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Ventil zum Steuern der Arbeitddruckluft von Setzmaschinen
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Die Erfindung betrifft ein mit einem Steuermedium betätigtess in einem
Kanal angeordnetes Ventil, insbesondere zum Steuern der Arbeitsdruckluft in den
Luftkammern einer Setzmaschine.
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In derartigen Maschinen wird eine Sortierung von Mineralgemischen
dadurch erreicht, daß das Mineralgemisch, das als Körnerkollektiv in einer für den
Setzvorgang geeigneten Korngröße vorliegt und sich auf einem siebartigen Setzgatträger
befindet, durch einen pulsierenden Flüssigkeitsstrom nach der Dichte geschichtet
wird, wobei der Flüssigkeitsstrom senkrecht zu den Schichtungsebenen gerichtet ist.
Dabei wird die pulsierende Strömung durch mit der Flüssigkeit, im folgenden als
Trennflüssigkeit bezeichnet, in Berührung stehende Luftkammern erzeugt, deren Luftvolumina
periodisch expandieren, wobei deren Expansionshub und -frequenz über Ventile gesteuert
werden. Es ist für die QueAitAt des Setzergebnisses von entscheidender Bedeutung,
daß Hub und Frequenz der Trennflüsnigkeit, der Zusammensetzung des Mineralgemisches
entsprechend, genau eingestellt werden können.
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Es ist bekannt, zur Einstellung von Hub und Frequenz der Trennflüssigkeit
pneumatisch gesteuerte Tellerventile vorzusehen (DOS 2 352 7983. Diese Tellerventile
bestehen aus einer Kolben-Zylinder-Einheit sowie einem auf der Kolbenwtange befestigten
Ventilteller und erfüllen die ihnen gestellte Aufgabe zufriedenstellend. Es handelt
sich jedoch um relativ schwere Tellerventile mit einer relativ großen Masse der
beweglichen Teile.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein steuerbares Ventil zu schaffen,
das sich durch einen möglichst geringen Anteil an bewegter Masse, einen einfachen
Aufbau, kurze, das heißt, insbesondere für den Setzprozeß geeignete Steuerzeiten
und weitgehende Verschleißfreiheit auszeichnet. Dies wird mit der Erfindung dadurch
erreicht, daß das Ventil mit einem hoh&n, formelastischen Spreizkörper versehen
ist, der einen mit einem Kanalsystem zum Zuführen und Ableiten des Steuermediums
versehenen, im Kanal vorzugsweise zentrisch angeordneten Tragkorper umschließt.
Die Anordnung eines Tragkörpers ergibt eine einfache Befestigungsmöglichkeit des
formelastischen Spreizkörpers. Gleichzeitig verringert sich durch die Raumverdrängungedes
Tragkörpers die zum Öffnen und Schließen des Ventils benötigte Menge des Steuermediums,
woraus eine Verkürzung der Steuerzeiten folgt. Die geometrisch günstige, vorzugsweise
zentrische Anordnung des Tragkörpers im Kanal bedeutet, daß zum Durchströmen ein
ringähnlicher Querschnitt
zur VerfUgung steht, der mit Hilfe des
Spreizkörpers gesperrt werden kann. Die Steuerung eines dem Ringquerschnitt flächengleichen
Kreisquerschnittes würde eine größere radiale Verformung des Spreizkörpers erfordern
als diejenige eines Ringquerschnittes. Auch dieser Effekt wirkt sich verkürzend
auf die Steuerzeiten aus. Das Kanalsystem im Innern des Tragkörpers trägt zu einer
über den Umfang gleichmäßigen Zu- und Abfuhr des Steuermediums bei. Schließlich
ergibt sich aus der Elastizität des Spreizkörpers der Vorteil, daß zum Öffnen des
Ventils keine zusätzlichen Rückstellelemente benötigt werden, beziehungsweise Vorkehrungen
zum Rückstellen getroffen werden müssen, da sich der Spreizkörper nach dem Abschalten
des Steuermediums aufgrund seiner Elastizität sofort formschlüssig um den Tragkörper
legt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Tragkörper strömungsgünstig,
vorzugsweise stromlinienförmig ausgebildet.
