kammer ausströmen.
  • Wenigstens eine der Kammern kann zumindest in den zur Entlüftung der jeweiligen Kammer dienenden Betriebszuständen mit einer Abluftleitung verbunden sein, wobei das Leitungsnetz wenigstens zwei Leitungszweige umfasst, die sich jeweils von der Abluftleitung des Leitungsnetzes zu einer oder einer jeweiligen Ausströmleitung erstrecken, wobei die oder die jeweilige Ausströmleitung mit der Ausströmöffnung oder jeweils wenigstens einer der Ausströmöffnungen verbunden ist,
    • wobei einerseits in den Leitungszweigen jeweils ein Sperrventil der Ventilanordnung angeordnet ist, um den jeweiligen Leitungszweig in Abhängigkeit des Betriebszustands der Ventilanordnung freizugeben oder zu sperren, wobei in den wenigstens drei zur Entlüftung der jeweiligen Kammer dienenden Betriebszuständen voneinander unterschiedliche Leitungszweige und/oder voneinander unterschiedliche Kombinationen von Leitungszweigen freigegeben sind, und/oder
    • wobei andererseits ein Wegeventil der Ventilanordnung dazu eingerichtet ist, die Abluftleitung oder die Ausströmleitung selektiv mit den verschiedenen Leitungszweigen zu verbinden, wobei in den wenigstens drei zur Entlüftung der jeweiligen Kammer dienenden Betriebszuständen voneinander unterschiedliche Leitungszweige und/oder voneinander unterschiedliche Kombinationen von Leitungszweigen mit der Abluftleitung und der oder der jeweiligen Ausströmleitung verbunden sind.
  • Es wird somit vorgeschlagen, den Strömungswiderstand zwischen der jeweiligen Kammer beziehungsweise der Abluftleitung und der Ausströmöffnung beziehungsweise der jeweils genutzten Ausströmöffnung beziehungsweise den jeweiligen genutzten Ausströmöffnungen dadurch zu variieren, dass eine Luftabfuhr aus der Abluftleitung je nach Betriebszustand über verschiedene der Leitungszweige beziehungsweise verschiedene Kombinationen der Leitungszweige erfolgt. Dies ermöglicht eine wenigstens dreistufige Einstellung des Strömungswiderstands zum Entlüften der jeweiligen Kammer mit relativ geringem technischem Aufwand sowohl bezüglich der genutzten Ventilanordnung als auch bezüglich der Steuerelektronik.
  • Dies soll zum besseren Verständnis im Folgenden an mehreren Beispielen erläutert werden. In den Beispielen wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass alle Leitungszweige dauerhaft mit der Abluftleitung und einer gemeinsamen Ausströmleitung verbunden sind und ein jeweiliges Sperrventil aufweisen, wodurch sie gesperrt beziehungsweise freigegeben werden können. Alternativ zur Nutzung eines Sperrventils in dem jeweiligen Leitungszweig wäre es offensichtlich auch möglich, die Leitungszweige über ein Wegeventil von der Abluftleitung und/oder der Ausströmleitung zu trennen und somit die obig erläuterte alternative Ausgestaltung umzusetzen. Als weitere Variationsmöglichkeit könnte statt einem Zusammenführen der Leitungszweige in einer gemeinsamen Ausströmleitung jeder der Leitungszweige über eine separate Ausströmleitung mit einer jeweiligen Ausströmöffnung verbunden sein.
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel können genau zwei Leitungszweige genutzt werden, die voneinander unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen. Hierdurch können drei Betriebszustände mit voneinander unterschiedlichen Strömungswiderständen realisiert werden, indem zum einen ausschließlich das Sperrventil des Leitungszweigs mit dem höchsten Strömungswiderstand geöffnet wird, zum zweiten ausschließlich das Sperrventil des Leitungszweiges mit dem niedrigeren Strömungswiderstand geöffnet wird und zum dritten die Sperrventile beider Leitungszweige geöffnet werden. Hierdurch kann der Strömungswiderstand in drei Stufen reduziert werden, wobei in all diesen Betriebszuständen jeweils eine Entlüftung der jeweiligen Kammer über die Abluftleitung und wenigstens einen der Leitungszweige möglich ist.
  • Wird zusätzlich zu den Leitungszweigen mit Sperrventilen beziehungsweise zu den nur selektiv mit der Abluftleitung beziehungsweise der Ausströmleitung verbundenen Leitungszweigen eine Bypassleitung genutzt, die wie später noch erläutert werden wird, dauerhaft mit der Abluftleitung und der Ausströmleitung verbunden ist und vorzugswese einen relativ hohen Strömungswiderstand aufweist, können drei zur Entlüftung der jeweiligen Kammer dienende Betriebszustände bereits mit zwei Leitungszweigen mit integrierten Sperrventil realisiert werden, auch wenn diese bei einer Offenstellung des jeweiligen Sperrventils beziehungsweise bei Freigabe des jeweiligen Leitungszweigs die gleichen Strömungswiderstände aufweisen. In diesem Fall kann in einem ersten Betriebszustand ausschließlich die Bypassleitung zur Entlüftung genutzt werden, indem die Sperrventile beider Leitungszweige geschlossen sind. In einem zweiten Betriebszustand kann eines der Sperrventile geöffnet werden und in einem dritten Betriebszustand beide Sperrventile. Auch in diesem Fall kann somit der Strömungswiderstand zwischen der Kammer und der Ausströmöffnung beziehungsweise den Ausströmöffnungen in drei Stufen stufenweise verändert werden.
  • In einem dritten Ausführungsbeispiel kann auf eine Bypassleitung verzichtet werden und es können drei Leitungszweige genutzt werden, die jeweils ein Sperrventil aufweisen und die im freigegebenen Zustand zueinander gleiche Strömungswiderstände aufweisen können. In diesem Fall können durch Freigabe eines oder zweier oder dreier Leitungszweige wiederum drei Betriebszustände der Ventilanordnung eingestellt werden, für die beim Entlüften der jeweiligen Kammer unterschiedliche Strömungswiderstände resultieren.
  • Um eine feinere Abstufung der einstellbaren Strömungswiderstände zwischen der Kammer und der wenigstens einen Ausströmöffnung zu erreichen, können zu den obigen Ausführungsbeispielen zusätzliche Leitungszweige hinzugefügt werden beziehungsweise statt Leitungszweigen mit gleichem Strömungswiderstand können Leitungszweige mit voneinander unterschiedlichen Strömungswiderständen genutzt werden, um auch bei gleicher Anzahl von freigegebenen Leitungszweigen voneinander unterschiedliche Strömungswiderstände zu erreichen..
  • Wie obig bereits an einem Beispiel erläutert wurde, können zumindest zwei der Leitungszweige voneinander unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen. Gegenüber der Nutzung von Leitungszweigen mit zueinander gleichen Strömungswiderständen wird hierbei bei geeigneter Ansteuerung die Anzahl der einstellbaren Gesamtströmungswiderstände erhöht. Selbst ohne Nutzung einer Bypassleitung, können bereits mit zwei der Leitungszweige, wie obig erläutert, drei Betriebszustände mit voneinander unterschiedlichen Strömungswiderständen zur Entlüftung der jeweiligen Kammer bereitgestellt werden. Bei drei solchen Leitungszweigen mit voneinander unterschiedlichen Strömungswiderständen erhöht sich die Anzahl der einstellbaren Strömungswiderstände bereits auf sieben. Durch Nutzung einer Bypassleitung kann die Anzahl der einstellbaren Strömungswiderstände beziehungsweise Betriebsmodi zum Entlüften der jeweiligen Kammer jeweils um 1 erhöht werden, da zum Entlüften dann auch ein Betriebszustand nutzbar ist, in dem alle Leitungszweige gesperrt sind und die Entlüftung somit ausschließlich über die Bypassleitung erfolgt.
  • In wenigstens einem der Leitungszweige oder in allen Leitungszweigen kann jeweils eine Blende und/oder eine Drossel angeordnet sein. Durch Nutzung einer Blende beziehungsweise einer Drossel kann der Strömungswiderstand des jeweiligen Leitungszweiges mit geringem Aufwand angepasst werden. Insbesondere kann die Blende beziehungsweise Drossel wenigstens eines der Leitungszweige auch wechselbar sein, um die Pneumatikvorrichtung an verschiedene Anforderungen anpassen zu können.
  • Die in einem ersten der Leitungszweige angeordneten Drossel und/oder Blende kann einen Strömungsquerschnitt aufweisen, der sich von dem Strömungsquerschnitt der in einem zweiten der Leitungszweige angeordneten Blende und/oder Drossel unterscheidet. Hierdurch können mit einfachen Mitteln unterschiedliche Strömungswiderstände für die Leitungszweige realisiert werden.
