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EP1987255A1 - Pneumatic drive system - Google Patents

Pneumatic drive system

Info

Publication number
EP1987255A1
EP1987255A1 EP06707116A EP06707116A EP1987255A1 EP 1987255 A1 EP1987255 A1 EP 1987255A1 EP 06707116 A EP06707116 A EP 06707116A EP 06707116 A EP06707116 A EP 06707116A EP 1987255 A1 EP1987255 A1 EP 1987255A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control valve
valve means
drive system
switching
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP06707116A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1987255B1 (en
Inventor
Ulrich Hirling
Ute Casimir
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.)
Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Festo SE and Co KG filed Critical Festo SE and Co KG
Publication of EP1987255A1 publication Critical patent/EP1987255A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1987255B1 publication Critical patent/EP1987255B1/en
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/04Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed
    • F15B11/042Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed by means in the feed line, i.e. "meter in"
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15B2211/30Directional control
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    • F15B2211/32Directional control characterised by the type of actuation
    • F15B2211/327Directional control characterised by the type of actuation electrically or electronically
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2211/705Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051Linear output members
    • F15B2211/7053Double-acting output members
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    • F15B2211/775Combined control, e.g. control of speed and force for providing a high speed approach stroke with low force followed by a low speed working stroke with high force, e.g. for a hydraulic press

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic drive system, comprising at least one pneumatic drive, which has a drive housing and a driven in this regard by compressed air driven output unit, wherein the output unit includes a driven piston, which divides in the drive housing two working chambers of which one or both controlled to Serving compressed air serving control valve means are connected, which are switchable between a plurality of switching positions, among which there is a one NEN throttle section predetermining air-saving.
  • a known from WO 02/14698 Al pneumatic drive system of this type is used for crust crusher applications in aluminum processing. It contains a pneumatic drive designed as a crusher cylinder, whose output unit can be driven to perform oscillating working movements in which it is temporarily immersed in an aluminum melt bath while puncturing a possibly constructed material crust.
  • a directional presetting valve which controls the supply and discharge of compressed air in two working chambers divided by the output piston of the output unit.
  • the control of the compressed air supply also has doubly existing control valve means, which are connected in the connection between the directional specification valve and a respective working chamber. are turned on. These control valve means can assume different switching positions, wherein a switching position is responsible for causing the working movement by releasing an air passage.
  • this switching position is designed as air-saving, in that the fluid passage has a throttle cross-section, which allows only a limited flow.
  • the degree of filling of the connected working chamber remains at the lowest possible level. If the output unit meets an aluminum crust and is therefore opposed to increased resistance to movement, progressively higher actuating pressure gradually builds up in the connected working chamber over the throttle cross section until the required penetration force has been achieved.
  • the control valve means Upon arrival in a stroke end position causes the output unit finally switching the control valve means in a blocking position to prevent further compressed air supply to the pneumatic drive.
  • An essential object of the present invention is to propose measures which allow a reduction in the allow no excessive consumption of compressed air.
  • control valve means as a further switching position have a comparatively s to the throttle cross-section larger Strömungsguerquaint predetermining high power position, and that the control valve means are assigned actuating means, the switching of connected to this working chamber control valve means during the compressed air supply into a working chamber as a function of the air pressure prevailing in at least one working chamber, such that switching takes place from the normally assumed air-saving position into the high-force position, if and at least as long as the drive unit is exposed to an increased resistance to movement.
  • the output unit moves so long in the air saving mode, as it is not exposed to increased resistance to movement. Due to the effective throttle cross section, the degree of filling of the connected
  • the at least one linear drive is preferably a pneumatic cylinder with a piston rod which can be used as a crust breaker cylinder.
  • the use is not limited to the range of crust crusher applications 5.
  • the actuating means for the control valve means are in particular designed so that they control the switching operation in dependence on that air pressure prevailing in the working chamber connected to the control valve means lo. When a resistance to movement of this air pressure increases and causes the switch from the air-saving position in the high-power position.
  • the switching position of the control valve means is expediently predetermined by the currently assumed position of a control valve member of this control valve means. This is expediently switched in the direction of the air-saving of the input side to the control valve means pending input pressure.
  • the output side of the control valve means ie on the side of the connected Häkam-
  • the switching takes place in the high-force position. If the actuating force of the spring means can be set variably, it is possible to individually set the switching threshold.
  • Control valve means in the depressurized state the high pressure take up. If the operating pressure is switched on, in particular through the intermediary of an upstream directional specification valve, a delayed build-up of the actuating force resulting from the outlet pressure can be caused by a throttling point connected to the outlet pressure, so that the control valve means immediately assume the air-saving position.
  • a further advantage can be achieved if the control valve means have a third switching position, in which the compressed air is made available in comparison with the throttle cross-section smaller flow cross-section.
  • This switching position is referred to as a holding position, because it is effective to securely hold the output unit in its Hubendlage.
  • the holding position of the control valve means becomes effective as a function of the position of the output unit when the latter approaches or has reached the stroke end position.
  • the switching can be caused mechanically, for example due to a cooperating with the output unit ram actuated actuator, but also electrically, using suitable position sensor means.
  • the reduced flow cross-section available in the stop position prevents too much filling of the connected working chamber and at the same time compensates for possible leakage losses, so that the drive unit is held constant and does not perform any oscillatory movements.
  • a design is considered to be optimal in which the flow cross-section released in the holding position has a dimension which, taking into account the pending operating pressure, predetermines a flow which at least substantially corresponds to the leakage occurring in the pneumatic drive. In this way, the degree of air filling in the connected working chamber does not increase or only slightly, although the air connection is not shut off as required by the prior art.
