DE3200531A1

DE3200531A1 - Anordnung fuer die zufuhr eines kompressiblen antriebsmediums zu einem antrieb

Info

Publication number: DE3200531A1
Application number: DE19823200531
Authority: DE
Inventors: Per-Arne Blidsberg Mattsson
Original assignee: BLIDSBERG VERKTYGSIND; Verktygsindustrie I Blidsberg AB
Current assignee: BLIDSBERG VERKTYGSIND; Verktygsindustrie I Blidsberg AB
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1982-01-11
Publication date: 1982-09-23
Also published as: FI820011L; IT1193056B; CH656926A5; ES508781A0; IT8283601A0; NL8200157A; CA1180615A; US4463656A; GB2091345B; JPS57173501A; FR2498269A1; GB2091345A; SE8100239L; SE430532B; DK15982A; FI67920C; ES8302219A1; NO820101L; FI67920B; BE891776A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordung für die Zufuhr eines kompressiblen Antriebsmediums zu einem Antrieb, welcher ein Gehäuse aufweist, in dem ein Körper zwischen vorgegebenen Endstellungen hin- und herbewegbar ist und das Innere des Gehäuses in zwei Kammern unterteilt, die abwechselnd als Druckkammern dienen und An- -IO triebsmedium von einer Quelle aufnehmen, die einen Mindestdruck hat, der den zum Treiben des Antriebs erforderlichen Druck des Mediums wesentlich überschreitet.

Typische Beispiele für Antriebe dieser Art sind doppelt- -I5 wirkende Linear- oder Rotations-Antriebe, die von Druckluft oder einem anderen,■unter Druck stehenden gasförmigen Medium getrieben werden, wobei der besagte Körper ein hin- und hergehender Kolben, ein schwingender Flügel oder ein Schieber, Läufer o.a. ist, der in einer Bohrung in abgedichteter Weise bewegbar und mit einer zu bewegenden Last verbunden ist. Der Weg, entlang dem sich der Körper bewegt, kann geradlinig oder gekrümmt sein oder praktisch jede andere Krümmung oder teilweise Krümmung und teilweise geradlinige Form haben, vorausgesetzt, daß er eine im allgemeinen ungehinderte Passage des Körpers zwischen den Endstellungen zuläßt. Es ist

für die Erfindung wesentlich, daß die Quelle für das Antriebsmedium nicht nur vorübergehend den Mindestdruck aufbringen kann, sondern eine so große Kapazität in bezug auf den Verbrauch durch den Antrieb hat, daß ein möglicher Druckabfall in der Quelle während und infolge des Betreibens des Antriebs vernachlässigt werden kann. Ein typisches Beispiel dafür ist das Treiben des Antriebs durch Druckluft von einer Kompressoreinheit, desse-n Kapazität in üblicher Weise so ausgelegt ist, -^q daß er für den Bedarf des Antriebs leicht ausreicht und möglicherweise noch für zusätzliche, an den Kompressor angeschlossene' Verbraucher verwendbar ist.

Es sei aus Gründen der Einfachheit und lediglich als -j₅ Beispiel angenommen, daß der Antrieb e.in mit Druckluft betriebener, doppeltwirkender Zylinder ist, der zur Bewegung einer Last zwischen zwei Stationen dient, beispielsweise einer Schiebetür, die zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung bewegt wird, in welchem Fall die Last in den beiden Bewegungsrichtungen gleich ist, oder eine Greifeinrichtung zwischen einer Lastaufnahmestellung und einer Lastabgabestellung, in der die Last in den beiden Bewegungsrichtungen unterschiedlich ist. Es sei ebenfalls lediglich als Beispiel angenommen, daß ein Kompressor zur Verfügung stehe, dessen Kapazität den maximalen Verbrauch des Zylinders

bei kontinuierlicher Arbeit mit höchstmöglicher Geschwindigkeit wesentlich überschreitet, so daß das Risiko eines Druckabfalls in der Druckquelle als Folge des Verbrauchs durch den Zylinder nicht besteht und daß.die κ Kompressoranordnung einen.Mindestdruck von beispielsweise 800 kPa liefert, während der Zylinder selDst bei geringster Arbeitsgeschwindigkeit seine beabsichtigte Arbeit bei einem Antriebsmitteldruck·von beispielsweise 600 kPa ausführen kann.

In einem solchen. Fall würde der Fachmann den Zylinder

ohne Zögern an die Kompressoranordnung auf die einfachste Weise anschließen, nämlich durch ein Übliches Richtungsventil, welches je nach Bedarf entweder von .p. Hand oder automatisch gesteuert, wird, beispielsweise durch eine Fernsteuerschaltung, und man würde natürlich einen Zylinder mit einer bekannt eingestellten oder veränderlichen Dämpfung wählen, d.h. mit einer automatischen Verzögerung der Kolbenbewegung in der Nähe der beiden Endstellungen. Als Resultat würde dann der Luftverbrauch des Zylinders je Zeiteinheit - unabhängig von möglichen kleineren Leckagen - das Produkt aus dem Zylindervolumen, der Anzahl der während der vorgegebenen Zeiteinheit durchgeführten Kolbenhübe und dem Umwandle lungsfaktor, etwa 8, sein, der zur Umformung des Resultats zu normalem atmosphärischem Druck benötigt wird.