  • Ergänzend oder alternativ kann wenigstens eine der Blenden und/oder Drosseln einen einstellbaren Strömungsquerschnitt aufweisen. Hierdurch kann die Anpassbarkeit der Pneumatikvorrichtung an unterschiedliche Anforderungen weiter verbessert werden. Die Einstellung des Strömungsquerschnitts kann manuell erfolgen, jedoch auch durch einen Aktor der Pneumatikvorrichtung. Wird eine aktorische Verstellung genutzt, kann der Aktor beispielsweise durch die Steuereinrichtung gesteuert werden, um die Pneumatikvorrichtung automatisiert an verschiedene Betriebsverhältnisse anzupassen. Ergänzend oder alternativ kann die Einstellung des Strömungsquerschnitts auch dazu dienen, weitere Betriebszustände mit unterschiedlichen Strömungswiderständen für das Entlüften einer jeweiligen der Kammern bereitzustellen.
  • Es kann vorteilhaft sein, den Pneumatikzylinder mit dem hierin gelagerten Kolben und zumindest jenen Teil des Leitungsnetzes, der die Ventilanordnung umfasst, in ein Pneumatikmodul zu integrieren. Dieses kann vorzugsweise auch eine, später noch erläuterte, Sensorik und/oder die Steuereinrichtung zur Steuerung der Ventilanordnung umfassen.
  • Ein solches Pneumatikmodul kann auch die obig genannten Drosseln beziehungsweise Blenden beziehungsweise die vollständigen Leitungszweige umfassen. Ergänzend oder alternativ kann auch ein Proportionalventil zur dynamischen Einstellung des Strömungswiderstands in das Pneumatikmodul integriert sein. Die Nutzung eines Proportionalventils wird später noch erläutert. Das Pneumatikmodul kann beispielsweise als pneumatische Anschlüsse nur noch einen Anschluss für Druckluft und einen Anschluss für Abluft beziehungsweise für einen Schalldämpfer aufweisen, der optional jedoch ebenfalls integriert sein kann. Optional kann es Anschlüsse für Steuersignale, beispielsweise für Triggersignale für Arbeitszyklen, Kolbenpositionen oder Ähnliches, umfassen.
  • Um die Pneumatikvorrichtung mit geringem Aufwand an unterschiedliche Aufgabenstellungen anpassen zu können, kann es jedoch auch vorteilhaft sein, zumindest die Drosseln beziehungsweise Blenden beziehungsweise zumindest einen jeweiligen Abschnitt der Leitungszweige separat von dem Pneumatikmodul zu implementieren, um beispielsweise durch Austausch der modulexternen Komponente die Abluftdrosselung bedarfsgerecht anpassen zu können.
  • Vorteilhaft kann die Pneumatikvorrichtung ein Pneumatikmodul umfassen, das zumindest den Pneumatikzylinder, den Kolben und jenen Teil des Leitungsnetzes, der die Abluftleitung und die Ventilanordnung umfasst, ausbildet, wobei das Pneumatikmodul für mehrere der oder alle Leitungszweige einen jeweiligen Abluftanschluss aufweist, über den ein jeweiliger separat von dem Pneumatikmodul ausgebildeter Abschnitt des jeweiligen Leitungszweiges an das Pneumatikmodul angeschlossen ist, wobei der separat von dem Pneumatikmodul ausgebildete Abschnitt die Drossel und/oder Blende des jeweiligen Leitungszweiges umfasst. Hierdurch kann das Pneumatikmodul für eine Vielzahl von Anwendungsfällen unverändert bleiben und die Anpassung der Strömungswiderstände kann durch die modulexternen Komponenten erfolgen.
  • Insbesondere kann auch die Ausströmleitung beziehungsweise -Öffnung modulextern implementiert sein. In diesem Fall kann aus der jeweiligen Kammer ausströmende Luft das Modul endgültig über den jeweiligen Abluftanschluss verlassen. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, nach dem externen Leitungsabschnitt beziehungsweise der Drosselung die Luft in das Pneumatikmodul zurückzuführen. Dies kann zweckmäßig sein, um beispielsweise die über die Leitungszweige abgeführte Luft über eine modulinterne Ausströmleitung zu einer modulseitigen Ausströmöffnung zu führen und/oder um einen in das Pneumatikmodul integrierten Schalldämpfer für die über alle Leitungszweige abgeführte Luft zu nutzen.
  • Die Ventilanordnung kann die einzelnen Abluftanschlüsse selektiv mit der Abluftleitung beziehungsweise der jeweiligen Kammer verbinden, sodass durch Wahl des freigegebenen Abluftanschlusses beziehungsweise der Anzahl der freigegebenen Abluftanschlüsse beziehungsweise der Kombination der freigegebenen Abluftanschlüsse verschiedene Strömungswiderstände für die Luftabfuhr eingestellt werden können.
  • Das Pneumatikmodul kann zudem einen Zuluftanschluss aufweisen, wobei durch eine Teilanordnung der Ventilanordnung oder ein Wegeventil die jeweilige Kammer selektiv mit dem Zuluftanschluss oder der Abluftleitung verbunden werden kann.
  • Eine erste der Kammern kann in allen zur Entlüftung der ersten Kammer dienenden Betriebszuständen mit der Abluftleitung verbunden sein, wobei einer der Leitungszweige an der von der Abluftleitung abgewandten Seite des in diesem Leitungszweig angeordneten Sperrventils oder des Wegeventils, das zur selektiven Verbindung der Abluftleitung mit den verschiedenen Leitungszweigen dient, in allen zur Entlüftung der zweiten der Kammern dienenden Betriebszustände mit der zweiten Kammer verbunden ist. Insbesondere kann dieser Leitungszweig jenseits der Verbindung zur zweiten Kammer eine Drossel beziehungsweise Blende aufweisen, die insbesondere einen relativ geringen Strömungsquerschnitt aufweist beziehungsweise durch die eine Bypassleitung für die zweite Kammer verwirklicht wird.
  • Die beschriebene Verbindung des Leitungszweiges mit der zweiten Kammer kann für mehrere Funktionen der Pneumatikvorrichtung genutzt werden. Zum einen kann durch Öffnen des Sperrventils in diesem Leitungszweig beziehungsweise durch Verbindung dieses Leitungszweiges mit der Abluftleitung und gleichzeitiges Öffnen beider Kammern zu diesem Leitungszweig hin ein rascher Druckausgleich zwischen den Kammern erreicht werden, insbesondere wenn der Strömungswiderstand auf diesem Pfad gering ist. Das Sperrventil in diesem Leitungszweig beziehungsweise ein diesen Leitungszweig potentiell an die erste Kammer anbindendes Wegeventil kann somit auch als Kurzschlussventil zum Kurzschließen beziehungsweise Druckausgleich zwischen den Kammern betrachtet werden.
  • Zudem wird der Vorteil erreicht, dass dieser Leitungszweig einerseits dazu dienen kann, durch ein Öffnen beziehungsweise Verbinden den Strömungswiderstand zum Entlüften der ersten Kammer weiter abzusenken und hierdurch wenigstens einen zusätzlichen wählbaren Strömungswiderstand zum Entlüften der ersten Kammer bereitzustellen. Zugleich ermöglicht der Leitungszweig es jedoch, in Betriebszuständen, die zum Entlüften der zweiten Kammer dienen, diese über den Leitungszweig, die Abluftleitung und mit dieser verbundene weitere Leitungszweige beziehungsweise die Bypassleitung für die erste Kammer zu entlüften, sodass auch der Strömungswiderstand zum Entlüften der zweiten Kammer variiert werden kann, auch wenn diese nur über das Sperrventil des erläuterten Leitungszweigs mit der Abluftleitung verbunden ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pneumatikvorrichtung ist hingegen eine erste Teilanordnung der Ventilanordnung dazu eingerichtet, die oder eine Abluftleitung des Leitungsnetzes in einer ersten Gruppe der Betriebszustände der Ventilanordnung mit einer ersten der Kammern und in einer zweiten Gruppe der Betriebszustände der Ventilanordnung mit der zweiten der Kammern zu verbinden, wobei eine zweite Teilanordnung der Ventilanordnung zumindest in Teilen der zur Entlüftung einer der Kammern dienenden Betriebszustände die Abluftleitung mit der Ausströmöffnung oder wenigstens einer jeweiligen der Ausströmöffnungen verbindet. Anders ausgedrückt kann eine gemeinsame Abluftleitung zur wahlfreien Entlüftung beider Kammern genutzt werden, wobei ein Strömungswiderstand zwischen dieser Abluftleitung und der Ausströmöffnung beziehungsweise der wenigstens einen jeweils genutzten Ausströmöffnung über die zweite Teilanordnung einstellbar ist. Hierdurch kann die zweite Teilanordnung der Ventilanordnung, die insbesondere, wie obig erläutert, unterschiedliche Leitungszweige freigeben beziehungsweise mit der Abluftleitung beziehungsweise der oder einer jeweiligen Ausströmleitung verbinden kann, zur Einstellung des Strömungswiderstandes beim Entlüften beider Kammern genutzt werden. Hierdurch kann die Bereitstellung von wenigstens drei Betriebszuständen zum Entlüften der jeweiligen Kammer mit voneinander unterschiedlichen Strömungswiderständen mit geringerem Aufwand implementiert werden, als bei einer separaten Entlüftung der einzelnen Kammern über separate Ventilanordnungen.