  • Figure 1 shows the pneumatic drive system as a simplified circuit diagram in a preferred embodiment which is particularly, but not exclusively, suitable for crust crusher applications.
  • the pneumatic drive system designated in its entirety by reference numeral 1 comprises at least one pneumatic drive 2, which is expediently a linear drive. Associated with it is a control device serving its operational control, designated overall by reference numeral 3.
  • pneumatic drive 2 is in principle arbitrary.
  • it could be a rodless linear drive.
  • it is designed as equipped with a piston rod 4 pneumatic cylinder.
  • the pneumatic drive 2 contains a housing designated as a drive housing 5, having a certain longitudinal extent, in the interior of which there is a linearly displaceable output piston 6 which is combined with the already mentioned piston rod 4 to form a movement unit designated as output unit 7.
  • This output unit 7 is under the execution of either an extending or a retracting working movement 8a, 8b relative to the drive housing 5 linearly movable.
  • the first working chamber 12 is connected to a first fluidic control line 14, the second working chamber 13 to a second fluidic control line 15.
  • Control lines 14, 15 are also part of the control device 3 as a directional default valve 16, to which the two control lines 14, 15 are connected with their pneumatic drive 2 opposite ends.
  • the directional default valve 16 may connect either one (14) or the other (15) control line to a compressed air source 17, while simultaneously bleeding the other control line 15, 14 to the atmosphere 18, depending on the switch position taken by it.
  • the compressed air source 17 provides pressurized air under a certain operating pressure.
  • the directional specification valve is exemplified by a 5/2 way valve. It is biased by a spring device 22 in an apparent from Figure 1 basic position in which the second control line 15 is connected to the compressed air source 17 and the first control line 14 is vented. By an electric or electromagnetic actuator 23, the directional specification valve 16 can be switched to the opposite switching position.
  • the directional default valve 11 may be a directly actuated or pilot operated valve.
  • to Realization of the desired functionality can also consist of several functionally linked individual valves, for example, two 3/2 way valves.
  • the pneumatic drive 2 is designed as Krustenbrecherzylinder.
  • an impact element 24 which is suitable for penetrating the crust formed on the surface of an aluminum melt bath or of another molten metal bath, is arranged on the end region of the piston rod 4 located outside the drive housing 5.
  • the pneumatic drive 2 is typically installed with a vertical longitudinal direction and downwardly projecting piston rod 4.
  • the driven unit 7 When the driven unit 7 is retracted - this condition is evident from FIG. 1 - the push element 24 occupies a position at a distance above the material crust.
  • the output unit 7 is driven to its extending working movement 8a, wherein it dives with the shock element 24 ahead, piercing the possibly existing crust in the molten aluminum bath.
  • the first and second control valve means 25, 26 operating independently of one another are connected to the two working chambers 12, 13.
  • the first control valve means 25 are turned on in the course of the first control line 14, the second control valve means 26 in the course of the second control line 15. They allow, in addition to the directional specification valve 16, a particularly controlled pressurized air admission of the respectively connected working chamber 12, 13.
  • the control valve means 25, 26 each have a valve inlet 27 connected to the directional specification valve 16 and a valve outlet 28 connected to the working chamber 12, 13 to be controlled. Both control valve means 25, 26 are switchable between different switching positions. In this case, both control valve means 25, 26 alternatively occupy a high force position 29, an air-saving position 30 and a stop position 31. Shown is an operating state in which the first control valve means 25 are in the high-force position and the second control valve means 26 are in the air-saving position.
  • control valve means 25, 26 each formed by a control valve which has an optionally positionable in one of three positions control valve member 32, which is illustrated purely symbolically in the drawing.
  • the control valve member 32 may be, for example, a piston valve.
  • the flow cross-section released in the air-saving division 30 is referred to as the throttle cross-section. It is less than the nominal cross section of the respectively connected control line 14, 15 and causes a throttling of the flowing compressed air. If the output unit 7 can move unhindered, thus at the valve output 28 is compared to the operating pressure fed lower output pressure, which is present as the instantaneous working pressure in the connected working chamber 12, 13.
  • the flow cross section released in the high force position 29 is greater than the throttle cross section. He allows in particular an unthrottled air passage and suitably corresponds to the nominal cross section of the control lines 14, 15th
  • the smallest flow cross section is provided in the holding position 31. This is even much smaller than the effective in the air-saving 30 throttle area, which will be discussed later.
  • Both control valve means 25, 26 are assigned independently operating first and second actuating means 36, 37. These are responsible for whether the associated control valve means 25, 26 occupy the high-force position 29 or 30 Heilpargna. Switching to the holding position 31, however, they can not cause.
  • first and second further actuating means 38, 39 are responsible, which unlike the purely pressure-dependent first and second operating means 36, 37 are activated or deactivated expediently purely as a function of the linear position of the output unit 7, with respect to The first and second actuating means 36, 37 have priority. If the output unit 7 reaches a position relevant for switching to the holding position 31, the switching operation takes place irrespective of whether the control valve means 25, 26 had previously taken up the high-force position 29 or the air-saving division 30.
  • the first and second actuation means 36, 37 are capable of controlling the switching of the associated control valve means 25, 26 in response to the air pressure prevailing in at least one working chamber.
  • the control is based in particular on the pressure that is currently in the Compressed air fed working chamber 12, 13 prevails and which in this case coincides with the prevailing at the valve outlet 28 outlet pressure.
  • the design is expediently such that normally, when the output unit 7 can move without interruption, the air-purging 30 is present and that, starting therefrom, a switch to the high-power position 29 is caused when the output unit 7 during its working movement 8a, 8b is exposed to an increased resistance to movement and thereby increases in the currently supplied with compressed air working chamber 12, 13 prevailing working pressure up to a predetermined switching threshold.