Möglicherweise könnte der Fachmann, allerdings mit einer geringen Wahrscheinlichkeit, zur Verringerung des Luftverbrauchs einen Druckregler einbauen und auf einen Wert von 600-700 kPa vor dem Ri'chtungsventil einstellen, um dadurch den Umwandlungsfaktor entsprechend zu verringern. Dies führt jedoch unvermeidlich zu einer Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit des Zylinders, d.h. zu einer Erhöhung der für den Abschluß eines jeden Kolbenhubs erforderlichen Zeit.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die für die meisten Anwendungsfälle eine häufig wesentliche Einsparung von unter Druck stehendem Antriebsmedium - und damit der

-] 5 für den Betrieb des Antriebs verbrauchten Energie schafft und gleichzeitig die Arbeitsgeschwindigkeit des Antriebs beibehält und in vielen Fällen sogar erhöht, die der an der Antriebsmittelquelle erhältliche Überdruck erzeugen kann, wenn er zum Treiben des Antriebs unreduziert verwendet wird. Dieser vorteilhafte und überraschende Effekt der Erfindung basiert hauptsächlich auf der Tatsache, daß die Bedingungen für die Beschleunigung des bewegbaren Körpers des Antriebs verbessert sind, aber auch in der Tatsache, daß die Trägheit, d.h. die sogenannte kinetische Energie des Köi— pers, und sofern dies zutrifft, auch der davon getriebe-

nen Last, zumindest teilweise während der Arbeitshübe des Antriebs wiedergewonnen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind Einrichtungen zun Zuführen. des Antriebsmediums während einer Beendigur gsphase jedes Hubes von der Quelle zu derjenigen Kammer des Motors vorgesehen, die für den jeweiligen Augenblick als Druckkammer wirkt, und zwar mit einem geringeren' Druck als während der Anfangsphase· des gleichen Hubs.

-)O Dadurch wird erreicht, daß der Druck in der fraglichen Druckkammer am Ende des Hubs wesentlich geringer als der Druck des Antriebsmediums ist, welches während des Beginnes des nächsten Arbeitshubs zu der anderen Kammer des Antriebs, die dann die Druckkammer wird, zugeführt

-\ 5 wird. Dies führt zu einer erhöhten Beschleunigung des bewegbaren·Körpers in die entgegengesetzte Richtung des Hubes. Zur gleichen Zeit wird der Bedarf für eine Dämpfung, d.h. eine Verzögerung des Körpers in der Nähe seiner Endstellungen reduziert und damit wird auch eine sehr häufig unausnutzbare Umwandlung von kinetischer Energie in Wärme verringert.

Unter den weiteren Merkmalen der Erfindung, die aus den nachfolgenden Unteransprüchen erkennbar sind, ist die Kombinierung der zuvor erwähnten Einrichtungen für das zeitweilige Absenken des Drucks des zu der Druckkammer

während der Endphase des Hubes zugeführten Antriebsmediums von besonderer Bedeutung, da sie es ermöglicht, bereits bekannte und leicht erhältliche Standardbauteile zu verwenden und als Folge des Wettbewerbs zwischen verschiedenen Herstellern in hoher Qualität und zu vernünftigen Preisen erhältlich sind, wobei diese Bauteile zusätzlich zu ihrer bevorzugten Form'der Anordnung Einfachheit und Zuverlässigkeit verleihen, was nicht zuletzt vom Standpunkt der Herstellung und Wartung aus wertvoll ist.

Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, die beide in Form -von einfachen Schaltbildern dargestellt sind und die im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert werden:

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, bei der ein vorhergehender Kolbenhub nach' links beendet und ein nachfolgender Kolbenhub nach rechts noch nicht begonnen wurde.

Figur 2 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, mit gerade begonnener Kolbenbewegung nach rechts.

Figur 3 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, wobei der Kolben etwa die halbe Strecke nach rechts bewegt worden ist.

Figur 4 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 mit sich an die rechte Endstellung annäherndem Kolben.

Figur 5 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 mit in rechter Endstellung stehendem Kolben.

Figur 6 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 unmittelbar nach der erneuten Kolbenbewegung nach links.

Figur 7 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 mit sich etwa in der Mittelstellung auf dem Weg zur Ausgangsposition befindlichem Kolben.

Figur 8 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1,

wobei der Kolben sich an die linke Endstellung annähert.

Figur 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Kolbenstellung ähnlich wie Figur 3.

Es wird darauf hingewiesen, daß sich die in den Figuren 5 bis 8 dargestellten Arbeitsstellungen einer . ersten Anordnung von denen gemäß den Figuren 1 bis 4 lediglich durch veränderte Stellungen von gewissen Ventilen in der Anordnung unterscheiden, die auf eine umgekehrte Bewegungsrichtung des Kolbens zurückzuführen sind. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß im Betrieb der in Figur 9 dargestellten zweiten Anordnung im allgemeinen die gleiche Folge von Stellungen wie bei der -jQ ersten Anordnung erkennbar ist.

Die in den Figuren 1 bis 8 dargestellte erste Anordnung weist hauptsächlich einen doppeltwirkenden Zylinder 1 auf, der eine übliche Abbremseinrichtung von bekannter

-j ₅ Weise an beiden Enden aufweist und einen Kolben 2 mit einer Kolbenstange 3 besitzt. Außerhalb des Zylinders 1 ist die Kolbenstange 3 mit einer Steuernocke 4 versehen, die zwei identische Umschaltventile 5 und 6, welche eine Rückstellfeder aufweisen, mechanisch betä-

20. tigt. Der Kolben 2 ist an eine nicht dargestellte Last' angeschlossen, die auf bekannte Weise beliebig angetrieben werden soll.

Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die Kolben-Zylinderanordung 1-3 lediglich schematisch für jede Art von Antrieb angegeben ist, bei der ein Körper unter der

Einwirkung eines mit Druck zugeführten Antriebsmediums entlang eines beliebigen Weges zwischen zwei vorgegebenen Endstellungen vor und zurück bewegbar ist und daß die unmittelbare mechanische Einwirkung der Steuerte nocke 4 auf die beiden Umschaltventile 5 und 6 lediglich die Existenz einer solchen Verbindung zwischen dem Antrieb und den Ventilen andeuten soll, wobei die letzteren in der einen oder anderen Weise in Abhängigkeit von der Stellung des verschiebbaren Körpers innerer) halb des Antriebs gesteuert werden.

Die Bezugszeichen 1-3 können somit ebenso für einen umlaufenden Antrieb stehen, d.h. einen Rotationsantrieb, der einen begrenzten Drehwinkel hat, wobei die

^g Steuerung der Umschaltventile 5 und 6 beispielsweise durch eine Kurvenscheibe erfolgen kann, die auf der Welle des Drehantriebs sitzt. In einer anderen Ausführung ist der Antrieb ein Linearantrieb mit einer Membran oder einem anderen bewegbaren Stoßelement zum Treiben eines Mediums, ein Zylinder mit einer Doppelendstange und Doppelsteuernocken, und zwar eine für jedes Ventil, usw. In einer anderen Ausführung ist der Kolben in ebenfalls an sich bekannter Weise ein Läufer oder Schieber, der in einer Bohrung mit in Längsrichtung verlaufendem Schlitz verschiebbar ist, durch den ein mit dem Läufer verbundenes Teil vorsteht, der jedoch im

übrigen durch Dichtelemente verschlossen ist, die sich seitlich wegbiegen oder vorhangartig sind', wobei das mit dem Läufer verbundene vorstehende Teil zur Steuerung der Umschaltventile 5 und 6 verwendbar ist.

Im übrigen braucht die Steuerung der Ventile nicht

■ i.

unmmittelbar und mechanisch in der in den Figuren dargestellten Weise zu erfolgen, sondern es ist auch jede andere Art von indirekter Steuerung denkbar und in

-jO manchen Fällen sogar vorzugsweise verwendbar, beispielsweise mittels elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Fernsteuerschaltung. Ein wesentliches Merkmal liegt jedoch darin, daß die Umschaltventile 5 und 6 in Abhängigkeit von den Bewegungen des Kolbens 2 oder

-) 5 seinem Äquivalent gesteuert werden und daß die Zeitpunkte, zu denen das jeweilige Ventil in seiner einen Arbeitsstellung gehalten wird, auf die eine oder andere Weise an den tatsächlichen Bedarf anpaßbar sind, was in den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen durch Einstellung der wirksamen Länge der Steuernocke 4 und der Postionen der Umschaltventile 5 und 6 in bezug auf den Bewegungspfad der Steuernocke 4 durchführbar ist.

Jedes der Umschaltventile 5 und 6 hat drei funktioneile Anschlüsse, die so beschaffen sind, daß einer der An-

is

Schlüsse, der an das zugehörige Ende des Zylinders 1 angeschlossen ist, in der einen Ventilstellung, in der das Ventil von der Steuernocke 4 betätigt ist, lediglich mit einem der zwei verbleibenden Anschlüsse verbunden ist, während der zweite der beiden verbleibenden Anschlüsse abgesperrt ist. In der zweiten Ventilstellung, in der das Umschaltventil 5 oder 6 nicht von der Steuernocke 4 betätigt ist, ist der erste Anschluß lediglich mit dem zweiten der beiden verbleiberden An- -JO Schlüsse verbunden, während der erste verbleibende Anschluß gesperrt ist.

Zusätzlich zu den beiden erwähnten Umschaltventilen 5 und 6 ist in der in den Figuren dargestellten Anordnun-

-I5 gen ein Richtungsventil 7 vorgesehen, das ebenfalls als ein zwischen seinen zwei Stellungen von Hand umschaltbares Umschaltventil dargestellt ist, das jedoch, falls notwendig auch ferngesteuert werden kann. Das Richtungsventil 7 wirkt als Auslöser für die einzelnen Ko'lbenhü- be und kann, falls dies gewünscht ist, in' an sich bekannter Weise so geformt und von der Kolbenbewegung gesteuert werden, daß die Kolbenhübe entweder derart automatisch aufeinanderfolgen, daß der Kolben 2 lediglich in einer seiner Endstellungen anhält, oder daß die Hin- und Herbewegungen solange erfolgen, bis die Zufuhr « von Steuerbefehlen von einer die Kolbenbewegunc? messenden Schaltung unterbrochen wird.

