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Die Erfindung betrifft ein Anfahrventil für pneumatische Drucksysteme, das ein gedämpftes Einschalten eines Druckmittelweges für die Drucksysteme realisiert.
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Ein solches Anfahrventil ist beispielsweise aus den Firmendrucksachen der Knocks-Fluid GmbH unter der Typenbezeichnung KSSV-238 und 212 sowie aus der Firmenpublikation A.33 F, bekannt geworden. Wie den Diagrammen für die Anfahrfunktion bzw. Füllcharakteristik des A.33 F zu entnehmen ist, steigt der Ausgangsdruck in einem vorgegebenen Zeitrahmen gedämpft an und erst bei Erreichen einer bestimmten Druckhöhe wird eine Durchschaltung des Eingangdruckes auf den Ausgang des Anfahrventils vorgenommen.
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So ist auch der
EP 0 758 063 B1 ein Startventil für pneumatische Anlagen zu entnehmen, welches einen langsamen Druckaufbau einer Anlage realisiert. Darüber hinaus ist für eine Rückentlüftung, d. h. das System wird nach der Benutzung wieder entlüftet, eine Schnellentlüftung vorhanden.
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Ebenfalls wird in der
DE 1 283 627 ein Druckmittel betätigtes Steuerventil beschrieben, das eine Druckkammer für ein Hauptventil in Form eines Steuerschiebers, einem Hilfsventil und einer Einrichtung zur Vermeidung von Steuerungsschlägen beschreibt.
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In der
US 5,337,788 wird ein Anfahrventil offenbart, welches ein Nadelventil zeigt, das eine direkte Verbindung des eingangsseitig anstehenden Druckes auf den Ausgang des Anfahrventiles ermöglicht. Hierzu ist das Nadelventil jedoch mittels eines zusätzlichen Werkzeuges betätigbar, so dass eine schnelle Veränderung des Druckverhaltens innerhalb des Ventiles nicht gegeben ist.
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Wie bereits ausgeführt, sind aus dem Stand der Technik Anfahrventile bekannt, die eine Schnellentlüftung beinhalten. Eine derartige Schnellentlüftung oder Systementlüftung ist ausschließlich dafür vorgesehen, dass der ausgangsseitige Druck des Anfahrventils beispielsweise am Ende einer Arbeitsschicht aus den Druckmittelleitungen abgelassen werden kann, damit auf den Systemen und Leitungen im nicht benutzten Zustand kein Druck vorhanden ist.
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Bei derartigen Drucksystemen, die vielfach in Fertigungsbereichen bzw. auch Fertigungsautomaten eingesetzt werden, kommt es immer wieder vor, dass die einzelnen Komponenten eines derartig komplizierten Drucksystems aufgrund des ständigen Einsatzes einem Verschleiß unterliegen und es somit zu Leckagen kommt, die nicht beabsichtigt sind. Eine solche Leckage bedeutet einen Druckverlust, der im täglichen Betrieb, wenn die Anlagen laufen, nicht ins Gewicht fällt, da der Eingangsdruck für derartige Drucksysteme vor dem Anfahrventil ausreichend groß bemessen ist.
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Nach einer Rückentlüftung des Drucksystems ist es bei einem erneuten Start es notwendig, dass ein langsamer Druckaufbau mit einer bestimmten Verzögerung erfolgt. Durch eine derartige Maßnahme wird sichergestellt, dass entsprechende pneumatische Systeme und Stellglieder von komplexen Anlagen sich nur langsam in ihre Ausgangslage bewegen, falls sie sich nicht in einer solchen befinden. Durch ein derartiges Anfahren über die bekannten Anfahrventile werden Gefahren für Mensch und Maschine, die auftreten können, wenn die Stellglieder durch einen plötzlichen Druckanstieg ungebremst in ihre Ausganglage gepresst oder gestoßen werden, verringert oder gänzlich vermieden. Durch die bereits genannten Leckagen innerhalb eines solchen Druckluftsystems ist es jedoch teilweise unmöglich, ein geregeltes Befüllen der Leitungen und damit auch der Stellglieder durchzuführen, weil die Anfahrventile keinen ausreichenden Umschaltdruck für die Umschaltung der nachfolgenden Systeme liefern. Dieses würde jedoch bedeuten, dass ein normaler Betrieb einer solchen Anlage nicht aufgenommen werden kann, weil kein ausreichender Druck vorhanden ist.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Möglichkeit zu schaffen, dass die Anfahrphase eines Anfahrventils unterbrochen werden kann, damit der Produktionsbetrieb mit der notwendigen Druckmittelversorgung ausgestattet werden kann.