  • Die erste Gruppe der Betriebszustände kann insbesondere zur Druckbeaufschlagung der zweiten Kammer und zur Entlüftung der ersten Kammer dienen, also zur Beschleunigung des Kolbens in Richtung der ersten Kammer beziehungsweise zum Bremsen einer Bewegung des Kolbens in Richtung der zweiten Kammer. Die zweite Gruppe der Betriebszustände kann dann umgekehrt zur Druckbeaufschlagung der ersten Kammer und zur Entlüftung der zweiten Kammer dienen. Durch Einstellung des Strömungswiderstandes durch die zweite Teilanordnung kann hierbei die Geschwindigkeit, mit der die Entlüftung der jeweiligen Kammer erfolgt, und somit der Gegendruck eingestellt werden, womit die Stärke des Beschleunigens beziehungsweise Abbremsens des Kolbens einstellbar ist.
  • Neben den genannten Gruppen von Betriebszuständen sind auch weitere Betriebszustände beziehungsweise Gruppen von Betriebszuständen möglich. Beispielsweise ist es möglich, in wenigstens einem der Betriebszustände beide Kammern gleichzeitig zu entlüften beziehungsweise sie für einen Druckausgleich zwischen den Kammern zu verbinden. In weiteren Betriebszuständen können beispielsweise beide Kammern mit Druck beaufschlagt werden oder sowohl von einer Luftzufuhr als auch von den Ausströmöffnungen getrennt werden, um die Luftmengen in beiden Kammern im Wesentlichen gleich zu belassen. Dies kann beispielsweise zweckmäßig sein, um einen Kolben in einer bestimmten Position zu halten.
  • Es ist möglich, dass in wenigstens einem der Betriebszustände der jeweiligen Gruppe die jeweilige Kammer nicht über die Ventilanordnung mit der Ausströmöffnung verbunden ist, um ein Ausströmen zu ermöglichen, sondern dass ein solches Ausströmen in diesem Betriebszustand ausschließlich über eine Bypassleitung erfolgt, die beispielsweise dauerhaft die Abluftleitung mit relativ hohem Strömungswiderstand mit der Ausströmöffnung verbindet. Alternativ kann auf einen solchen Bypasskanal auch verzichtet werden, sodass die Verbindung zwischen Abluftleitung und Ausströmöffnung beziehungsweise Ausströmöffnungen stets über die zweite Teilanordnung der Ventilanordnung erfolgt.
  • Die oder eine Abluftleitung des Leitungsnetzes, die zumindest in den zur Entlüftung der jeweiligen Kammer dienenden Betriebszuständen mit der jeweiligen Kammer verbunden ist, kann unabhängig vom Betriebszustand der Ventilanordnung dauerhaft über wenigstens eine Bypassleitung mit der Ausströmöffnung oder wenigstens einer der Ausströmöffnungen verbunden sein. Wie bereits obig erläutert wurde, kann durch Nutzung einer solchen Bypassleitung die Anzahl der möglichen einstellbaren Strömungswiderstände bei ansonsten gleicher Ausgestaltung weiter erhöht werden, da ein Betriebszustand ermöglicht wird, in dem die Entlüftung ausschließlich über die Bypassleitung erfolgt. Beispielsweise können wenigstens 90 % der aus der Kammer entweichenden Luft in diesem Betriebszustand über die Bypassleitung abgeführt werden. Der Rest der aus der Kammer abgeführten Luft kann beispielsweise über Leckagen entweichen.
  • Die Kammern können jeweils über genau einen Kammeranschluss mit dem Leitungsnetz verbunden sein, wobei die Ventilanordnung derart eingerichtet sein kann, dass die oder eine erste Teilanordnung der Ventilanordnung den jeweiligen Kammeranschluss in wenigstens einem zur Druckbeaufschlagung der jeweiligen Kammer dienenden Betriebszustand von der Ausströmöffnung oder allen Ausströmöffnungen, und insbesondere von der Abluftleitung, trennt und mit einem Druckluftanschluss und/oder einer Druckluftquelle der Pneumatikvorrichtung verbindet.
  • Die erste Teilanordnung kann die jeweilige Kammer wahlweise mit dem Druckluftanschluss beziehungsweise der Druckluftquelle und der Abluftleitung verbinden. Optional kann in wenigstens einem Betriebszustand der Ventilanordnung die erste Teilanordnung die jeweilige Kammer sowohl von dem Druckluftanschluss beziehungsweise der Druckluftquelle als auch von der Abluftleitung trennen und/oder die beiden Kammern des Pneumatikzylinders miteinander verbinden. Wie obig erläutert, kann eine zweite Teilanordnung der Ventilanordnung den Strömungswiderstand zwischen der Abluftleitung und der wenigstens einen Ausströmöffnung einstellen.
  • Die erste Teilanordnung kann beispielsweise ein 3/2-Wegeventil pro Kammer umfassen, das die jeweilige Kammer in einer ersten Stellung mit einer Druckluftleitung beziehungsweise dem Druckluftanschluss beziehungsweise der Druckluftquelle verbindet und in einer zweiten Stellung mit der Abluftleitung verbindet.
  • Alternativ kann die erste Teilanordnung auch durch ein einzelnes Wegeventil gebildet sein, das Anschlüsse zumindest für die erste und zweite Kammer, eine Druckluftleitung beziehungsweise den Druckluftanschluss beziehungsweise eine Druckluftquelle und die Abluftleitung aufweist. In einem solchen Fall kann somit ein Wegeventil mit vier Anschlüssen genutzt werden, je nach konkreter Ausgestaltung der Pneumatikvorrichtung kann es jedoch auch vorteilhaft sein, fünf oder mehr Anschlüsse zu nutzen. Ein solches gemeinsames Wegeventil sollte zumindest zwei Schaltzustände aufweisen, nämlich einen ersten Schaltzustand, der die erste Kammer mit Druck beaufschlagt und die zweite Kammer mit der Abluftleitung verbindet und einen zweiten Schaltzustand, der diese Verbindung umkehrt. Bevorzugt wird jedoch zumindest noch eine sperrende Mittelstellung vorgesehen und/oder optional ein weiterer Schaltzustand, der die Kammern unmittelbar über das Wegeventil verbindet. Somit kann als gemeinsames Wegeventil beispielsweise ein 4/3- oder 5/3-Wegeventil genutzt werden.
  • Die zweite Teilanordnung kann, wie obig erläutert, dazu dienen, die Abluft selektiv über mehrere Leitungszweige zu führen. Sie kann die obig erläuterten Sperrventile zum Sperren der Leitungszweige beziehungsweise ein Wegeventil zum selektiven Verbinden der Leitungszweige mit der Abluftleitung beziehungsweise der oder einer jeweiligen Ausströmöffnung umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die zweite Teilanordnung ein Proportionalventil umfassen, das eine quasikontinuierliche Einstellung des Strömungswiderstands zwischen der Abluftleitung und der wenigstens einen Ausströmöffnung ermöglicht.
  • Die erste Teilanordnung der Ventilanordnung kann dazu eingerichtet sein, eine Druckbeaufschlagungsleitung der Pneumatikvorrichtung, die mit dem Druckluftanschluss und/oder der Druckquelle verbunden ist, in der oder einer zweiten Gruppe der Betriebszustände der Ventilanordnung mit der oder einer ersten der Kammern und in der oder einer ersten Gruppe der Betriebszustände der Ventilanordnung mit der zweiten der Kammern zu verbinden. Beide Kammern können somit aus einer gemeinsamen Druckquelle beziehungsweise über einen gemeinsamen Druckluftanschluss gespeist werden. In einer dritten Gruppe der Betriebszustände können optional beide Kammern von der Druckbeaufschlagungsleitung getrennt sein. Die erste Gruppe umfasst insbesondere zumindest Teile der Betriebszustände, die zur Entlüftung der zweiten Kammer dienen und umgekehrt.
  • Die Ventilanordnung kann derart eingerichtet sein, dass bei stromloser Ventilanordnung eine ausgewählte der Kammern mit der oder einer Druckquelle und/oder dem oder einem Druckluftanschluss der Pneumatikvorrichtung verbunden ist und die andere der Kammern mit der Ausströmöffnung oder wenigstens einer der Ausströmöffnungen verbunden ist, wobei insbesondere die Verbindung zwischen der anderen Kammer und der Ausströmöffnung in jenem der zur Entlüftung dieser Kammer dienenden Betriebszustände erfolgt, in dem der höchste Strömungswiderstand für die Entlüftung resultiert.