Die Anordnung weist ferner einen Druckregler 8 auf,, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Regler ist, welcher die Einstellung des Abgabedruckes zuläßt, obgleich dies natürlich nicht immer notwendig ist; außerdem ist ein sogenanntes Schnellablaßventil 9 vorgesehen, d.h. beispielsweise ein drucksteuerbares Wechselventil, welches bei einer vorgegebenen Druckerhöhung an seinem Auslaß (der Mittelverbindung in der symbolischen Darstellung) gegenüber dem Druck an seinem Einlaß (der

-^O linke Anschluß in der symbolischen Darstellung) den Auslaß an Atmosphäre anschließt, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Drossel 10, die vorzugsweise einstellbar ist. Zwei zusätzliche und ähnliche Drosseln 11 und 12 sind an abwechselnd aktive

-\ 5 Auslässe des Richtungsventils 7 angeschlossen. Die drei Drosseln 10, 11 und 12 dienen hauptsächlich zur Reduzierung der Kolbengeschwindigkeit während des Hubes und können daher in gewissen Anwendungsfällen völlig weggelassen werden.

Mit 13 ist eine Druckquelle für eine kompressibles Medium, vorzugsweise Luft, bezeichnet, welches unter einem Druck steht, der andauernd deutlich höher, - vorzugsweise 20 .bis 30 % höher - als der im Zylinder 1 erforderliche Antriebsmediumdruck zur Bewegung des Kolbens · 2 und der daran angeschlossenen Last gehalten

wird. Die Druckquelle 13 ist in einer Ausführung eines Kompressoreinheit von bekannter Bauweise, die eine so hohe Kapazität gegenüber dem Verbrauch der Kolben-Zylinder-Anordnung hat, daß mögliche Druckabfälle in der

Druckquelle 13 während und als Folge von jedem einzel-5'

nen Kolbenhub vernachlässigbar ist. Durch eine verzweigte Speiseleitung 14 ist die Druckquelle 13 mit einem Ende an das Richtungsventil 7 und mit dem anderen Ende an den Druckregler 8 angeschlossen, dessen Auslaß mit dem Einlaß des Schnellablaßventils 9 durch eine Lei-.tung 15 verbunden ist, in welcher der Druck somit geringer als in der Druckquelle 13 ist. Vom Auslaß des Schnellablaßventils 9 erstreckt sich eine Leitung 16 mit je einem Zweig zu je einem der beiden Umschaltventile 5 und 6. Andererseits laufen zwei getrennte Leitungen 17 und 18 von dem Richtungsventil 7 zu je einem der beiden Umschaltventile 5 und 6. Das erste Umschaltventil 5 ist über eine Leitung 19 an ein erstes Ende des Zylinders 1 angeschlossen, während das zweite Ventil 6 über eine entsprechende Leitung 20 mit dem gegenüberliegenden zweiten Ende des Zylinders 1 verbunden ist.

Es ist klar, daß der Kolben 2 das Innere des Zylinders 1 in zwei Kammern A und B unterteilt, die abwechselnd veränderliche Volumen haben und abwechselnd als

eine Druckkammer während des Betriebes der Kolben-Zylinder-Einrichtung wirken. Das erste Umschaltventil 5 steuert dann das Einströmen und Ausströmen des Druckmediums durch die Leitung 19 zu und von der einen Kamc mer B, während das zweite Umschaltventil 6 das Einströmen und Ausströmen des Druckmediums ■ durch die Leitung 20 zu und von der anderen Kammer A steuert. Dies erfolgt in einer solchen Weise, daß die in den einzelnen Figuren dargestellten Stufen in jedem Arbeitszyklus ^₀ der durch die Nummer der Figuren angezeigten Folge erkennbar ist.

In Figur 1 ist ein vorhergehender Kolbenhub nach links abgeschlossen und der Kolben 2 nimmt nach üblicher Ver-

.,,- zögerung seine linke Endstellung im Zylinder 1 ein, in der die Kammer A ein kleinstes Volumen hat und notwendigerweise durch die Leitung 20, das unaktivierte Umschaltventil 6, die Leitung 18, das Richtungsventil 7 und die Drossel 12 an Atmosphäre entleert wurde. Demgegenüber hat die Kammer B, welche während des unmittelbar vorhergegangenen Kolbenhubs als Druckkammer wirkte, ein größtes Volumen und ist mit Antriebsmedium gefüllt, das durch die Leitung 19, das betätigte Umschaltventil 5, die Leitung 16, das Schnellablaßventil 9 und die Leitung 15 mit der Auslaßseite des Druckreglers 8 in Strömungsverbindung steht. In der Kammer B herrscht

somit ein von der Druckregler 8 bestimmter reduzierter Druck. Es wird darauf hingewiesen, daß in der Stellung gemäß Figur 1 das erste Umschaltventil 5 über einen bestimmten Zeitraum betätigt worden ist, dessen Minimum durch ■ die wirkse.me Länge der Steuernocke 4 und der Kolbengeschwindigkeit während der Endphase des vorhergehenden Kolbenhubs bestimmt wird.