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Auf diese Weise ergibt sich in Verbindung mit einer verhältnismäßig
großen Durchströmungsfläche ein Ventil, dessen Druckverluste gering sind.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Tragkörper durch
mindestens einen, im Querschnitt stromlinienförmig ausgebildeten Haltearm an der
Kanalwand befestigt.
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Durch diese Ausführung werden sowohl eine stabile Lge des Tragkörpers
gewährleistet als auch die Verluste bei der Durchströmung gering gehalten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
die Anschlußleitung für das Kanalsystem durch den Haltearm geführt. Diese doppelte
Funktion des Haltearms, einmal als Befestigungsvorrichtung und zum anderen als Leitung
für das Steuermedium unterstreicht die Einfachheit des mechanischen Aufbaues des
Ventils.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet der an
einem Ende des Kanals angeordnete Tragkörper den Abschluß des Kanals, wobei die
Wand des Kanals mindestens eine Öffnung, vorzugsweise eine Hehrzahl von über den
Umfang verteilten Öffnungen aufweist. Auf diese Weise kann das Volumen des Tragkörpers
groß im Verhältnis zum Volumen des Spreizkörpers bei Sperrstellung des Ventils ausgebildet
werden, wodurch die benötigte Verformung des Spreizkörpers bis zur Sperrung des
Kanals verkleinert wird. Aus der so erreichten Verringerung der zum offenen und
Schließen des Ventils zu bewegenden Menge an Steuermedium folgt eine Verkürzung
der Steuerzeiten.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist das Ventil über ein
Steuerelement wahlweise mit einem Oberdruckraum oder mit einem Unterdruckraum verbunden.
Der Spreizkörper erfährt durch die Beaufschlagung mit Unterdruck während des Öffnungsvorganges
eine sich zu der elastischen Rückstellkraft addierende Kraft, wodurch die Zeit für
das Öffnen des Kanals erheblich
verkürzt wird. Werk stoffliche Vernderungen
der elastischen Eigenschaften des Spreizkörpers, die sich in einem ungenauen Anliegen
am Tragkörper äußern und die Strömungsverhältnisse ungünstig beeinflussen würden,
haben keine Bedeutung, da der Spreizkörper bei Sperrstellung durch die Uberdruckwirkung
des Steuermediums und die Wand des Kanals,bei Durchlaßstellung durch die Unterdruckwirkung
des Steuermediums und den Tragkörper einer stabilen Führung unterliegt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Erläuterung zu den in den Zeichnungen schematisch dargestellten AusführunÜsbeispielen.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Teil einer Seitenansicht einer Druckluftkammer
und einer Abluftkammer einer Setzmaschine mit jeweils zwei Ventilen gemäß der Erfindung
im Schnitt, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ventils gemäß der Erfindung im Schnitt,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung eines Ventils
im Schnitt, Fig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung
eines Ventils im Schnitt, Fig. 5 eine vereinfachte Darstellung eines Teiles der
Steuerung einer erfindungsgemä'ßen Ausführung eines Ventils im Schnitt.
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Fig. l zeigt einen Teil einer Seitenansicht einer Druckluftkammer
(1) und einer Abluftkammer (2-) einer Setzmaschine mit Abluftrohr (3) im Schnitt.
Ein Zwischenstück -t4-) ist im oberen Teil hosenarki# so ausgebildet, daß ein Ende
(5) in die Druckluftkanmer (1) und das andere Ende (6-) in die Anluftkammer (2)
einmündet. Das Ende (5) wird durch das Ventil (7) und das Ende (6) durch das Ventil
(8) angeschlossen.
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Auf der dem hosenartigen Teil des Zwischenstücks t4-) abge kehrten
Seite sind zwei Rohre (9) angeordnet, wobei jedes Rohr mit einer Luftkammer -(10)
in Verbindung steht. Die Trennflüssigkeit (ll-) bildet den unteren Abschluß der
Luftkammer (10).