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Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch Merkmale gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.
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Da eine ordnungsgemäße Funktion eines Anfahrventils nur dann gegeben ist, wenn an der Ventilausgangsseite keine allzu großen Leckagen vorhanden sind, ist es notwendig, eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestattet, innerhalb der gedämpften Einschaltphase doch ein direktes Durchschalten des eingangsseitig anstehenden Druckes auf den Ausgang des Anfahrventils unter teilweisem Abbruch der gedämpften Eingangsphase zu realisieren. Eine derartige Vorrichtung ist grundsätzlich notwendig, da in komplexen Pneumatiksystemen die Leckagen in einer Größenordnung auftreten können, die ein automatisches Durchhalten des Anfahrventils unmöglich machen.
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Eine derartige Vorrichtung, die das gedämpfte Einschalten unterbindet, kann beispielsweise eine Zwangsentlüftung eines Teiles einer der Eingangsdruckraume des Anfahrventils sein. Derartige Vorrichtungen können dabei manuell als auch automatisch betätigt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine derartige Vorrichtung im Wesentlichen aus einem innerhalb des Ventilgehäuses vorhandenen federbelasteten Verschluss bestehen. Durch die Betätigung eines Knopfes oder dergleichen ist ein direktes Entlüften des Teiles des vorgenannten Eingangsdruckraumes gegeben, was zwangsläufig eine Durchschaltung des Eingangsdruckes auf den Ausgang des Anfahrventils bewirkt.
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So kann beispielsweise eine handbetätigte Vorrichtung als Taster oder Kugelhahn oder Ventil oder Schiebersystem oder dergleichen ausgebildet sein.
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Für eine automatisch betätigte Vorrichtung bieten sich Schaltventile oder Magnetschalter an. Bei einer automatisch betätigten Vorrichtung ist es möglich, die Schnellentlüftung nicht schlagartig wirken zu lassen sondern es ist auch hier ein zeitverzögerter Anstieg des Ausgangsdruckes möglich. Ein solcher zeitverzögerter Anstieg ist aber nur automatisch möglich, weil die Entlüftung nicht schlagartig erfolgt sondern beispielsweise Hubweise. Dieses entspricht zwar einem schnellen Durchschalten liegt aber unterhalb des direkten Durchschaltens.
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Da für die Platzierung einer derartigen Vorrichtung innerhalb des Ventilgehäuses des Anfahrventils nur eine Bohrung notwendig ist, ist es auch möglich diese Vorrichtung entsprechend zu einem späteren Zeitpunkt nachzurüsten, wenn die Bohrung bei einer Nichtbenutzung nicht verwendet wird. Durch eine derartige Zwangsentlüftung des bezeichneten Eingangsdruckraumes wird durch ein Eingreifen von außerhalb des Anfahrventiles der Schließkraft eines Kolbens, der als Differentialkolben ausgebildet ist, weggenommen. Durch eine derartige Zwangsentlüftung eines Druckraumes innerhalb des Anfahrventils wird ein Ungleichgewicht erzeugt, das zur Folge hat, dass eine Durchschaltung des Eingangsdruckes auf den Ausgang unmittelbar gegeben ist.