  • Durch die erläuterte Ausgestaltung kann bei einem stromlos Schalten der Pneumatikvorrichtung beziehungsweise einem Stromausfall, so lange die Druckluftversorgung sichergestellt ist, eine definierte Endstellung eingenommen werden. Dies kann beispielsweise dazu dienen, Komponenten einer Maschine in einer definierten Stellung abzustützen. Da die Verstellung in die definierte Endstellung ungesteuert erfolgt, sollte die Verstellung eher langsam und mit geringen Beschleunigungen erfolgen, wodurch die obig genannte Einstellung des maximalen Strömungswiderstandes für die Entlüftung vorteilhaft sein kann.
  • Die Vorgabe einer bestimmten Stellung eines Wegeventils beziehungsweise Sperrventils bei Stromlosigkeit ist an sich bekannt. Beispielsweise kann zur Verbindung der jeweiligen Kammer zur Druckbeaufschlagungsleitung und Abluftleitung ein jeweiliges 3/2-Wegeventil genutzt werden, wobei für eine Kammer ein stromlos offenes und für eine Kammer ein stromlos geschlossenes Wegeventil verwendet wird beziehungsweise die Anschlüsse der Ventile derart belegt werden, dass das obig erläuterte Verhalten resultiert.
  • Bezüglich der zweiten Teilanordnung beziehungsweise der Einstellung des Strömungswiderstandes für das Entlüften kann das obig erläuterte Verhalten beispielsweise dadurch realisiert werden, dass, wie obig erläutert, mehrere Leitungszweige mit jeweiligen Sperrventilen und zusätzlich eine Bypassleitung verwendet werden, wobei als Sperrventile stromlos geschlossene Ventile verwendet werden, sodass bei einem Stromlosschalten beziehungsweise Stromausfall die Entlüftung ausschließlich über die Bypassleitung erfolgt.
  • Vorzugsweise umfasst die Pneumatikvorrichtung wenigstens einen Sensor, der zur Erfassung von Sensordaten bezüglich der Position des Kolbens bezüglich des Pneumatikzylinders und/oder bezüglich der Orientierung des Kolbens und/oder des Pneumatikzylinders im Raum und/oder bezüglich des Drucks in wenigstens einer der Kammern eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den Betriebszustand der Ventilanordnung in Abhängigkeit der Sensordaten einzustellen.
  • Durch Erfassung der Position des Kolbens beziehungsweise von hieraus abgeleiteten Größen, beispielsweise einer Geschwindigkeit und/oder einer Beschleunigung des Kolbens, kann die tatsächliche Bewegung des Kolbens überwacht werden und somit durch geeignete Steuerung der Ventilanordnung an eine vorgegebene Soll-Bewegung angepasst werden. Insbesondere kann durch den Positionssensor ein Erreichen beziehungsweise vorzugsweise eine Annäherung an einen Anschlag erkannt werden und die Kolbenbewegung kann rechtzeitig ruckfrei abgebremst werden.
  • Wie bereits obig erläutert wurde, können durch unterschiedliche Betriebszustände der Ventilanordnung unterschiedlich starke Beschleunigungen des Kolbens in die beiden Bewegungsrichtungen eingestellt werden, sodass zur Steuerung beziehungsweise Regelung der Bewegung beispielsweise bedarfsgerecht Beschleunigungen verstärkt oder reduziert werden können beziehungsweise von einem Beschleunigen auf ein Bremsen gewechselt werden kann und umgekehrt beziehungsweise die Bewegungsrichtung des Kolbens durch geeignete Beschleunigung verändert werden kann.
  • Für eine optimale Steuerung der Kolbenbewegung sollen auf den Kolben wirkende Kräfte möglichst frühzeitig erkannt werden. Somit kann es vorteilhaft sein, diese Kräfte nicht oder nicht ausschließlich durch Ihren Einfluss auf die Bewegung des Kolbens zu erfassen, sondern entsprechende Kräfte beziehungsweise Parameter, die zu Beschleunigungen des Kolbens führen können, unmittelbar als Sensordaten zu erfassen.
  • Durch Erfassung des Drucks in den Kammern beziehungsweise einer Druckdifferenz zwischen den Kammern können unmittelbar auf den Kolben wirkende Kräfte erfasst und somit Beschleunigungen vorausgesagt beziehungsweise unmittelbar über die Drücke in den Kammern gesteuert oder geregelt werden.
  • Die Erfassung der Orientierung des Kolbens beziehungsweise des Pneumatikzylinders im Raum ist vorteilhaft, da in Abhängigkeit der Orientierung dieser Komponenten im Raum die Schwerkraft unterschiedlich starken Einfluss auf die Bewegung des Kolbens nimmt und beispielsweise bei fester Orientierung zu einer konstanten Zusatzbeschleunigung des Kolbens führt, die durch entsprechende Steuerung der Ventilanordnung beziehungsweise Einstellen eines geeigneten Druckunterschieds kompensiert werden kann. Die Berücksichtigung der Orientierung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn sich die Orientierung des Pneumatikzylinders beziehungsweise Kolbens im Raum über die Zeit ändert, beispielsweise wenn die Pneumatikvorrichtung in einer Maschine genutzt wird, in der sie verschwenkt wird oder Ähnliches.
  • Bewegungsabläufe des Kolbens können in der Steuereinrichtung selbst definiert sein und bestimmte Bewegungsabläufe können beispielsweise durch externe Steuersignale ausgelöst werden. Alternativ können über einen Steuereingang Signale empfangen werden, bei deren Empfang bestimmte Positionen angefahren werden beziehungsweise zwischen zwei Positionen, an denen Anschläge vorhanden sein können, gewechselt wird. Steuersignale können über beliebige Schnittstellen, beispielsweise über I/O-Link®, eine serielle Schnittstelle, ein Netzwerkprotokoll, einen Feldbus oder Ähnliches empfangen werden.
  • Ferner ist es möglich, dass für eine bestimmte Bewegung ein vollständiger Bewegungsablauf definiert ist und die Steuereinrichtung die Ventilanordnung derart ansteuert, dass die Abweichung von dem vorgegebenen Bewegungsablauf minimiert wird.
  • Es sind jedoch auch einfachere Steueransätze möglich, bei denen beispielsweise bestimmten Kolbenpositionen und/oder Geschwindigkeit im Rahmen einer bestimmten Bewegung festen Betriebszuständen der Ventilanordnung zugeordnet sind. Beispielsweise kann bei einer Bewegung zu einem Anschlag hin an fest vorgegebenen Abstandsgrenzen ein fest vorgegebener Betriebszustand gewählt werden, um den Kolben kontrolliert abzubremsen beziehungsweise der Betriebszustand kann in Abhängigkeit der Kolbengeschwindigkeit an den jeweiligen Positionen gewählt werden.
  • Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, bei Erfüllung einer von den Sensordaten abhängigen Rekuperationsbedingung die Ventilanordnung derart anzusteuern, dass jene der Kammern, deren Volumen aktuell durch die Bewegung des Kolbens verkleinert wird, mit der oder einer Druckquelle verbunden wird, um Druckluft in die Druckquelle zurückzuführen. Ist beispielsweise eine relativ starke Bremsung des Kolbens gewünscht und der Kolben beziehungsweise eine von diesem bewegte Masse weist eine große Trägheit auf, führt die Verdichtung des Gases in der verkleinerten Kammer beim Abbremsen des Kolbens zu einem hohen Energieeintrag. Das Gas kann auf einen höheren Druck als den Druck der Druckquelle komprimiert werden und der Energieeintrag kann somit genutzt werden, um Gas in einen Druckspeicher rückzuspeisen und somit die Effizienz der Pneumatikvorrichtung zu erhöhen.
  • Die jeweilige Kammer kann in mehreren oder allen der zur Entlüftung dieser Kammer dienenden Betriebszuständen über ein Proportionalventil mit der Ausströmöffnung oder mit wenigstens einer der Ausströmöffnungen verbunden sein, wobei der Öffnungsgrad des Proportionalventils in diesen Betriebszuständen voneinander unterschiedlich ist. Insbesondere kann der Öffnungsgrad und somit auch der Strömungswiderstand des Proportionalventils in wenigstens drei Stufen oder quasi-kontinuierlich verändert werden. Das Proportionalventil kann somit für sich genommen oder in Verbindung mit einer Bypassleitung bereits ausreichend sein, die wenigstens drei voneinander unterschiedlichen Strömungswiderstände bereitzustellen.