  • a respective control valve member 32 in the embodiment two oppositely oriented first and second shipsbeetzungs vom 42, 43 assigned. Actuation of the first air-admission surface 42 leads to a restoring force in the direction of the air-saving position 30, an admission of the second air-admission surface 43 has an effective in the direction of the high-force position 29 actuating force.
  • the first Heilbeetzleyungs character 42 is supplied via a first supply passage 44 of the pending on the valve inlet 27 inlet pressure. Via a second admission channel 45, the second air admission surface 43 is acted upon by the outlet pressure prevailing at the valve outlet 28.
  • spring means 46 are present, which exert a force acting also in the direction of the high force position on the control valve member 32.
  • the actuating force of the pedestrian means 46 is expediently adjustable, which is illustrated symbolically by an oblique arrow.
  • a throttle point 47 is suitably turned on, which causes a time-delayed pressure force build-up on the second Heilbeetzungs composition 43.
  • the directional specification valve 16 is switched with the compressed air source 17 in the second switching position, not shown, so that the first control line 14 supplied under operating pressure compressed air and at the same time the second control line 15 is vented.
  • the compressed air flowing in via the first control line 14 flows through the first control valve means 25 located in the high force position and acts on the output unit 7 in the direction of extension, so that it is driven to the extending working movement 8a.
  • the compressed air which has been ejected from the second working chamber 13 by the output piston 6 passes through the high-force position which is also enabled by the spring means 46 in the likewise full passage. Since the control line 15 is at atmospheric pressure, the switching position of the second control valve means 26 is not affected during the venting phase.
  • the first control valve means 25 switch to the air-saving position 30. This is due to the fact that the operating pressure hitherto prevailing in the entire first control line 14 can act on the first air-admission surface 42 without restriction, but due to the intermediate throttle restriction 47, an initially only low activation pressure is applied to the second air-admission surface 43.
  • the design is such that the 42 imposed on the first air i5 impact surface, in the direction of
  • Air-pressure acting pressure force is greater than the sum of the pressure applied to the second Heilbeierschungs composition 43 and the force of the spring means 46th
  • the operating behavior changes, however, if the output unit 7 is opposed to an increased resistance to movement during one or the other working movement 8a, 8b. During extension, this may be due to the output unit 7 impinging with its impact element 24 on a material crust to be pierced. During retraction, such a resistance can be caused for example by solidified materials from the melting pot, which are deposited on the extended end portion of the piston rod 4.
  • the working pressure prevailing in the working chamber 12 or 13 which is currently pressurized with compressed air increases.
  • the speed of the pressure increase depends on the Querterrorismsgr ⁇ ße of the released in the air-saving throttle area. Since the working pressure increasing in the applied working chamber 12 or 13 also acts on the control valve member 32 via the second admission passage 45, the operating force 5 acting in the direction of the high force position eventually exceeds the opposite operating force effective over the first air impingement face 42.
  • the relevant for the changeover switching threshold can be influenced and set by mutual coordination of the surface dimensions of the two Heilbeetzungs vom 42, 43 and the restoring force lo of the spring means 46.
  • an operating pressure of 6 bar is applied, from which a working chamber pressure of 2 bar results in the air-purging, wherein the switching threshold value for switching to the high-force position is at a working chamber pressure of approximately 2.5 bar.
  • control valve means 25, 26 can not switch back to the air saving after switching to the high power position during the ongoing work movement due to the dynamics of the system, a significant air consumption advantage remains, because switching to the high power position in the individual working movements always only occurs when an increased resistance to movement occurs. In many cases, this will not be the case, so that then a operation under full utilization of the air-saving function is possible.
  • control valve means 25, 26 allow the already mentioned additional switchover to a holding position 31.
  • the further actuation means 38, 39 are designed such that they bring about the holding position currently enabling compressed air to be fed into a working chamber 12 or 13 into the holding flow which enables an only greatly reduced flow throughput, if the output unit 7 reached a stroke end position or a position just before the Hubendlage.
  • This position-dependent switching ensures that in the Hubendlagen when the output unit 7 can not move on, the compressed air can flow with a further reduced flow rate in the connected working chamber 12 or 13, as long as the directional specification valve 16 is not switched.
  • the permitted flow corresponds at least substantially to the leakage occurring in the pneumatic drive 2.
  • the permitted flow rate is at least equal to or slightly greater than the leakage flow which occurs, for example, between the output piston 6 and the drive housing 5.
  • the further actuating means 38, 39 are equipped with suitable response means 48, 49.
  • These response means 48, 49 are expediently on or in the drive housing 5, wherein they 5 are formed in the embodiment in order to produce a purely mechanical switching of the control valve means 25, 26.
  • each comprise at least one stelike actuator 0 48a, 49a, which protrudes into the stroke of the output unit 7, that it is acted upon by these on reaching the desired switching position and relocated.
  • the response means 48, 49 are direct components of the control valve means 25, 26.
  • the control valve means 25, 26 to install directly on or in the drive housing 5, as indicated by dash-dotted lines in Figure 1.
  • the control valve means 25, 26 are shown separately in FIG. 1 from the drive housing 5 and it is made clear by respectively assigning the reference numerals 48, 49 which response means 48, 49 belong to which control valve means 25, 26.
  • a purely mechanical switching has the advantage that can be dispensed with an electrical equipment.
  • responsive sensors 48, 49 without contact with the position of the output unit 7 to be detected, which output an electrical sensor signal upon activation, by means of which electrical switching of the control valves 25, 26 into the Haltment 31 is caused.
  • the switching between the high-force position 29 and the air-purging position 30 can also be caused by electrical signals when the relevant pressure parameters are picked up by pressure switches or pressure sensors.