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Der verfahrenstechnische Ablauf für ein direktes Durchschalten eines Eingangsdruckes auf einen Ausgang eines Anfahrventils, dessen Ausgangs druck beim Beaufschlagen des Eingangsdruckes verzögert aufgebaut wird, ist im Falle von großen Leckagen so auszuführen, dass aufgrund der einstellbaren Drossel innerhalb des Anfahrventils der Ausgangsdruck am Ausgang des Anfahrventils nach einer vorgegebenen Zeitrampe steigt. Jedoch durch das Vorhandensein großer Leckagen wird innerhalb der vorgegebenen Zeit das zu versorgende Drucksystem nicht mit dem gewünschten Ausgangsdruck beaufschlagt. In einem solchen Falle kann, um beispielsweise eine nachfolgende Anlage in Betrieb zu nehmen, eine Zwangsentlüftung an dem Anfahrventil gezielt vorgenommen werden weil das Anfahrventil das gewünschte Füllen der Druckleitungen bei Leckagen verhindert. Eine derartige Zwangsentlüftung kann mit einer Vorrichtung von Hand oder automatisch erfolgen. Durch eine derartige Vorgehensweise ist es möglich, dass die Druckmittelanlage trotz der vorhandenen Leckage mit entsprechendem Druckpotential versorgt werden kann. Auch aufgrund der Tatsache, dass ja bereits innerhalb des Druckmittelsystems ein Teildruck sich aufgebaut, der jedoch nicht aufgrund des Anfahrventils über einen bestimmten Wert, der von der Leckage abhängig ist, hinaus kommt, ist es notwendig, den Eingangsdruck quasi auf den Ausgang des Anfahrventils durchzuschalten. Dieses Durchschalten hat in einem solchem Fall keine Auswirkungen auf Mensch und Maschine, weil die pneumatischen Stellglieder aufgrund des zwar geringeren Druckes sich in ihrer ordnungsgemäßen Ausgangslage ganz oder teilweise bereits bewegt haben. Dieses bedeutet, dass die Stellglieder nicht ungebremst in ihrer Ausgangslage gebracht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten möglichen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigt:
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1: Eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Anfahrventils mit einem Kolben;
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2: eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Anfahrventils;
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3: eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung für eine Zwangsentlüftung;
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4: ein Diagramm mit einem Kurvenverlauf eines ordnungsgemäßen Anfahrens einer Druckmittelversorgung eines Betriebes nach dem Stand der Technik;
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5: ein Diagramm mit einer Anfahrmöglichkeit, bei der aufgrund von vorhandenen Leckagen ein weiterer verzögerter Anstieg des Ausgangsdruckes realisiert wird;
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6: eine Diagrammausführung eines durch die Vorrichtung zwangsdurchgeschalteten Anfahrventils.
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Die 1 zeigt innerhalb eines Gehäuses 1 eines Anfahrventils 2 einen verschiebbaren Kolben 4. Da die Funktion derartiger Anfahrventile 2 hinlänglich bekannt ist, wird hier an dieser Stelle nicht im Einzelnen auf die Funktionsweise des Anfahrventils 2 eingegangen. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Eingang 3 für ein anstehendes Druckmittel mit einem Eingangsdruck P1 sowie ein Ausgang 5 für einen, durch das Anfahrventil 2 im Zeitpunkt des Einschaltens verzögert ansteigenden Ausgangsdruckes P2. Nachdem das Anfahrventil 2 seine Anfahrrampe zeitlich durchschritten und durchgeschaltet hat, ist der Eingangsdruck P1 = P2.
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Der Kolben 4 ist durch eine Druckfeder 6 belastet, so dass durch den Eingangsdruck P1 eine Füllung eines Eingangsdruckraumes 12 mit Druckluft durchgeführt wird. Gleichzeitig wird aber auch über eine einstellbare Drossel, die hier nicht gezeigt ist, ein Druckpotential in einem Steuerdruckraum 11, der oberhalb des Kolbens 4 sich befindet, aufgebaut. Dadurch, dass der Eingansdruck P1 auch auf der anderen Seite des Kolbens 4 gegen eine jedoch kleinere Wirkfläche ansteht, wird verzögert der Kolben 4 gegen den Druck der Druckfeder 6 so verschoben, dass mit einer Zeitverzögerung ein gedämpftes Durchschalten (siehe 5) des Eingangsdruckes P1 auf den Ausgang 5 als Druck P2 vorgenommen wird.
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Um ein Durchschauen des Anfahrventils 2 in einer Situation zu bewirken, in der der Aufbau des Ausgangsdruckes P2 nicht im zeitlichen Rahmen liegt, ist innerhalb eines Stopfens 14 in Verbindung mit einer Bohrung 8 eine Vorrichtung 7 integriert worden. Die Vorrichtung 7 hat die Aufgabe, den nicht ausreichenden Druck P2 gegenüber P1 zu erhöhen und zwar im Zuge einer Zwangsentlüftung des Eingangsdruckraumes 12. Durch die Zwangsentlüftung entsteht ein Ungleichgewicht an dem Kolben 4, so dass aufgrund des in dem Steuerdruckraum 11 anstehenden Druckes der Kolben 4 eine Durchschaltung des Druckes P1 auf den Ausgang 5 über den Ausgangsdruckraum 13 unmittelbar realisiert.