Die in Figur 1 dargestellte Position des Kolbens 2 ist ^O stabil, da, wie bereits erwähnt, in dem dargestellten Beispiel eine Handumschaltung des Richtungsventils 7 zu Beginn des nächsten Kolbenhubs nach rechts erforderlich ist. Dieses Umschalten ist in Figur 2 gerade durchgeführt und der Kolben 2 und damit auch die Steuernocke 4 -J5 sind bereits ein kurzes Stück aus ihrer linken Endstellung gemäß Figur 1 nach rechts bewegt, aber nicht weiter, als daß die Steuernocke 4 noch das erste Umschaltventil 5 betätigt. In der in Figur 2 gezeigten Stellung ist als Folge der Umschaltung des Richtungsventils 7 eine Strömungsverbindung von der Druckquelle 13 durch die Speiseleitung 14, das Richtungsventil 7, die Leitung 18, das unaktivierte zweite Umschaltventil 6 und die an das linke Ende des Zylinders 1 führende Leitung 20 hergestellt, wodurch die Kammer A, die nun als Druckkammer wirkt, Antriebsmedium mit maximalem Druck aufnimmt, d.h. mit lediglich einem Druckabfall gegen-

über der Drückquelle 13, der von den Ventilen und Leitungen verursacht wird und in der Praxis praktisch /ernachlässigbar ist.

Zur gleichen Zeit wird das in der Kammer B verbliebene v.edium mit seinem wesentlich geringeren Druck durch die _eitung 19, ^ldas weiterhin betätigte erste Umschaltventil 5 und die Leitung 16 zum Schnellablaß.ventil 9 ausgestoßen., das durch die Düse 10 an Atmosphäre geöffnet

_Λ ist und als Folge der Tatsache, daß der Druck in der Kammer B unter dem Einfluß des sich bewegenden Kolbens 2 erhöht wurde und nun den Druck an der Auslaßsei-■te des Druckregelers 8 übersteigt. Dadurch ist der an die Leitung 15 angeschlossene Einlaß des Schnellablaßventils 9 ebenfalls gesperrt. Aufgrund der wesentlichen anfänglichen Druckdifferenz zwischen den Kammern A und 3, wird die Trägheit des Kolbens 2 zu Beginn nun leichter überwunden und dieser beschleunigt· schneller, als wenn die Kammer B bereits von' Anfang an mit einem

P₀ Medium gefüllt gewesen wäre, das einen höhreren Druck entsprechend dem zur Kammer A zugeführten Druck hat.

Nachdem ein bestimmter erster Teil des Hubes vom Kolben 2 während einer Zeitspanne abgeschlossen ist, deren Länge von der wirksamen Länge der Steuernocke 4 und der Kolbengeschwindigkeit abhängt, hört die Steuernocke 4

auf, auf das erste Umschaltventil 5 einzuwirken, was in Figur 3 dargestellt ist.. In dieser Figur sind die beiden Umschaltventile 5 und 6 unaktiviert, das Schnellablaßventil 9 ist in seine Ausgangsposition als Folge der _ Tatsache zurückgekehrt, daß der Druck in der Leitung 15 wieder überwiegt, und die Zufuhr von Antriebsmedium von der Druckquelle 13 zur Kammer A des Zylinders 1, der Druckkammer, sowie die Ruckführmediumausströmung aus der Kammer B an die Atmosphäre erfolgen durch das Richtungsventil 7. Nun strömt das Rückführmedium durch die Drossel 11 an die Atmosphäre ab. Die Arbeitsbedingungen für die Kolben-Zylinder-Einrichtung 1, 2 während dieses Teils des Kolbenhubs sind im allgemeinen die gleichen wie bei einer bekannten Anordnung.

Wenn sich der Kolben 1 während seiner fortgesetzten Bewegung an die rechte Endstellung annähert, welches die in Figur 4 gezeigte Stellung ist, dann hat die Steuernocke 4 gerade eine Umschaltung des zweiten Umschaltventils 6 bewirkt. Dadurch erfolgt die Zufuhr von Antriebsmedium zur Kammer A des Zylinders 1 nicht langer durch das Richtungsventil 7 sondern durch den Druckregler 8 und das Schnellablaßventil 9, dessen Auslaß an die Atmosphäre nun geschlossen ist. Andererseits erfolgt die Abströmung von Rückführmedium aus der Kammer B des Zylinders 1 weiterhin durch das Richtungsven-

. soll die Größe dieses Druckes vorzugsweise so gering gewählt werden, daß das Antriebsmedium in der Druckkam-' (tier des Zylinders kaum in der Lage ist, den Kolbenhub abzuschließen, und in vielen Fällen ist er sogar gerin-• 5 ger, nämlich wenn die Trägheit oder die kinetische Energie der in Bewegung gesetzten -Masse, welche durch den Kolben 2 und die Last dargestellt werden, zum Abschluß des Kolbenhubes beitragen.

-]q Wenn anschließend das Richtungsventil 7 zur Auslösung des nächsten Kolbenhubs erneut verschoben wird, der diesmal nach links führt, herrscht lediglich in der Kammer A reduzierter Druck, während die Kammer B die Aufgabe übernimmt, als Druckkammer zu wirken und mit

-]5 Antriebsmedium von maximalem Druck unmittelbar von der Druckquelle 13 versorgt wird. Dies ist die Situation gemäß Figur 6 bis zu dem Augenblick, wenn die Einwirkung der Steuernocke 4 auf das zweite Umschaltventil 6 aufhört, worauf sich die Situation gemäß Figur 7 einstellt. Wenn schließlich die Steuernocke 4 während' der Endphase der nach links gerichteten Kolbenbewegung das erste Umschaltventil 5 zu betätigen beginnt, dann stellt sich die Situation gemäß Figur 8 bis zu dem Augenblick ein, bei dem sich der Kolben 2 wieder in seiner linken Endstellung gemäß Figur 1 befindet, von wo der Arbeitszyklus wiederholt wird. Es wird darauf

hingewiesen, daß die in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellten Situationen im allgemeinen denen der Figuren 2, 3 und 4 entsprechen und es ist daher keine nähere Beschreibung dieser Situationen zum Verständnis des Anmeldungsgegenstandes erforderlich, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, daß eine Strömungsumkehr aufgrund der Bewegungsumkehr erfolgt, was jedoch deutlich aus den Figuren erkennbar ist.