  • Besonders vorteilhaft kann es jedoch sein, die Nutzung eines Proportionalventils mit anderen diskutierten Ansätzen, beispielsweise mit dem selektiven Öffnen beziehungsweise Verbinden von Leitungszweigen, zur Anpassung des Stromwiderstandes zu kombinieren, sodass eine Grobanpassung des Strömungswiderstands beispielsweise durch Schalten von Sperrbeziehungsweise Wegeventilen erreicht werden kann, während das Proportionalventil zur Feinabstimmung des Strömungswiderstands verwendet werden kann.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
    • Fig. 1 u. 2
    Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Pneumatikvorrichtung,
    Fig. 3
    ein Pneumatikmodul, das statt dem in Fig. 1 genutzten Pneumatikmodul verwendet werden kann, und
    Fig. 4 u. 5
    weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Pneumatikvorrichtung.
  • Fig. 1 zeigt eine Pneumatikvorrichtung 1 mit einem Pneumatikzylinder 5 und einen in dem Pneumatikzylinder 5 beweglich gelagerten Kolben 6, durch den ein Innenraum des Pneumatikzylinders 5 in zwei Kammern 7, 8 unterteilt ist. Die Kammern 7, 8 sind im Beispiel über einen einzigen jeweiligen Kammeranschluss 37, 38 mit einem Leitungsnetz 10 verbunden, das einerseits eine Druckbeaufschlagung der Kammern 7, 8 über einen Druckluftanschluss 31 beziehungsweise eine Druckquelle 39 der Pneumatikvorrichtung 1 ermöglicht und andererseits ein Entlüften der jeweiligen Kammer 7, 8 über die Ausströmöffnungen 11 bis 13.
  • Das Leitungsnetz 10 umfasst eine Ventilanordnung 9. Diese dient einerseits dazu, die jeweilige Kammer 7, 8 in einem jeweiligen Betriebsmodus der Ventilanordnung 9, der zur Druckbeaufschlagung der jeweiligen Kammern 7, 8 dient, mit der Druckquelle 39 zu verbinden und von den Ausströmöffnungen 11 bis 13 zu trennen. Andererseits dient die Ventilanordnung 9 dazu, die jeweilige Kammer in mehreren jeweils zur Entlüftung der jeweiligen Kammer 7, 8 genutzten Betriebszuständen der Ventilanordnung 9 jeweils mit wenigstens einer der Ausströmöffnungen 11 bis 13 zu verbinden. Zur Veränderung der Betriebszustände steuert die Steuereinrichtung 14 den jeweiligen Aktor 51 der Sperrventile 20, 21 beziehungsweise Wegeventile 47, 48 der Ventilanordnung 9 an.
  • Das Leitungsnetz 10 ist dabei derart ausgebildet, dass in verschiedenen Betriebszuständen, im Beispiel bei verschiedenen Schaltzuständen der Sperrventile 20, 21, für eine jeweilige zu entlüftende Kammer, die im Beispiel über das jeweilige Wegeventil 47, 48 mit der Abluftleitung 15 verbunden ist, unterschiedliche Strömungswiderstände für ein Ausströmen der Luft zu einer oder mehreren der Ausströmöffnungen 11 bis 13 resultieren. Hierdurch unterscheidet sich in den verschiedenen Betriebszuständen bei gegebenem Druck in der jeweiligen zu entlüftenden Kammer 7, 8 und im Bereich der Ausströmöffnungen 11 bis 13 die pro Zeit aus der jeweiligen Kammer 7, 8 austretende Luftbeziehungsweise. Gasmenge.
  • Hierdurch wird es ermöglicht, dass beispielsweise bei einer Druckbeaufschlagung der nicht zu entlüftenden Kammer für den Kolben unterschiedlich starke Beschleunigungen resultieren, je nachdem welcher Betriebszustand und somit welcher Strömungswiderstand durch die Steuereinrichtung 14 gewählt wird. Entsprechend kann durch Wahl eines geeigneten Strömungswiderstands bei der Entlüftung beispielsweise auch ein verschieden starkes Abbremsen des Kolbens nach Ende der Druckbeaufschlagung der anderen Kammer erfolgen, um beispielsweise ein hartes Anschlagen und somit ein ruckendes Stoppen des Kolbens 6 zu vermeiden.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die verschiedenen Strömungswiderstände dadurch realisiert, dass die Abluftleitung 15 über zwei Leitungszweige 16, 17, die ein jeweiliges Sperrventil 20, 21 aufweisen, mit den Ausströmöffnungen 11, 12 verbunden ist und zusätzlich über eine Bypassleitung 23 dauerhaft mit der Ausströmöffnung 13 verbunden ist.
  • In der gezeigten Schaltstellung der Sperrventile 20, 21, die auch in einem stromlosen Zustand der Pneumatikvorrichtung 1 beziehungsweise der Ventilanordnung 9 eingenommen wird, ist ausschließlich die Kammer 8 mit der Abluftleitung 15 verbunden. Da die Sperrventile 20, 21 sperrend geschaltet sind, kann die Luft beziehungsweise das Gas aus der Kammer 8 ausschließlich über die Bypassleitung 23 und die Ausströmöffnung 13 ausströmen. Die Bypassleitung 23 weist hierbei einen hohen Strömungswiderstand auf, was beispielsweise durch Nutzung einer geeigneten Blende 26 mit geringem Strömungsquerschnitt realisiert werden kann. Hierdurch kann das in der Kammer 8 enthaltene Gas nur recht langsam ausströmen.
  • Da im stromlosen Zustand im gezeigten Beispiel zudem eine Druckbeaufschlagung der Kammer 7 über das Wegeventil 48 erfolgt, wird der Kolben 6 im Beispiel im stromlosen Zustand bis zu einem Anschlag links im Bild, also bis zur minimalen Ausdehnung der Kammer 8, verfahren, wobei aufgrund des hohen Strömungswiderstands der Bypassleitung 23 hierbei keine allzu hohen Geschwindigkeiten erreicht werden, was bei einem ungesteuerten Verfahren im stromlosen Zustand typischerweise vorteilhaft ist. Der stromlose Zustand entspricht auch im bestromten Zustand der Pneumatikvorrichtung 1 einem nutzbaren Betriebszustand zur Entlüftung der Kammer 8. Durch Umschalten beider Wegeventile 47, 48 ist auch eine Entlüftung in der Kammer 7 mit im wesentlichen gleichem Strömungswiderstand möglich.
  • Im Betrieb der Pneumatikvorrichtung 1 sind häufig höhere Beschleunigungen des Kolbens 6 gewünscht, als sie bei einer ausschließlichen Entlüftung der jeweiligen zu entlüftenden Kammer 7, 8 über die Bypassleitung 23 erreicht werden können. Höhere Beschleunigungen können dadurch erreicht werden, dass der Strömungswiderstand für das aus der jeweiligen zu entlüftenden Kammer 7, 8 ausströmende Gas reduziert wird, was im gezeigten Beispiel dadurch ermöglicht werden kann, dass die Steuereinrichtung 14 den jeweiligen Aktor 51 des Sperrventils 20 und/oder des Sperrventils 21 ansteuert um den Leitungszweig 16 und/oder den Leitungszweig 17 freizugeben.
  • Im einfachsten Fall können die Leitungszweige 16, 17 bei jeweils geöffnetem Sperrventil 20, 21 hierbei näherungsweise den gleichen Strömungswiderstand aufweisen, beispielsweise dann, wenn in beiden Leitungszweigen 16, 17 gleiche Blenden 24, 25 beziehungsweise Drosseln zur Strömungsbegrenzung genutzt werden. Ist dies der Fall, so können drei Betriebszustände mit unterschiedlichen Strömungswiderständen zum Entlüften der jeweiligen Kammer 7, 8 bereitgestellt werden. Der minimale Strömungswiderstand wird erreicht, wenn beide Leitungszweige 16, 17 durch Öffnen beider Sperrventile 20, 21 freigegeben werden. Ein mittlerer Strömungswiderstand wird dann erreicht, wenn nur einer der Leitungszweige 16, 17 freigegeben wird, indem nur eines der Sperrventile 20, 21 durch Ansteuerung des jeweiligen Aktors 51 freigegeben wird. Der maximale Strömungswiderstand wird durch schließen beider Sperrventile 20, 21, erreicht.
  • Die Bewegung des Kolbens 6 wird im Beispiel durch die Steuereinrichtung 14 gesteuert, die je nach Betriebszustand einen Schaltzustand der Wegeventile 47, 48 beziehungsweise der Sperrventile 20, 21 vorgibt. Die verschiedenen Betriebszustände führen hierbei zu Beschleunigungen des Kolbens 6 in unterschiedliche Richtungen beziehungsweise mit unterschiedlicher Stärke beziehungsweise können auch zu einem Halten einer Kolbenposition 6 führen.