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In der 2 ist ein Anfahrventil 9 einer weiteren bevorzugten Bauart dargestellt. Auch hier soll auf die bekannte Funktion des Anfahrventils 9 nicht im Einzelnen eingegangen werden, da diese hinreichend bekannt sind. Der Kolben 4 ist bei diesem handelsüblichen Anfahrventil 9 mit einer Dichtung 10 versehen worden, so dass der darunter befindliche Eingangsdruckraum 12 ein entsprechendes Gegendruckpolster gegenüber einem nicht näher bezeichneten Steuerdruckraum aufbaut. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Ventilgehäuses 1 eine Bohrung 8 eingebracht worden, in die eine Vorrichtung 7 zur Zwangsentlüftung während der Befüllphase und damit des Druckaufbaus des pneumatischen Systems möglich ist.
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Eine mögliche Ausführung der Vorrichtung 7 kann in der 3, als so genannter Taster 20, entnommen werden. Dabei weist der Taster 20 eine Betätigungsfläche 15 auf, die mit einem Stößel 17 ausgestattet ist. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Verschlussteil 19, das eine Dichtung 18 beinhaltet so platziert, dass durch die Bohrung 8 der Stößel 17 hindurchtaucht. Außerhalb des Ventilgehäuses 1 ist der Stößel 17 durch eine Rückholfeder 16 belastet. Wird nun der Taster 20 Druck beaufschlagt, sei es von Hand oder automatisch, so würde zwangsläufig ein Druckabbau innerhalb des Eingangsdruckraumes 12 geschehen.
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In der 4 wird in einer schematischen Darstellung die Funktionsweise eines Anfahrventils nach dem Stand der Technik als Diagramm wiedergegeben. Dabei steigt der Druck über einen einstellbaren Zeitraum auf ca. 50% seines Ausgangsdruckes an und wird nach der entsprechend vorbenannten Zeit schlagartig durchgeschaltet, so dass der Eingangsdruck P1 gleich dem Ausgangsdruck P2 an dem Anfahrventil 2, 9 vorliegt.
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In der 5 wird aufgrund des Vorhandenseins der Vorrichtung 7 für eine Zwangsentlüftung während der Befüllphase des Systems zu einem Zeitpunkt, an dem sich ein weiterer Druckaufbau nicht mehr realisieren lässt, weil entsprechende Leckagen innerhalb des Drucksystems vorhanden sind, eine Zwangsentlüftung durchgeführt, die nicht schlagartig sondern auch hier etwas zeitverzögert abläuft.
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Bei dem Diagramm der 6 ist die Auswirkung einer Zwangsentlüftung während der Befüllphase wiedergegeben worden. Erst nachdem das Drucksystem bis zu einem entsprechenden Druckschwellwert oder einem Zeitfenster des gewünschten Arbeitsdruckes P2 ordnungsgemäß über ein nicht dargestelltes Drosselglied gefüllt wurde, schaltet die Vorrichtung 7 den vollen Druckmittelquerschnitt so durch, dass schlagartig der Ausgangdruck P2 an dem Druckmittelsystem anliegt.
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Durch die Vorrichtung 7 ist es möglich, ganz gezielt beim Vorhandensein von Leckagen den Einschaltpunkt für den vollen Druckmittelquerschnitt auf der ansteigenden Kurve festzulegen.
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Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei der Vorrichtung 7 um eine einfache Ausführung handelt, ist ein derartiges Anfahrventil 2, 9 beim Vorhandensein einer entsprechenden Bohrung 8 leicht mit der Vorrichtung 7 nachrüstbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilgehäuse
- 2
- Anfahrventil
- 3
- Eingang
- 4
- Kolben
- 5
- Ausgang
- 6
- Druckfeder
- 7
- Vorrichtung
- 8
- Bohrung
- 9
- Anfahrventil
- 10
- Dichtung
- 11
- Steuerdruckraum
- 12
- Eingangsdruckraum
- 13
- Ausgangsdruckraum
- 14
- Stopfen
- 15
- Betätigungsfläche
- 16
- Rückholfeder
- 17
- Stößel
- 18
- Dichtung
- 19
- Verschlussteil
- 20
- Taster
- p1
- Eingangsdruck
- p2
- Ausgangsdruck