  • At least the two control valves 5, 25 can be designed as a structural unit with the pneumatic drive 2.
  • the directional specification valve 16 may also be a component of this structural unit.
  • the pneumatic drive system 1 may comprise more than just a pneumatic drive 2, in which case each pneumatic drive 20 is expediently assigned its own first and second control valve means 25, 26.
  • the directional specification valve 16 in contrast, can in principle serve for the simultaneous control of several parallel-connected pneumatic drives 2.
  • the pneumatic kantrieb 2 associated control valve means 25, 26 may be present only simply. They are then suitably switched on either in the first control line 14 or in the second control line 15, depending on which stroke direction the associated functionality is desired.

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Abstract

Proposed is a pneumatic drive system (1), in which the movement of a drive output unit (7) of a pneumatic drive (2) is controlled by control valve means (25, 26) which are connected to the working chambers (12, 13) of the pneumatic drive (2). The control valve means (25, 26) comprise at least one air-saving position (30) which defines a throttle cross section, and a high-force position (29) which defines a flow cross section which is greater than said throttle cross section. It is provided by actuating means (36, 37) that the control valve means (25, 26) are switched, as a function of the air pressure prevailing in at least one working chamber (12, 13), from the normally-assumed air-saving position (30) into the high-force position (29) when the drive output unit (7) is subjected to an increased movement resistance.

Description

Pneumatisches Antriebssystem Pneumatic drive system
Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Antriebssystem, mit mindestens einem Pneumatikantrieb, der ein Antriebsgehäuse und eine diesbezüglich durch Druckluftbeaufschlagung bewegbare Abtriebseinheit aufweist, wobei die Abtriebseinheit einen Abtriebskolben enthält, der in dem Antriebsgehäuse zwei Ar- beitskammern voneinander abteilt, von denen eine oder beide an zur gesteuerten Druckluftbeaufschlagung dienende Steuerventilmittel angeschlossen sind, die zwischen mehreren Schaltstellungen umschaltbar sind, unter denen sich eine ei- nen Drosselquerschnitt vorgebende Luftsparstellung befindet.The invention relates to a pneumatic drive system, comprising at least one pneumatic drive, which has a drive housing and a driven in this regard by compressed air driven output unit, wherein the output unit includes a driven piston, which divides in the drive housing two working chambers of which one or both controlled to Serving compressed air serving control valve means are connected, which are switchable between a plurality of switching positions, among which there is a one NEN throttle section predetermining air-saving.
Ein aus der WO 02/14698 Al bekanntes pneumatisches Antriebssystem dieser Art wird für Krustenbrecheranwendungen bei der Aluminiumverarbeitung eingesetzt. Es enthält einen als Kru- stenbrecherzylinder ausgebildeten Pneumatikantrieb, dessen Abtriebseinheit zu oszillierenden Arbeitsbewegungen antreibbar ist, bei denen sie unter Durchstoßen einer eventuell aufgebauten Materialkruste zeitweilig in ein Aluminiumschmelzbad eingetaucht wird. Verantwortlich für die jeweilige Arbeitsbewegung ist ein Richtungsvorgabeventil, das die Zufuhr und Ab- fuhr von Druckluft in zwei vom Abtriebskolben der Abtriebseinheit unterteilte Arbeitskammern steuert. An der Steuerung der Druckluftbeaufschlagung wirken außerdem zweifach vorhandene Steuerventilmittel mit, die in die Verbindung zwischen dem Richtungsvorgabeventil und je einer Arbeitskam- mer eingeschaltet sind. Diese Steuerventilmittel können unterschiedliche Schaltstellungen einnehmen, wobei eine Schaltstellung für das Hervorrufen der Arbeitsbewegung verantwortlich ist, indem sie einen Luftdurchgang freischaltet. Um den Luftverbrauch zu minimieren, ist diese Schaltstellung als Luftsparstellung ausgeführt, indem der Fluiddurchgang einen Drosselquerschnitt aufweist, der nur einen begrenzten Durch- fluss zulässt. Somit bleibt der Füllungsgrad der angeschlossenen Arbeitskammer auf einem möglichst geringen Niveau. Trifft die Abtriebseinheit auf eine Alumiumkruste und wird ihr daher ein erhöhter Bewegungswiderstand entgegengesetzt, baut sich über den Drosselquerschnitt hinweg allmählich ein zunehmend höherer Betätigungsdruck in der angeschlossenen Arbeitskammer auf, bis die erforderliche Durchstoßkraft er- reicht ist. Bei Eintreffen in einer Hubendlage verursacht die Abtriebseinheit schließlich ein Umschalten der Steuerventilmittel in eine Sperrstellung, um eine weitere Druckluftzufuhr in den Pneumatikantrieb zu unterbinden.A known from WO 02/14698 Al pneumatic drive system of this type is used for crust crusher applications in aluminum processing. It contains a pneumatic drive designed as a crusher cylinder, whose output unit can be driven to perform oscillating working movements in which it is temporarily immersed in an aluminum melt bath while puncturing a possibly constructed material crust. Responsible for the respective working movement is a directional presetting valve, which controls the supply and discharge of compressed air in two working chambers divided by the output piston of the output unit. The control of the compressed air supply also has doubly existing control valve means, which are connected in the connection between the directional specification valve and a respective working chamber. are turned on. These control valve means can assume different switching positions, wherein a switching position is responsible for causing the working movement by releasing an air passage. In order to minimize the air consumption, this switching position is designed as air-saving, in that the fluid passage has a throttle cross-section, which allows only a limited flow. Thus, the degree of filling of the connected working chamber remains at the lowest possible level. If the output unit meets an aluminum crust and is therefore opposed to increased resistance to movement, progressively higher actuating pressure gradually builds up in the connected working chamber over the throttle cross section until the required penetration force has been achieved. Upon arrival in a stroke end position causes the output unit finally switching the control valve means in a blocking position to prevent further compressed air supply to the pneumatic drive.