  • Die Bewegung des Kolbens 6 kann gemäß einem festen Muster gesteuert werden oder es können beispielsweise Auslösesignale für einen Stellungswechsel oder konkrete Sollpositionen von einer externen Einrichtung bereitgestellt werden. Um ein gewünschtes Bewegungsverhalten zu realisieren ist es hierbei zweckmäßig, die relative Position des Kolbens 6 bezüglich des Pneumatikzylinders 5 durch einen Sensor 41 zu erfassen. Im Beispiel erfolgt dies dadurch, dass der Kolben 6 eine Magnetkodierung 45 aufweist, die über einen Magnetfeldsensor 41, beispielsweise einen Hall-Sensor, erfassbar ist.
  • Die Steuereinrichtung kann ergänzend oder alternativ zur Position des Kolbens 6 auch eine aus den Sensordaten ermittelte Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Kolbens 6 berücksichtigen. In einem einfachen Beispiel kann beispielsweise bei einem Erreichen einer bestimmten Position vor einem Anschlag bei einer Bewegung des Kolbens 6 auf den Anschlag zu, insbesondere in Abhängigkeit der aktuellen Geschwindigkeit des Kolbens 6, eine Beschleunigung des Kolbens 6 reduziert beziehungsweise dieser stark gebremst werden, indem der Strömungswiderstand für aus der zu verkleinernden Kammer 7 beziehungsweise 8 ausströmendes Gas durch Schließen eines oder beider Sperrventile 20, 21 erhöht wird.
  • Es ist jedoch auch möglich, komplexere Steuervorgänge durchzuführen, bei denen beispielsweise für eine bestimmte Stellung des Kolbens 6 ein Sollbewegungsmuster vorgegeben ist und durch Anpassung der Betriebszustände die tatsächliche über den Sensor 41 erfasste Bewegung des Kolbens 6 derart geregelt wird, dass eine Abweichung zur Sollbewegung minimiert wird.
  • Prinzipiell ist es möglich, auf den Kolben 6 wirkende Kräfte anhand einer über den Sensor 41 erfassten Beschleunigung des Kolbens 6 zu erkennen und bei der Steuerung der Pneumatikvorrichtung 1 zu berücksichtigen. Um entsprechende Kräfte schneller zu erkennen und hierdurch beispielsweise eine Regelverzögerung zu minimieren, kann es jedoch vorteilhaft sein, über Sensoren 42, 43 den Druck in der jeweiligen Kammer 7, 8 zu erfassen und/oder über den Sensor 44 die Orientierung des Pneumatikzylinders 5 und somit auch des Kolbens 6 im Raum, um einen Einfluss der Schwerkraft auf die Kolbenbewegung 6 zu ermitteln und bei der Steuerung zu berücksichtigen. Hierdurch können beispielsweise Überschwinger einer Positionsreglung und andere Ungenauigkeiten minimiert werden, wodurch besonders ruck- und vibrationsarme Kolbenbewegungen erreicht werden können.
  • Um die Bewegung des Kolbens 6 möglichst genau steuern zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn mehr als drei voneinander unterschiedliche Strömungswiderstände zum Entlüften der jeweiligen Kammer 7, 8 bereitgestellt werden können. Dies kann in der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung besonders einfach dadurch realisiert werden, dass die Leitungszweige 16, 17 derart ausgestaltet werden, dass sie bei jeweils geöffnetem Sperrventil 20, 21 voneinander unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Drossel beziehungsweise Blenden 24, 25 in den Leitungszweigen 16, 17 genutzt werden, die voneinander unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen. Ergänzend oder alternativ ist es auch möglich, in wenigstens einem der Leitungszweige 16, 17 eine Blende 24, 25 beziehungsweise Drossel vorzusehen, deren Strömungsquerschnitt einstellbar ist.
  • Während in der Pneumatikvorrichtung 1 durch die Steuereinrichtung 14 bedarfsgerecht verschiedene Betriebszustände der Ventilanordnung 9 einstellbar sind, in denen unterschiedliche Strömungswiderstände für die Entlüftung einer jeweiligen Kammer 7, 8 resultieren, kann es zweckmäßig sein, in unterschiedlichen Anwendungsfällen unterschiedliche maximale beziehungsweise minimale Strömungswiderstände zu nutzen beziehungsweise auch die Strömungswiderstände für Zwischenstufen anzupassen. Dies ist in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch besonders einfach möglich, dass die Abschnitte 32, 33 der Leitungszweige 16, 17 beziehungsweise der Abschnitt 34 der Bypassleitung 23, in denen jeweils die den Strömungswiderstand dominierende Blende 24 - 26 angeordnet ist, als separate Module ausgebildet sind, wie an einem jeweiligen Abluftanschluss 28, 29 eines Pneumatikmoduls 27 angebracht sind, das den Pneumatikzylinder 5 mit dem Kolben 6 und jenen Teil des Leitungsnetzes 10, der die Ventilanordnung 9 umfasst, umfasst. Hierdurch sind die Blenden 24 bis 26 beziehungsweise die diese umfassenden Abschnitte 32 - 34 der Leitungszweige 16, 17 leicht austauschbar beziehungsweise es können verschiedene Blenden 24 - 26 und/oder Drosseln und/oder Module, die entsprechenden Leitungsabschnitte 32 - 34 umfassen, genutzt werden, um das Pneumatikmodul 27 auf unterschiedliche Anforderungen anzupassen.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Ventilanordnung 9 zwei Teilanordnungen 35, 36. Die erste Teilanordnung 35 dient hierbei dazu, in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand die Kammer 8 mit der Abluftleitung 15 und somit zumindest mit der Ausströmöffnung 13 und je nach Schaltzustand der zweiten Teilanordnung 36 optional zusätzlich mit den Ausströmöffnungen 11 und 12 zu verbinden, während die Kammer 7 mit der Druckquelle 39 verbunden ist. Durch Umschalten beider Wegeventile 47, 48 der ersten Teilanordnung 35 kann hingegen die Kammer 8 mit der Druckquelle 39 und die Kammer 7 mit der Abluftleitung 15 und somit wie erläutert mit den Ausströmöffnungen 11 - 13 verbunden werden. Optional kann auch ein Betriebszustand genutzt werden, bei dem ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Schaltstellung durch ausschließliches Umschalten des Wegeventils 48 beide Kammern 7, 8 mit der Abluftleitung 15 verbunden sind, womit ein rascher Druckausgleich zwischen den Kammer 7, 8 ermöglicht wird, wodurch der Kolben 6 näherungsweise frei beweglich ist.
  • Die bisherige Diskussion geht davon aus, dass eine Abfuhr von Gas aus den Kammern 7, 8 ausschließlich über die Abluftleitung 15 erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Steuereinrichtung bei Erfüllung einer von den Sensordaten der Sensoren 41 - 44 abhängigen Rekuperationsbedingung jene der Kammer 7, 8 deren Volumen durch die momentane Bewegung des Kolbens 6 verkleinert wird, durch Ansteuerung der Wegeventile 47, 48 der ersten Teilanordnung 35 mit der Druckquelle 39 verbindet. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn der Druck in der sich verkleinerten Kammer, der beispielsweise über den Sensor 41 beziehungsweise 43 direkt erfasst werden kann, oberhalb des Drucks der Druckquelle liegt, da in diesem Fall Gas zurück in die Druckquelle gespeist werden kann, wodurch die Effizienz der Pneumatikvorrichtung 1 weiter erhöht werden kann.
  • Fig. 2 zeigt eine Pneumatikvorrichtung 2, die weitgehend wie die in Fig. 1 gezeigten Pneumatikvorrichtung 1 aufgebaut ist, jedoch in einigen Punkten modifiziert ist, die im Folgenden genauer erläutert werden.
  • Ein erster Unterschied ist, dass die erste Teilanordnung 35 zur selektiven Verbindung der jeweiligen Kammer 7, 8 mit der Druckbeaufschlagungsleitung 40 oder der Abluftleitung 15 statt durch die zwei in Fig. 1 genutzten Wegeventile 47, 48 durch ein gemeinsames Wegeventil 49 gebildet ist. Im Beispiel wird hierbei ein 4/3-Wegeventil mit gesperrter Mittelstellung genutzt. Alternativ wäre es beispielsweise möglich, eine zusätzliche Ventilstellung vorzusehen, um die Kammern 7, 8 unmittelbar über das Wegeventil 49 zu verbinden und/oder am Ventil weitere Anschlüsse, beispielsweise separate Anschlüsse für die Leitungszweige 16, 17 und/oder die Bypassleitung 23 vorzusehen.