-|q Durch Wahl des Augenblicks, zu dem das Antriebsmedium während jedes Arbeitshubs zur Druckkammer des Antriebs mit reduziertem Druck anstelle des Antriebsmediums mit dem Überdruck der Druckquelle 13 derart zuzuführen begonnen wird, daß der Arbeitshub stets sicher unter den

-I5 Begindungen abgeschlossen wird, die von Fall zu Fall herrschen, wobei jedoch ein so klein wie möglicher Restdruck in der Druckkammer am Ende des Hubes vorliegt, dann wird eine optimale Einsparung von Antriebsmedium sichergestellt. Diese Bedingungen hängen von sol- chen Faktoren wie der Größe der von dem Antrieb während des fraglichen Hubs zu bewegenden Massen, von dem von diesen Massen auf dem Wege getroffenen Widerstand und von dem "Überdruck" ab, der an der Druckquelle 13 gegenüber demjenigen Druck erhältlich ist, der unausweichlieh notwendig ist, um diese Widerstände zu überwinden und gleichzeitig die Masse zu beschleunigen. In vielen

Fällen ist der Verbrauch von Antriebsmedium auf 30 bis 50 % des Verbrauchs einer bekannten Anordnung reduzierbar, ohne daß eine wesentliche Herabsetzung der Bewegungsgeschwindigkeit während jedes einzelnen Arbeitshubs erfolgt. In bestimmten Fällen läßt sich diese Bewegungsgeschwindigkeit im Vergleich mit der in einer bekannten Anordnung erzielbaren Geschwindigkeit sogar erhöhen, da die für die Beschleunigung der Masse bei Beginn jedes Arbeitshubes die Differenz zwischen dem

-^O Druck der Quelle von Antriebsmedium und dem Restdruck in der Antriebskammer ist, die während des unmittelbar vorhergehenden Hubs als Druckkammer diente. Die zuletzt erwähnte Bedingung ist insbesondere in jenen Fällen zutreffend, in denen die Arbeitsgeschwindigkeit des An-

-j5 triebs aus praktischen Gründen durch Begrenzungen, beispielsweise durch Drosseln 10, 11 und 12 begrenzt werden muß .

Figur 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Antriebs in Form eines doppeltwirkenden Zylinders 1' mit einer bekannten Verzögerungseinrichtung von beliebiger Art an beiden Endstellungen u.nd mit einem Kolben 2', der eine Kolbenstange 3' aufweist, die außerhalb des Zylindes 1' eine Steuernocke 4" trägt. Auch in diesem Fall ist die Kolben-Zylindei—Anordnung 1'-3' lediglich als Symbol für jede Art von Antrieb dargestellt, bei

der ein Körper unter der Wirkung eines unter Druck stehenden Antriebsmediums veranlaßt wird, sich entlang eines beliebigen Weges zwischen zwei vorgegebenen Endstellungen hin und her zu bewegen. ' Bei - der Anordnung gemäß Figur 9 ist außerdem ein Richtungsventil 7' vorgesehen, das in diesem Fall auf beliebige, bekannte Weise von einer Steuereinrichtung 7a ferngesteuert wird.· Ferner ist ein Druckregler 8' vorgesehen, der an die Druckquelle 13' für das Antriebsmedium angeschlossen ist, -JO die mit einem sogenannten Schnellablaßventil 9' verbunden ist. Wie bei dem zuvor geschriebenen Ausführungsbeispiel öffnet der Auslaß des Druckreglers 8' durch eine Düse 10' an Atmosphäre und es sind zusätzliche Drosseln 11' und 12' an abwechselnd aktive Auslässe des •J5 Richtungsventils 7' angeschlossen. Auch in diesem Fall können natürlich die Veränderungen der Positionen des Richtungsventils 7', falls notwendig, von den Hüben des Antriebs derart abhängig gemacht werden, daß. Arbeitshübe automatisch solange aufeinanderfolgen, bis ein Steuerbefehl diese Folge unterbricht.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Schnellablaßventil 9' bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 eine etwas andere Aufgabe als bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel hat, und zwar soll es lediglich dem Druckregler 8' helfen, falls notwendig einen ausreichend

schnellen Druckabfall in der Druckkammer des Antriebs zu erzeugen. Die Druckregler 8 und 8¹ können natürlich in bekannter Weise so gestaltet sein, daß sie Überdruck von ihren Auslaßseiten ablassen, in welchem Fall die Schnellablaßventile 9 und 9' in gewissen Fällen weggelassen werden können, und zwar insbesondere, wenn die Strömungen klein sind. Aber selbst solche Arten von Druckreglern bieten im allgemeinen lediglich einen begrenzten Ablaßbereich, was bedeutet, daß der Druckab-

IQ fall für die meisten praktischen Anwendungsfälle zu langsam erfolgt und darüber hinaus ist der Aufbau von Druckreglern häufig so, daß eine gesteuerte Einschränkung des ÜberdrUiCkablasses von der Auslaßseite, die manchmal erwünscht ist, und zwar als nicht unwesent-

.. c liehe Maßnahme zum Zwecke der Geräuschunterdrückung nicht stattfinden kann.