Bedingt durch den Zeitbedarf, der für den Druckaufbau im Pneumatikantrieb erforderlich ist, wenn die Abtriebseinheit eine Schmelzkruste zu durchbrechen hat, stellen sich bei den einzelnen Arbeitszyklen von Fall zu Fall unregelmäßige Zeit- verzögerungen ein.Due to the time required to build up the pressure in the pneumatic drive, when the output unit has to break a melt crust, irregular time delays arise from time to time during the individual work cycles.
Eine vergleichbare Anordnung beschreibt die EP 0771396 Bl. Dort wird zwar als alternative Bauform auch die Möglichkeit beschrieben, auf eine in die Steuerleitungen eingebaute Drossel zu verzichten. Dies hat allerdings eine ständige intensive Druckluftbeaufschlagung der Arbeitskammern zur Folge, was sich nachteilig auf den Druckluftverbrauch auswirkt.A comparable arrangement is described in EP 0771396 B1. Although there is described as an alternative design also the possibility to dispense with a built-in control lines choke. However, this has a constant intensive pressurization of the working chambers result, which adversely affects the compressed air consumption.
Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Maßnahmen vorzuschlagen, die eine Verringerung der Zy- kluszeiten ohne übermäßigen Mehrverbrauch an Druckluft gestatten.An essential object of the present invention is to propose measures which allow a reduction in the allow no excessive consumption of compressed air.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Steuerventilmittel als weitere Schaltstellung eine einen im Vergleich s zu dem Drosselquerschnitt größeren Strömungsguerschnitt vorgebende Hochkraftstellung aufweisen, und dass den Steuerventilmitteln Betätigungsmittel zugeordnet sind, die während der Druckluftzufuhr in eine Arbeitskammer das Umschalten der an diese Arbeitskammer angeschlossenen Steuerventilmittel in Ab- lo hängigkeit von dem in mindestens einer Arbeitskammer herrschenden Luftdruck derart steuern, dass ein Umschalten aus der normalerweise eingenommenen Luftsparstellung in die HochkraftStellung stattfindet, wenn und zumindest solange die Ab- triebseinheit einem erhöhten Bewegungswiderstand ausgesetzt i5 ist.To solve this problem, it is provided that the control valve means as a further switching position have a comparatively s to the throttle cross-section larger Strömungsguerschnitt predetermining high power position, and that the control valve means are assigned actuating means, the switching of connected to this working chamber control valve means during the compressed air supply into a working chamber as a function of the air pressure prevailing in at least one working chamber, such that switching takes place from the normally assumed air-saving position into the high-force position, if and at least as long as the drive unit is exposed to an increased resistance to movement.
Auf diese Weise bewegt sich die Abtriebseinheit so lange im Luftsparmodus, wie sie keinem erhöhten Bewegungswiderstand ausgesetzt ist. Bedingt durch den hierbei wirksamen Drosselquerschnitt beschränkt sich der Füllungsgrad der angeschlos-In this way, the output unit moves so long in the air saving mode, as it is not exposed to increased resistance to movement. Due to the effective throttle cross section, the degree of filling of the connected
2o senen Arbeitskammer auf ein Minimum, und folglich auch der2o the working chamber to a minimum, and consequently the
Luftverbrauch. Sobald jedoch ein erhöhter Bewegungswiderstand seitens der Abtriebseinheit zu verzeichnen ist, schalten die für die Druckeinspeisung in die betreffende Arbeitskammer verantwortlichen Steuerventilmittel aufgrund der im Pneumati- 5 kantrieb auftretenden Druckänderung in die Hochkraftstellung um und ermöglichen mit vergrößertem Strδmungsquerschnitt einen schnelleren Luftzufluss und somit eine rasche Druckerhδ- hung in der angeschlossenen Arbeitskammer. Dies führt zu einer Verstärkung der Stellkraft und einer Überwindung des der 0 Abtriebseinheit entgegengesetzten Bewegungswiderstandes. Mach Reduzierung des Bewegungswiderstandes können die Steuerventilmittel eventuell wieder in die Luftsparstellung zurück- schalten. Somit tritt ein Luftmehrverbrauch nur ab oder während der Betriebsphase ein, in der auch tatsächlich ein höherer Betätigungsdruck benötigt wird. Ansonsten bleibt der Luftverbrauch auf dem gedrosselten Normalniveau. Gleichzeitig s verringern sich die Zykluszeiten, weil die Luftbefüllzeit in der Hochkraftstellung wesentlich kürzer ist als in der beim Stand der Technik stets beibehaltenen Luftsparstellung.Air consumption. However, as soon as an increased resistance to movement on the part of the output unit is recorded, the control valve means responsible for the pressure feed into the relevant working chamber switch over into the high force position due to the pressure change occurring in the pneumatic drive 5 and allow a faster flow of air and therefore a rapid pressure increase with increased flow cross section. hung in the connected working chamber. This leads to an increase in the force and overcoming the 0 output unit opposite movement resistance. Mach reducing the resistance to movement may return the control valve means back to the air-saving turn. Thus, an additional air consumption occurs only from or during the operating phase, in which a higher actuation pressure is actually required. Otherwise, the air consumption remains at the throttled normal level. At the same time s reduce the cycle times, because the air filling time is significantly shorter in the high power position than in the always maintained in the prior art air-saving.