  • Als weiterer Unterschied zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden in der Pneumatikvorrichtung 2 die Leitungszweige 16, 17 und die Bypassleitung 23 nach der jeweiligen Blende 24, 25, 26 in einer gemeinsamen Ausströmleitung 18 zusammengeführt, womit für die gesamte Pneumatikvorrichtung 2 nur eine Ausströmöffnung 11 erforderlich ist. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel, die Ausströmöffnung 11 mit einem Schalldämpfer 50 versehen ist, da in diesem Fall durch Nutzung eines gemeinsamen Schalldämpfers für beide Leitungszweige 16, 17 und die Bypassleitung 23 der Bauraumbedarf der Pneumatikvorrichtung 2 reduziert werden kann.
  • Die Nutzung einer gemeinsamen Ausströmleitung 18 ist in dem in Fig. 2 gezeigtem Ausführungsbeispiel besonders einfach möglich, da dort die Blenden 24 - 26 nicht außerhalb eines Pneumatikmoduls 27 als separate Komponenten beziehungsweise als Teil von separaten Modulen ausgebildet sind, wie dies in Fig. 1 der Fall war. Soll solch ein modularer Aufbau genutzt werden, könnte trotzdem eine gemeinsame Ausströmleitung 18 genutzt werden, beispielsweise indem die Abschnitte 32 - 34 der Leitungszweige 16, 17 beziehungsweise der Bypassleitung 23 nach dem Führen durch die jeweilige Blende 24 - 26 in einer Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels zurück in das Pneumatikmodul 27 geführt und dort in einer gemeinsamen Ausströmleitung zusammengeführt würden.
  • Fig. 3 zeigt ein Pneumatikmodul 52, das in dem in Fig. 1 genutzten Ausführungsbeispiel statt dem Pneumatikmodul 27 nutzbar wäre. Im Wesentlichen unterscheidet sich das Pneumatikmodul 52 von dem in Fig. 1 genutzten Pneumatikmodul 27 dadurch, dass als zweite Teilanordnung 36 der Ventilanordnung 9 ein 3/3-Wegeventil genutzt wird, durch das wahlweise beide Leitungszweige 16, 17 von der Abluftleitung 15 getrennt werden oder jeweils einer der Leitungszweige 16, 17 mit der Abluftleitung 15 verbunden wird. Somit kann durch geeignete Ansteuerung des Wegeventils 22 durch die Steuereinrichtung 14 ausschließlich die Bypassleitung 23 oder die Bypassleitung gemeinsam mit entweder dem ersten Leitungszweig 16 oder dem zweiten Leitungszweig 17 zur Entlüftung der jeweiligen Kammer 7, 8 genutzt werden.
  • Weisen die Leitungszweige 16, 17 beziehungsweise darin angeordnete Blenden 24, 25 beziehungsweise Drosseln voneinander unterschiedliche Strömungswiderstände auf, können durch die drei Schaltstellungen des Wegeventils 22 somit drei verschiedene Strömungswiderstände zum Abführen von Gas aus der jeweiligen mit der Abluftleitung 15 verbundenen Kammer 7, 8 eingestellt werden.
  • Die in Fig. 3 gezeigte Ausgestaltung könnte beispielsweise dadurch modifiziert werden, dass in einem der Schaltzustände des Wegeventils 22 beide Leitungszweige 16, 17 mit der Abluftleitung 15 verbunden werden. Dieser Schaltzustand kann einen der Schaltzustände ersetzen, in dem nur einer der Leitungszweige 16, 17 mit der Abluftleitung 15 verbunden wird, oder es kann sich hierbei um einen zusätzlichen Schaltzustand handeln, um die mögliche Anzahl bereitstellbarer Strömungswiderstände zu erhöhen.
  • Die in Fig. 4 dargestellte Pneumatikvorrichtung 3 entspricht weitgehend der in Fig 2 dargestellten Pneumatikvorrichtung 2, wobei abweichend für die erste Teilanordnung 35 die bereits mit Bezug zu Fig. 1 erläuterte Ausgestaltung gewählt wurde. Statt der Nutzung zweier Leitungszweige 16, 17 mit einem jeweiligen Sperrventil 20, 21 wird in Fig. 4 jedoch nur ein einziger Leitungszweig genutzt, dessen Strömungswiderstand durch ein Proportionalventil 46 einstellbar ist. Die Steuereinrichtung 14 ist hierbei dazu eingerichtet, wenigstens drei verschiedene Stellungen des Proportionalventils 46 einzustellen, um wenigstens drei unterschiedliche Strömungswiderstände für aus einer jeweiligen Kammer 7, 8 abzuführendes Gas einzustellen.
  • Die in Fig. 5 gezeigte Pneumatikvorrichtung 4 unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten Pneumatikvorrichtung 2 einerseits dadurch, dass die erste Teilanordnung 35 der Ventilanordnung 9 statt über ein einzelnes Wegeventil 49 über zwei Wegeventile 47, 48 implementiert ist, wie dies bereits mit Bezug auf Fig. 1 erläutert wurde. Zudem ist die Kammer 8 auf andere Weise mit der Ausströmöffnung 11 verbunden, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird: Die Kammer 7 ist, wie bereits zu Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 erläutert wurde, in allen zur Entlüftung der Kammer 7 dienenden Betriebszuständen der Ventilanordnung 9 mit der Abluftleitung 15 verbunden, wobei die Abluftleitung 15 einerseits dauerhaft über die Bypassleitung 23 und andererseits schaltbar über die Leitungszweige 16, 17 mit der Ausströmöffnung 11 verbunden ist.
  • In jenen Zuständen, die zur Entlüftung der Kammer 8 dienen, also in dem in Fig. 5 gezeigten Schaltzustand des Wegeventils 47, ist die Kammer 8 jedoch auf der von der Abluftleitung 15 abgewandten Seite des Wegeventils 21 mit diesem verbunden. Ist das Wegeventil 21 somit im geschlossenen Zustand, wie in Fig. 5 dargestellt ist, erfolgt eine Entlüftung der Kammer 8 ausschließlich über die Blende 24 beziehungsweise den hinteren Abschnitt des Leitungszweiges 17.
  • Durch Verstellen des Wegeventils 21 wird die Kammer 8 jedoch zusätzlich mit der Abluftleitung 15 und somit zumindest über die Bypassleitung 23 und, bei zusätzlicher Betätigung des Sperrventils 20 über den Leitungszweig 16 mit der Ausströmöffnung 11 verbunden.
  • Auch in der in Fig. 5 gezeigten Ausgestaltung können somit bei gleichen Strömungswiderständen der Leitungszweige 16, 17 beziehungsweise der Blenden 24, 25 drei verschiedene Strömungswiderstände zum Entlüften der jeweiligen Kammer 7, 8 bereitgestellt werden beziehungsweise bei unterschiedlichen Strömungswiderständen der Leitungszweige 16, 17 beziehungsweise Blenden 24, 25 sogar vier verschiedene Strömungswiderstände.

Claims (15)

  1. Pneumatikvorrichtung mit einem Pneumatikzylinder (5) und einem in dem Pneumatikzylinder (5) beweglich gelagerten Kolben (6), durch den ein Innenraum des Pneumatikzylinders (5) in zwei Kammer (7, 8) unterteilt ist, wobei die Kammern (7, 8) mit einem eine Ventilanordnung (9) umfassenden Leitungsnetz (10) der Pneumatikvorrichtung (1-4) verbunden sind, wobei das Leitungsnetz (10) dazu eingerichtet ist, die jeweilige Kammer (7, 8) in mehreren zur Entlüftung der jeweiligen Kammer (7, 8) dienenden Betriebszuständen der Ventilanordnung (9) mit einer Ausströmöffnung (11-13) oder wenigstens einer jeweiligen ausgewählten von mehreren Ausströmöffnungen (11-13) der Pneumatikvorrichtung (1-4) zu verbinden und in wenigstens einem weiteren Betriebszustand der Ventilanordnung (9) von der Ausströmöffnung (11-13) oder allen Ausströmöffnungen (11-13) zu trennen, wobei eine Steuereinrichtung (14) der Pneumatikvorrichtung (1-4) dazu eingerichtet ist, den Betriebszustand der Ventilanordnung (9) einzustellen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Leitungsnetz (10) derart ausgebildet ist, dass in wenigstens drei der zur Entlüftung der jeweiligen Kammer (7, 8) dienenden Betriebszustände die Verbindung der jeweiligen Kammer (7, 8) zu der Ausströmöffnung (11-13) oder der jeweiligen ausgewählten Ausströmöffnung (11-13) mit voneinander unterschiedlichen Strömungswiderständen erfolgt.