Der Unterschied zwischen .der Anordnung gemäß Figur 9 und der Anordnung gemäß den Figuren 1 bis 8 besteht hauptsächlich darin, daß die zwei Umschaltventile 5 und 6 durch zwei Impulsübertrager 21 und 22 ersetzt sind, die von der Steuernocke 4¹ aktiviert werden und damit die Stellung des Kolbens 2' feststellen, wobei die Impulsübertrager 21, 22 über eine Torschaltung 23 von an sich bekannter, geeigneter Weise, beispielsweise elektrisch oder pneumatisch, ein Umsteuerventil 24.steuern.

Dieses Umsteuerventil 24, das vor das Richtungsventil 7' geschaltet ist, bewirkt eine abwechselnde Zufuhr von Antriebsmedium entweder mit einem höheren Druck unmittelbar von der Druckquelle 13' oder mit einem verminderten Druck durch den Druckregler 8' und das Schnellablaßventil 9' zum Richtungsventil 7'. In diesem Fall erfolgt somit alle Zufuhr von Antriebsmedium zum Motor durch das Richtungsventil 7¹. Die Torschaltung 23 arbeitet einerseits in solcher Abhängigkeit von den

-jO Impulsübertragern 21 und 22, daß es das Umsteuerventil 24 für die Zufuhr von Niederdruck zum Richtungsventil 7¹ während der Endphase der Bewegung des Kolbens 2' in beiden Richtungen umsteuert und andererseits in solcher Abhängigkeit von den Positionsänderungen des

-J5 Richtungsventils 7', daß in dem durch seine Verbindung, mit dem Steuerelement 7a dargestellten Fall das Umsteuerventil 24 in seine gezeigte Ausgangslage zurückgestellt wird, um wiederum Hochdruck dem Richtungsventil 7' zuzuführen, sobald letzteres seine Position verändert. Wie bei dem ersten Beispiel wird dadurch ein optimaler Druckabfall über dem Kolben 2' während der Anfangsphase jedes neuen Kolbenhubs gewährleistet. .

Wie bereits erwähnt, zeigen die Zeichnungen lediglich einige Anwendungsbeispiele der Erfindung, die teilweise sehr vereinfacht sind und für zahlreiche Zwecke häufig

oestimmte Abänderungen für die Praxis erfordern. So wird, wie dies bereits anhand von Figur 9 dargestellt ist, in vielen Fällen die Verwendung von Fernsteuerungen der verschiedenen Ventile bevorzugt, in welchem Fall beispielsweise die Umschaltventile 5 und 6', die in den Figuren 1 bis 8 selbst die Position des Kolbens 2 oder seines Äquivalents feststellen, durch geeignete Kolbenstellungs-Meßimpulsübertrager sowie durch ein oder mehrere Strömungsrichtungsventileinrichtungen ersetzt, deren Betrieb durch die Impulse von solchen Impulsübertragern wie etwa in Figur 9 gesteuert werden. In einem solchen Fall liegt es beispielsweise im Rahmen der Erfindung, bei Aufrechterhaltung von Strömungspfaden gemäß den Figuren 1 bis 8, entweder in an sich bekannter Weise die zwei getrennten Umschaltventile 5_ und 6 fernzusteuern oder in ebenfalls an sich bekannter Weise die Funktion dieser beiden Umschaltventile zu einer einzigen, komplexeren Ventilein.heit zu verbinden. Auch andere Abwandlungen liegen im Rahmen der Erfindung,

Es wird also darauf hingewiesen, daß Leitungen, Ventile und andere Bauelemente der erfindungsgemäßen Anordnung dem Strömungsmedium auf der Zufuhrseite des Antriebs sowie auf seiner Ablaßseite gewisse Widerstände entgegensetzen, die unter Bedingungen nicht vernachlässigbar sind, unter denen die Mediumströmungen mehr oder weni-

ger vorübergehend hohe Werte erreichen. Dies erfolgt insbesondere in solchen Fällen, in denen das Hubvolumen des Antriebs, d.h. das Produkt aus Hub und Kolbenfläche oder sein Äquivalent groß ist und wenn zur gleichen

_ Zeit die zur Bewegung der Last erforderliche Kraft 5

wesentlich kleiner als die Kraft ist, die der unreduzierte Druck" der auf den Kolben wirkenden DrucHquelle zu dem' Zeitpunkt erzeugen kann, wenn der Kolbenhub begonnen wird. In solchen Fällen wird eine so hohe Beschleunigung des Kolbens bereits in der Anfangsphase des Kolbenhubs erreicht, daß der Druck in der aktiven Druckkammer schnell als Folge der· Tatsache abnimmt, daß das Druckmedium die Druckkammer nicht mit der Geschwindigkeit erreicht, mit der das Volumen der Druckkammer

zunimmt. Gleichzeitig kann als Folge der hohen Beschleu-15

nigung des Kolbens eine Drucksteigerung in der Rückführkammer erfolgen. Dies ist ein bekannter Effekt, der sowohl bei bekannten Anordnungen als auch bei den erfindungsgemäßen Anordungen auftreten kann und der nicht mit demjenigen erfindungsgemäßen Effekt verwechselt werden darf, der als Folge einer bewußten, zwangsläufigen und gesteuerten Verminderung des Drucks in der aktiven Druckkammer während eines vorbestimmten Beendicjungsabschnitts des Arbeitshubs unabhängig von den Arbeitsbedingungen des Antriebs erhalten wird. Andererseits

führt der bekannte Effekt in Verbindung mit der Erfin-

dung natürlich zu einer maximalen Reduktion des Verbrauchs von Antriebsmedium und die Anordnung ,sollte daher wenn immer möglich so dimensioniert sein, daß die . beiden Effekte gleichzeitig auftreten.