Die geschilderten Vorteile erweisen sich als besonders beachtlich, wenn das pneumatische Antriebssystem als Krusten- lo brechersystem bei der Aluminiumherstellung beziehungsweise -Verarbeitung eingesetzt wird. Aufgrund der kurzen Betriebszykluszeiten erweist sich hier die Lufteinsparung als immens. Gleichzeitig steht bei Bedarf mit nur kurzer Zeitverzögerung eine erhöhte Stellkraft zur Verfügung, um beispielsweise eine i5 Aluminiumkruste zu durchbrechen oder um an der Abtriebsein- heit anhaftendes, erstarrtes Aluminiummaterial abzustreifen. Aufgrund der druckgesteuerten Betätigung ergibt sich überdies der Vorteil, dass der Druckaufbau in der für die momentane Arbeitsbewegung verantwortlichen Arbeitskammer unter Berück-The described advantages are particularly noteworthy if the pneumatic drive system is used as crustal breaker system in aluminum production or processing. Due to the short operating cycle times, the air saving proves to be immense. At the same time, if required, an increased actuating force is available with only a short time delay in order, for example, to break through an aluminum crust or to strip off solidified aluminum material adhering to the output unit. Due to the pressure-controlled actuation, there is also the advantage that the pressure build-up in the working chamber responsible for the current working movement is taken into account.
20 sichtigung der Höhe des zu überwindenden Bewegungswiderstandes variabel stattfindet. Man kann somit erreichen, dass in der Hochkraftphase stets nur so viel Druckluft in den Pneumatikantrieb eingespeist wird, wie zum Überwinden des gerade auftretenden Bewegungswiderstandes erforderlich ist.20 takes account of the height of the resistance to be overcome variable takes place. It can thus be achieved that only as much compressed air is fed into the pneumatic drive in the high-power phase, as is required to overcome the movement resistance that is just occurring.
25 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Obgleich sich der erfindungsgemäße Gedanke auch bei Dreh- und Schwenkantrieben einsetzen lässt, erweist sich seine Anwendung vor allem bei Linearantrieben als besonders vorteilhaft. Bei dem mindestens einen Linearantrieb handelt es sich vorzugsweise um einen Pneumatikzylinder mit Kolbenstange, der als Krustenbrecherzylinder einsetzbar ist. Der Einsatz ist jedoch nicht auf den Bereich von Krustenbrecheranwendungen 5 beschränkt .Although the inventive concept can also be used in rotary and rotary actuators, its application proves to be particularly advantageous in linear drives. The at least one linear drive is preferably a pneumatic cylinder with a piston rod which can be used as a crust breaker cylinder. However, the use is not limited to the range of crust crusher applications 5.
Die Betätigungsmittel für die Steuerventilmittel sind insbesondere so ausgebildet, dass sie den Umschaltvorgang in Abhängigkeit von demjenigen Luftdruck steuern, der in der an die Steuerventilmittel angeschlossenen Arbeitskammer lo herrscht. Beim Auftreten eines Bewegungswiderstandes steigt dieser Luftdruck an und ruft das Umschalten aus der Luftsparstellung in die Hochkraftstellung hervor.The actuating means for the control valve means are in particular designed so that they control the switching operation in dependence on that air pressure prevailing in the working chamber connected to the control valve means lo. When a resistance to movement of this air pressure increases and causes the switch from the air-saving position in the high-power position.
Die Schaltstellung der Steuerventilmittel wird zweckmäßigerweise durch die momentan eingenommene Stellung eines Steuer- i5 ventilgliedes dieser Steuerventilmittel vorgegeben. Diesem ist zweckmäßigerweise in Richtung der Luftsparstellung der eingangsseitig an den Steuerventilmitteln anstehende Eingangsdruck aufgeschaltet . Der ausgangsseitig der Steuerventilmittel, also auf der Seite der angeschlossenen Arbeitskam-The switching position of the control valve means is expediently predetermined by the currently assumed position of a control valve member of this control valve means. This is expediently switched in the direction of the air-saving of the input side to the control valve means pending input pressure. The output side of the control valve means, ie on the side of the connected Arbeitskam-
2o mer, herrschende Ausgangsdruck beaufschlagt das Steuerventilglied entgegengesetzt in Richtung der HochkraftStellung. Gleichzeitig sind in dieser Richtung wirksame Federmittel vorhanden. Wenn die Kraft der Federmittel sowie die aus dem Ausgangsdruck resultierende Stellkraft insgesamt größer sind2o mer, prevailing outlet pressure acts on the control valve member opposite in the direction of the high power position. At the same time effective spring means are available in this direction. When the force of the spring means and the force resulting from the output pressure are greater overall
25 als die aus dem Eingangsdruck resultierende Stellkraft, findet das Umschalten in die Hochkraftstellung statt. Lässt sich die Stellkraft der Federmittel variabel vorgeben, besteht die Möglichkeit zu einer individuellen Einstellung der Umschalt- schwelle.25 as the force resulting from the input pressure, the switching takes place in the high-force position. If the actuating force of the spring means can be set variably, it is possible to individually set the switching threshold.
0 Die Federmittel sorgen zweckmäßigerweise dafür, dass die0 The spring means expediently ensure that the
Steuerventilmittel im drucklosen Zustand die Hochkraftstel- lung einnehmen. Wird - insbesondere unter Vermittlung eines vorgeschalteten Richtungsvorgabeventils - der Betriebsdruck aufgeschaltet , kann durch eine in den den Ausgangsdruck abgreifenden Beaufschlagungskanal eingeschaltete Drosselstelle ein verzögerter Aufbau der aus dem Ausgangsdruck resultierenden Stellkraft hervorgerufen werden, sodass die Steuerventilmittel umgehend die LuftSparstellung einnehmen.Control valve means in the depressurized state the high pressure take up. If the operating pressure is switched on, in particular through the intermediary of an upstream directional specification valve, a delayed build-up of the actuating force resulting from the outlet pressure can be caused by a throttling point connected to the outlet pressure, so that the control valve means immediately assume the air-saving position.