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Eine in Fig. l nicht dargestellte elektronische Regelung der Steuerluft
bewirkt ein periodisches Öffnen und Schließen der Ventile (7, 8-) wobei die Ventile
(7>- als Einlaßventile, die Ventile t8) als Auslaßventile eingesetzt sind. Bei
geöffenten Ventilen (7), wobei die Ventile (8) geschlossen sind, strömt Luft in
die Luftkammer (10) und bewirkt ein Absenken des Pegels (12) der Trennflüssigkeit
(11). Nach dem Schließen der Ventile (7) erfolgt mit zeitlicher Verzögerung ein
Öffnen der Ventile (8), wodurch der Pegel (12) der Trennflüssigkeit (11) steigt.
Auf diese Weise entsteht eine pulsierende Bewegung der Trennflüssigkeit, die auf
dem in Fig. 1 nicht dargestellten Setzgutträger das Setzgut durchströmt und so die
gewünschte Schichtung nach der Dichte bewirkt. Dabei wird
oft je
nach der Zusammensetzung des Setzgutes eine Verzögerung des Setzvorganges des Setzgutes
auf dem Setzgutträger herbeigeftihrt, um den einzelnen Körnern die Möglichkeit zu
geben, sich nach ihrer Gleichfälligkeit abzusetzen.
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Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Ventils (l3) gemäß der Erfindung
im Schnitt, das in einem Kanal (14) angeordnet ist. Dabei deuten die Pfeile (14')
schematisch die Richtungen an, in denen das zu steuernde Arbeitsmedium den Kanal
(14)' durchströmen kann0 Ein mit einem Kanalsystem (15)- versehener, vorzugsweise
stromlinienförmiger Tragkörper (1, den ein elastischer Spreizkörper -(17-) umschließt,
ist durch mehrere Haltearme (18) an der Wand (19) des Kanals (14) befestigt. Dabei
kann sowohl die Verbindung des Tragkörpers (16) mit den Haltearmen (18), als auch
die Verbindung der Haltearme (18) mit der Wand (19) des Kanals auf eine einem Fachmann
geläufige und dem Einzelfall angepaßte Weise durch Schraubung, Schweißung oder Hartlötung
erfolgen. Das Kanalsystem (15) führt durch den oberen Teil (20) des Tragkörpers
(16) in eine Anschlußleitung (21), die an der Stelle (22) die Wand (19) durchdringt.
Die Art der Anschlußleitung (21), ihre Verbindung mit dem oberen Ende (20) des Tragkörpers
(16), sowie die Befestigung der Anschlußleitung in der Wand (19) an der Stelle (22>---
steht im Ermessen des Fachmannes.
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Bei der Zufuhr von Steuerluft über die Anschlußleitung (21) dehnt
sich der Spreizkörper (17) in Richtung auf die Wand (l9) hin aus und sperrt den
Kanal (14). Nach dem Abschalten der Steuerluft legt sich der Spreizkörper (17) aufgrund
seiner Elastizität wieder fest an den Tragkörper (13) und gibt einen ungefähr ringförmigen
Teilquerschnitt des Kanals (14) frei.
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Auf diese Weise steht ein verhältnismäßig großer Querschnitt der Arbeitsdruckluft
zum Durchströmen zur Verfügung.
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Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung
eines Ventils (13) im Schnitt, das in einem Kanal (14) angeordnet ist. Die Pfeile
(l4'-} deuten schematisch die Richtungen an, in denen das zu steuernde Arbeitsmedium
den Kanal (14) durchströmen kann. Ein Tragkörper (16), mit einem Kanalsystem (15),
das am oberen Ende 120) des Tragkörpers in die Anschlußleitung (21, 18-) führt,
die an der Stelle (22> die Wand (19) durchdringt, ist durch diese Anschlußleitung
(21, 18) im Inneren des Kanals gehalten.
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Dabei liegt die Art der Anschlußleitung (21), die Verbindung der Anschlußleitung
mit dem oberen Ende -(20) des Tragkörpers (16) sowie die Befestigung der Anschlußleitung
in der Wand -tl9-) im Ermessen eines Fachmannes. Ein elastischer Spreizkörper (17)
umgibt formschlüssig den Tragkörper (16).