Obgleich die zuvor anhand der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiele einen Antrieb von- höchst allgemeinen Aufbau voraussetzen, bei dem das Antriebsgehäuse ein feststehendes Teil und der Kolben verschiebbar- und

-(O ^mit der Last - verbunden ist, ist es klar, daß die Erfindung auch einen sozusagen feststehenden Kolben um-•faßt, wahrend das Antriebsgehäuse als hin und her bewegliches Teil mit der Last verbunden ist. In einem sol-. chen Fall werden die Ventile für die Zufuhr von unter unterschiedlichen Drücken stehendem Antriebsfluid zum Antrieb von dem hin- und hergehenden Gehäuse gesteuert.

HU/wo

Claims

UEXKÜXL & STOi.*BERCa PATENTANWÄLTE BESELERSTRASSE 4 D-20OO HAMBURG 52 EUROPEAN PATENT ATTORNEYS DR J.-D. FRHR von UEXKULL DR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL-ING. JÜRGEN SUCHANTKE DIPL-ING. ARNULF HUBER DR ALLARD von KAMEKE DR KARLHEINZ SCHULMEYER VERKTYGSINDUSTRI I BLIDSBERG AB Pl. 2012 520 24 Blidsberg Schweden Prio.: 16. Januar 1981 SE 8100239-6 Januar 1982 Anordnung für die Zufuhr eines kompressiblen Antriebsmediums zu einem Antrieb PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung für die Zufuhr eines kompressiblen Antriebsmediums zu einem Antrieb mit einem Gehäuse, in dem ein Körper zwischen vorgegebenen Endstellungen hin- und herbewegbar ist und das Innere des Gehäuses in zwei Kammern unterteilt, die abwechselnd als Druckkammern wirken und Antriebsmedium von einer Quelle aufnehmen, die einen Mindest-

druck, der den für das Treiben des Antriebs erforderlichen Druck des Mediums wesentlich übersteigt, gekennzeichnet durch Einrichtungen (5-12,· 14-20; ■7'-12', 21-24) für die Zufuhr von Antriebsmedium von der Quelle (13; 13') während einer Endphase jedes Hubs mit einem geringeren Druck als während der Anfangsphase des gleichen Hubs zu derjenigen Kammer (A oder B) des Antriebs (1, 2; 1', 2'), die zu dem jeweiligen Zeitraum gerade als Druckkammer -|0 wirkt.

2., Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (5-12, 14-20; 7'-12', 21-24) eine Ventilanordnung (5, 6; 24) zum abwechselnden Anschließen derjenigen Kammer (A oder. B) des Antriebs in Abhängigkeit von der Stellung des Körpers (2; 2') im Gehäuse (ϊ;■1'), welche gerade als Druckkammer wirkt, an die Quelle (13; 13') für das Antriebsmedium durch einen oder dem anderen von zwei Versorgungskreisen aufweisen, von denen ein erster zumindest vorübergehend einen höheren aktiven Druck in der Druckkammer, des Antriebs liefern kann als der zweite.

3. . Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Versorgungskreis eine Druckreduzierungseinrichtung (8, 9) eingeschlossen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckreduzierungseinrichtung (8, 9) zumindest einen Druckregler (8) und vorzugsweise zusätzlich ein damit in Reihe geschaltetes Schnellablaßventil (9) aufweist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der erste Versorgungskreis ein Richtungsventil (7; 7¹) zur .Be-

-10 Stimmung der Hubrichtung des Antriebs (1, 2; 1', 2¹) aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (24) ein ferngesteuertes Umsteuerventil (24) aufweist, das in Abhängigkeit von der Stellung des Körpers (2¹) in dem Gehäuse (V) abwechselnd den Einlaß des die Hubrichtung bestimmenden Richtungsventils (7¹) an die Quelle (13¹) des Antriebsmediums entweder unmittelbar durch den ersten Versorgungskreis oder mittelbar durch die Druckreduzierungseinrichtung (8¹, 9¹) des zweiten Versorgungskreises anschließt (Figur 9) .

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abhängigkeit von

der Stellung des Körpers (1) in dem Gehäuse (2) arbeitende Ventilanordnung (5, 6) derart gebildet ist, daß sie die jeweilige Druckkammer des Antriebs (1, 2), die zum jeweiligen Zeitpunkt aktiv ist, abwechselnd an die Quelle (13) für das Antriebsmedium entweder durch das die Hubrichtung bestimmende Richtungsventil (7) .und durch den ersten Versorgungskreis oder durch die Druckreduzierungseinrichtung (8, 9) und den zweiten Versor- -|q gungskreis anschließt (Figuren 1 bis 8).