Ein weiterer Vorteil kann erzielt werden, wenn die Steuerventilmittel eine dritte Schaltstellung aufweisen, in der der Druckluft ein im Vergleich zu dem Drosselquerschnitt kleinerer Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt wird. Diese Schaltstellung sei als Haltestellung bezeichnet, weil sie wirksam ist, um die Abtriebseinheit sicher in ihrer Hubendlage festzuhalten. Die Haltestellung der Steuerventilmittel wird in Abhängigkeit von der Position der Abtriebseinheit wirksam, wenn sich Letztere in die Hubendlage annähert beziehungsweise diese erreicht hat. Das Umschalten kann mechanisch, beispielsweise aufgrund eines mit der Abtriebseinheit zusammenwirkenden stößelfδrmigen Stellgliedes hervorgerufen werden, aber auch elektrisch, unter Verwendung geeigneter Positionssensormittel. Der in der Haltestellung vorhandene reduzierte Strömungsquerschnitt verhindert ein zu starkes Auffüllen der angeschlossenen Arbeitskammer und kompensiert gleichzeitig eventuelle Leckageverluste, sodass die Ab- triebseinheit konstant festgehalten wird und keine Schwingungsbewegungen ausführt. Als optimal wird eine Auslegung angesehen, bei der der in der Haltestellung freigegebene Strömungsquerschnitt ein Maß aufweist, das unter Berücksichtigung des anstehenden Betriebsdruckes einen Durchfluss vorgibt, der zumindest im Wesentlichen der im Pneumatikantrieb auftretenden Leckage entspricht. Auf diese Weise erhöht sich der Luft- Befüllungsgrad in der angeschlossenen Arbeitskammer nicht oder nur geringfügig, obwohl die Luftverbindung nicht, wie beim Stand der Technik gefordert, abgesperrt ist.A further advantage can be achieved if the control valve means have a third switching position, in which the compressed air is made available in comparison with the throttle cross-section smaller flow cross-section. This switching position is referred to as a holding position, because it is effective to securely hold the output unit in its Hubendlage. The holding position of the control valve means becomes effective as a function of the position of the output unit when the latter approaches or has reached the stroke end position. The switching can be caused mechanically, for example due to a cooperating with the output unit ram actuated actuator, but also electrically, using suitable position sensor means. The reduced flow cross-section available in the stop position prevents too much filling of the connected working chamber and at the same time compensates for possible leakage losses, so that the drive unit is held constant and does not perform any oscillatory movements. A design is considered to be optimal in which the flow cross-section released in the holding position has a dimension which, taking into account the pending operating pressure, predetermines a flow which at least substantially corresponds to the leakage occurring in the pneumatic drive. In this way, the degree of air filling in the connected working chamber does not increase or only slightly, although the air connection is not shut off as required by the prior art.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur (Figur 1) zeigt das pneumatische Antriebssystem als vereinfachtes Schaltbild in einer bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Krustenbrecheranwendungen geeignet ist.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. The sole figure (Figure 1) shows the pneumatic drive system as a simplified circuit diagram in a preferred embodiment which is particularly, but not exclusively, suitable for crust crusher applications.
Das in seiner Gesamtzeit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete pneu- matische Antriebssystem umfasst mindestens einen Pneumatikantrieb 2, bei dem es sich zweckmäßigerweise um einen Linearantrieb handelt. Ihm zugeordnet ist eine seiner betriebsmäßigen Steuerung dienende, insgesamt mit Bezugsziffer 3 bezeichnete Steuereinrichtung .The pneumatic drive system designated in its entirety by reference numeral 1 comprises at least one pneumatic drive 2, which is expediently a linear drive. Associated with it is a control device serving its operational control, designated overall by reference numeral 3.
Der Typus des Pneumatikantriebes 2 ist prinzipiell beliebig. Beispielsweise könnte es sich um einen kolbenstangenlosen Linearantrieb handeln. Exemplarisch ist er als mit einer Kolbenstange 4 ausgestatteter Pneumatikzylinder ausgeführt .The type of pneumatic drive 2 is in principle arbitrary. For example, it could be a rodless linear drive. As an example, it is designed as equipped with a piston rod 4 pneumatic cylinder.
Der Pneumatikantrieb 2 enthält ein als Antriebsgehäuse 5 be- zeichnetes, eine gewisse Längserstreckung aufweisendes Gehäuse, in dessen Innerem sich ein linear verschiebbarer Abtriebskolben 6 befindet, der mit der schon erwähnten Kolbenstange 4 zu einer als Abtriebseinheit 7 bezeichneten Bewegungseinheit zusammengefasst ist . Diese Abtriebseinheit 7 ist unter Ausführung entweder einer ausfahrenden oder einer einfahrenden Arbeitsbewegung 8a, 8b relativ zum Antriebsgehäuse 5 linear bewegbar.The pneumatic drive 2 contains a housing designated as a drive housing 5, having a certain longitudinal extent, in the interior of which there is a linearly displaceable output piston 6 which is combined with the already mentioned piston rod 4 to form a movement unit designated as output unit 7. This output unit 7 is under the execution of either an extending or a retracting working movement 8a, 8b relative to the drive housing 5 linearly movable.