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Die Zufuhr von Steuerluft über die Anschlußleitung (21) bewirkt eine
Ausdehnung des Spreizkörpers 117-) in Richtung auf die Wand (1fl hin und somit eine
Sperrung des Kanals (14).
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Nach dem Abschalten der Steuerluft legt sich der Spreizkörper (17)
aufgrund seiner Elastizität wieder fest an den Tragkörper (16) und gibt einen ungefähr
ringförmigen Teil querschnitt des Kanals (14) frei. Dadurch, daß keine weiteren
Befestigungsvorrichtungen vorhanden sind, außer dem Haltearms der zugleich das Steuermedium
leitet, ergibt sich ein im Aufbau sehr einfaches Ventil.
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Fig. 4 zeigt eine Ansicht einer weiteren Ausführung des Ventils (13)
gemäß der Erfindung im Schnitt. Dabei deuten die Pfeile (14') schematisch die Richtungen
an, in denen das zu steuernde Arbeitsmedium das Ventil durchströmen kann.
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Der Tragkörper (16) mit dem ihn ummantelnden Spreizkörper (17) bildet
den Abschluß des Kanals (14). Dabei kann der Tragkörper in vorteilhafter Weise mit
dem oberen Ende 120) an der entsprechend ausgebildeten Wand (19) des Kanals (14)
befestigt sein, wobei die Befestigungsart, zum Beispiel unter Berücksichtigung einer
einfachen Ein- und Ausbaumöglichkeit im Ermessen des Fachmannes steht. In der Wand
(19) sind mehrere, vorzugsweise am Umfang gleichmäßig verteilte Öffnungen (23) vorgesehen,
durch die das zu steuernde Arbeitsmedium strömen kann.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung des Ventils wird in vorteilhafter
Weise eine Verkürzung der Steuerzeiten dadurch erreicht, daß das Volumen des Tragkörpers
groß im Verhältnis zum Volumen des Spreizkörpers ausgebildet werden kann.
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Fig. 5 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Teiles der Steuerung
einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Ventils im Schnitt Ein Unterdruckraum (25)
und ein Uberdruckraum -(24) sind über ein Steuerelement (26), zum Beispiel ein Dreiwegeventil,
mit der Anschlußleitung (21) des Ventils (13) verbunden.
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Zum Sperren des Kanals (14) wird Uber das Steuerelement (26) der Uberdruckraum
(24) mit der Anschlußleitung (21) verbunden, wobei das Steuerelement (26) gleichzeitig
eine Verbindung zwischen der Anschlußleitung t21-) und dem Unterdruckraum (25) sperrt.
Auf diese Weise strömt das Steuermedium durch das Kanalsystem (15) in den Spreizkörper
(17), der den Kanal (14) sperrt. Zur Durchlaßstellung des Ventils (13) wird der
Überdruckraum (24) mittels des Steuerelementes (26) von der Anschlußleitung getrennt,
die gleichzeitig mit dem Unterdruckraum (25) verbunden wird. Auf diese Weise entströmt
das Steuern medium dem Spreizkörper so lange, bis es zu einem straffen Anliegen
am Tragkörper (16) kommt.
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In vorteilhafter Weise werden so nachteilige Veränderungen der elastischen
Eigenschaften des Werkstoffes des Spreizkörpers in ihren Auswirkungen auf die Strömungsverhältnisse
bei geöffnetem Ventil aufgefangen, da ein straffes Anliegen am Tragkörper (16) sichergestellt
ist.
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Wie die vorangegangenen Ausführungen zeigen, wird durch die Erfindung
ein im mechanischen Aufbau einfaches und durch eine strömungsgünstige Ausführung
verlustarmes Ventil beschrieben, das sich außerdem wegen des geringen Anteils an
bewegter Masse durch Verschleißarmut und kurze Steuerzeiten auszeichnet.
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Patentansprtiche
L e e r s e i t e