  2. Pneumatikvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kammern (7, 8) zumindest in den zur Entlüftung der jeweiligen Kammer (7, 8) dienenden Betriebszuständen mit einer Abluftleitung (15) verbunden ist, wobei das Leitungsnetz wenigstens zwei Leitungszweige (16, 17) umfasst, die sich jeweils von der Abluftleitung (15) des Leitungsnetzes zu einer oder einer jeweiligen Ausströmleitung (18, 19) erstrecken, wobei die oder die jeweilige Ausströmleitung (18, 19) mit der Ausströmöffnung (11-13) oder jeweils wenigstens einer der Ausströmöffnungen (11-13) verbundenen ist,
    - wobei einerseits in den Leitungszweigen (16, 17) jeweils ein Sperrventil (20, 21) der Ventilanordnung (9) angeordnet ist, um den jeweiligen Leitungszweig (16, 18) in Abhängigkeit des Betriebszustands der Ventilanordnung (9) freizugeben oder zu sperren, wobei in den wenigstens drei zur Entlüftung der jeweiligen Kammer (7, 8) dienenden Betriebszuständen voneinander unterschiedliche Leitungszweige (16, 17) und/oder voneinander unterschiedliche Kombinationen von Leitungszweigen (16, 17) freigegeben sind, und/oder
    - wobei andererseits ein Wegeventil (22) der Ventilanordnung (9) dazu eingerichtet ist, die Abluftleitung (15) oder die Ausströmleitung (18, 19) selektiv mit den verschiedenen Leitungszweigen (16, 17) zu verbinden, wobei in den wenigstens drei zur Entlüftung der jeweiligen Kammer (7, 8) dienenden Betriebszuständen voneinander unterschiedliche Leitungszweige (16, 17) und/oder voneinander unterschiedliche Kombinationen von Leitungszweigen (16, 17) mit der Abluftleitung (15) und der oder der jeweiligen Ausströmleitung (18, 19) verbunden sind.
  3. Pneumatikvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Leitungszweige (16, 17) voneinander unterschiedliche Strömungswiderständen aufweisen.
  4. Pneumatikvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Leitungszweigen (16, 17) oder in allen Leitungszweigen (16, 17) jeweils eine Blende (24, 25) und/oder eine Drossel angeordnet ist.
  5. Pneumatikvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem ersten der Leitungszweige (16, 17) angeordnete Drossel und/oder Blende (24, 25) einen Strömungsquerschnitt aufweist, der sich von dem Strömungsquerschnitt der in einem zweiten der Leitungszweige (16, 17) angeordneten Blenden (24, 25) und/oder Drosseln unterscheidet und/oder dass wenigstens ein der Blenden (24, 25) und/oder Drosseln einen einstellbaren Strömungsquerschnitten aufweist.
  6. Pneumatikvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pneumatikvorrichtung (1) ein Pneumatikmodul (27, 52) umfasst, das zumindest den Pneumatikzylinder (5), den Kolben (6) und jenen Teil des Leitungsnetzes, der die Abluftleitung (15) und die Ventilanordnung (9) umfasst, ausbildet, wobei das Pneumatikmodul (27, 52) für mehrere oder alle der Leitungszweige (16, 17) einen jeweiligen Abluftanschluss (28, 29) aufweist, über den ein jeweiliger separat von dem Pneumatikmodul (27, 52) ausgebildeter Abschnitt (32, 33) des jeweiligen Leitungszweiges (16, 17) an das Pneumatikmodul (27, 52) angeschlossen ist, wobei der separat von dem Pneumatikmodul (27, 52) ausgebildete Abschnitt die Drossel und/oder Blende (24, 25) des jeweiligen Leitungszweiges (16, 17) umfasst.
  7. Pneumatikvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der Kammern (7, 8) in allen zur Entlüftung der ersten Kammer (7, 8) dienenden Betriebszuständen mit der Abluftleitung (15) verbunden ist, wobei einer der Leitungszweige (16, 17) an der von der Abluftleitung (15) abgewandten Seite des in diesem Leitungszweig (16, 17) angeordneten Sperrventils (20, 21) oder des Wegeventils (22), das zur selektiven Verbindung der Abluftleitung (15) mit den verschiedenen Leitungszweigen (16, 17) dient, in allen zur Entlüftung der zweiten der Kammern (7, 8) dienenden Betriebszustände mit der zweiten Kammer (7, 8) verbunden ist.
  8. Pneumatikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Teilanordnung (35) der Ventilanordnung (9) dazu eingerichtet ist, die oder eine Abluftleitung (15) des Leitungsnetzes (10) in einer ersten Gruppe der Betriebszustände der Ventilanordnung (9) mit einer ersten der Kammern (7, 8) und in einer zweiten Gruppe der Betriebszustände der Ventilanordnung (9) mit der zweiten der Kammern (7, 8) zu verbinden, wobei eine zweite Teilanordnung (36) der Ventilanordnung (9) zumindest in Teilen der zur Entlüftung einer der Kammern (7, 8) dienenden Betriebszustände die Abluftleitung (15) mit der Ausströmöffnung (11-13) oder wenigstens einer jeweiligen der Ausströmöffnungen (11-13) verbindet.
  9. Pneumatikvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Abluftleitung (15) des Leitungsnetzes (19), die zumindest in den zur Entlüftung der jeweiligen Kammer (7, 8) dienenden Betriebszuständen mit der jeweiligen Kammer (7, 8) verbunden ist, unabhängig vom Betriebszustand der Ventilanordnung (9) dauerhaft über wenigstens eine Bypassleitung (23) mit der Ausströmöffnung (11-13) oder wenigstens einer der Ausströmöffnungen (11-13) verbunden ist.
  10. Pneumatikvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (7, 8) jeweils über genau einen Kammeranschluss (37, 38) mit dem Leitungsnetz (10) verbunden sind, wobei die Ventilanordnung (9) derart eingerichtet ist, dass die oder eine erste Teilanordnung (35) der Ventilanordnung (9) den jeweiligen Kammeranschluss (37, 38) in wenigstens einem zur Druckbeaufschlagung der jeweiligen Kammer (7, 8) dienenden Betriebszustand von der Ausströmöffnung (11-13) oder allen Ausströmöffnungen (11-13), und insbesondere von der Abluftleitung (15), trennt und mit einem Druckluftanschluss (31) und/oder einer Druckluftquelle (39) der Pneumatikvorrichtung (1) verbindet.
  11. Pneumatikvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilanordnung (35) der Ventilanordnung (9) dazu eingerichtet ist, eine Druckbeaufschlagungsleitung (40) der Pneumatikvorrichtung (1-4), die mit dem Druckluftanschluss (31) und/oder der Druckquelle (39) verbunden ist, in der oder einer zweiten Gruppe der Betriebszustände der Ventilanordnung (9) mit der oder einer ersten der Kammern (7, 8) und in der oder einer ersten Gruppe der Betriebszustände der Ventilanordnung (9) mit der zweiten der Kammern (7, 8) zu verbinden.
  12. Pneumatikvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (9) derart eingerichtet ist, dass bei stromloser Ventileinrichtung (9) eine ausgewählt der Kammern (7, 8) mit der oder einer Druckquelle (39) und/oder dem oder einem Druckluftanschluss (31) der Pneumatikvorrichtung (1) verbunden ist und die andere der Kammern (7, 8) mit der Ausströmöffnung (11-13) oder wenigstens einer der Ausströmöffnungen (11-13) verbunden ist, wobei insbesondere die Verbindung zwischen der anderen Kammer (7, 8) und der Ausströmöffnung (11-13) in jenem der zur Entlüftung dieser Kammer (7, 8) dienenden Betriebszustände erfolgt, in dem der höchste Strömungswiderstand für die Entlüftung resultiert.
  13. Pneumatikvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Sensor (41-44) umfasst, der zur Erfassung von Sensordaten bezüglich der Position des Kolbens (6) bezüglich des Pneumatikzylinders (5) und/oder bezüglich der Orientierung des Kolbens (6) und/oder des Pneumatikzylinders (5) im Raum und/oder bezüglich des Drucks in wenigstens einer der Kammern (7, 8) eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, den Betriebszustand der Ventilanordnung (9) in Abhängigkeit der Sensordaten einzustellen.
  14. Pneumatikvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, bei Erfüllung einer von den Sensordaten abhängigen Rekuperationsbedingung die Ventilanordnung (9) derart anzusteuern, dass jene der Kammern (7, 8), deren Volumen aktuell durch die Bewegung des Kolbens (6) verkleinert wird, mit der oder einer Druckquelle (39) verbunden wird, um Druckluft in die Druckquelle (39) zurück zu führen.
  15. Pneumatikvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kammer (7, 8) in mehreren oder allen der zur Entlüftung dieser Kammer (7, 8) dienenden Betriebszuständen über ein Proportionalventil (46) mit der Ausströmöffnung (11-13) oder mit wenigstens einer der Ausströmöffnungen (11-13) verbunden ist, wobei der Öffnungsgrad des Proportionalventils (46) in diesen Betriebszuständen voneinander unterschiedlich ist.
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