Durch den Abtriebskolben 6 wird der Innenraum des Antriebsgehäuses 5 in eine rückseitige erste Arbeitskammer 12 und eine vordere, von der Kolbenstange 4 durchsetzte zweite Arbeitskammer 13 unterteilt .By the output piston 6, the interior of the drive housing 5 in a back-side first working chamber 12 and a front, penetrated by the piston rod 4 second working chamber 13 divided.
Die erste Arbeitskammer 12 ist mit einer ersten fluidischen Steuerleitung 14 verbunden, die zweite Arbeitskammer 13 mit einer zweiten fluidischen Steuerleitung 15. Diese beidenThe first working chamber 12 is connected to a first fluidic control line 14, the second working chamber 13 to a second fluidic control line 15. These two
Steuerleitungen 14, 15 sind ebenso Bestandteil der Steuereinrichtung 3 wie ein Richtungsvorgabeventil 16, an das die beiden Steuerleitungen 14, 15 mit ihren dem Pneumatikantrieb 2 entgegengesetzten Enden angeschlossen sind.Control lines 14, 15 are also part of the control device 3 as a directional default valve 16, to which the two control lines 14, 15 are connected with their pneumatic drive 2 opposite ends.
Über das Richtungsvorgabeventil 16 kann die Druckluftbeaufschlagung der beiden Arbeitskammern 12, 13 gesteuert werden, um die momentan gewünschte Arbeitsbewegung 8a, 8b der Abtriebseinheit 7 hervorzurufen. Das Richtungsvorgabeventil 16 kann je nach von ihm eingenommener Schaltstellung entweder die eine (14) oder die andere (15) Steuerleitung mit einer Druckluftquelle 17 verbinden, während sie gleichzeitig die jeweils andere Steuerleitung 15, 14 an die Atmosphäre 18 entlüftet. Durch die Druckluftquelle 17 wird unter einem bestimmten Betriebsdruck stehende Druckluft zur Verfügung ge- stellt.About the directional default valve 16, the pressurization of the two working chambers 12, 13 are controlled to cause the currently desired working movement 8a, 8b of the output unit 7. The directional default valve 16 may connect either one (14) or the other (15) control line to a compressed air source 17, while simultaneously bleeding the other control line 15, 14 to the atmosphere 18, depending on the switch position taken by it. The compressed air source 17 provides pressurized air under a certain operating pressure.
Bei dem Richtungsvorgabeventil handelt es sich beispielhaft um ein 5/2 -Wegeventil . Es ist durch eine Federeinrichtung 22 in eine aus Figur 1 ersichtliche Grundstellung vorgespannt, in der die zweite Steuerleitung 15 an die Druckluftquelle 17 angeschlossen und die erste Steuerleitung 14 entlüftet ist. Durch eine elektrische oder elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 23 kann das Richtungsvorgabeventil 16 in die entgegengesetzte Schaltstellung umgeschaltet werden.The directional specification valve is exemplified by a 5/2 way valve. It is biased by a spring device 22 in an apparent from Figure 1 basic position in which the second control line 15 is connected to the compressed air source 17 and the first control line 14 is vented. By an electric or electromagnetic actuator 23, the directional specification valve 16 can be switched to the opposite switching position.
Bei dem Richtungsvorgabeventil 11 kann es sich um ein direkt betätigtes oder um ein vorgesteuertes Ventil handeln. Zur Realisierung der gewünschten Funktionalität kann es sich auch aus mehreren funktionell verknüpften Einzelventilen zusammensetzen, beispielsweise aus zwei 3/2 -Wegeventilen.The directional default valve 11 may be a directly actuated or pilot operated valve. to Realization of the desired functionality can also consist of several functionally linked individual valves, for example, two 3/2 way valves.
Bei einem bevorzugten Anwendungsfall ist der Pneumatikantrieb 2 als Krustenbrecherzylinder ausgebildet. Hierbei ist am außerhalb des Antriebsgehäuses 5 befindlichen Endbereich der Kolbenstange 4 ein Stoßelement 24 angeordnet, das geeignet ist, die an der Oberfläche eines Aluminiumschmelzbades oder eines anderen Metallschmelzbades entstandene Kruste zu durch- stoßen. Hierbei ist der Pneumatikantrieb 2 typischerweise mit vertikaler Längsrichtung und nach unten ragender Kolbenstange 4 installiert. Bei eingefahrener Abtriebseinheit 7 - dieser Zustand geht aus Figur 1 hervor - nimmt das Stoßelement 24 eine mit Abstand über der Materialkruste liegende Position ein. Zum Durchstoßen der Kruste wird die Abtriebseinheit 7 zu ihrer ausfahrenden Arbeitsbewegung 8a angetrieben, wobei sie mit dem Stoßelement 24 voraus, unter Durchstoßen der eventuell vorhandenen Kruste, in das Aluminiumschmelzbad eintaucht.In a preferred application, the pneumatic drive 2 is designed as Krustenbrecherzylinder. In this case, an impact element 24, which is suitable for penetrating the crust formed on the surface of an aluminum melt bath or of another molten metal bath, is arranged on the end region of the piston rod 4 located outside the drive housing 5. Here, the pneumatic drive 2 is typically installed with a vertical longitudinal direction and downwardly projecting piston rod 4. When the driven unit 7 is retracted - this condition is evident from FIG. 1 - the push element 24 occupies a position at a distance above the material crust. To pierce the crust, the output unit 7 is driven to its extending working movement 8a, wherein it dives with the shock element 24 ahead, piercing the possibly existing crust in the molten aluminum bath.
An die beiden Arbeitskammern 12, 13 sind unabhängig voneinan- der arbeitende erste und zweite Steuerventilmittel 25, 26 angeschlossen. Die ersten Steuerventilmittel 25 sind in den Verlauf der ersten Steuerleitung 14, die zweiten Steuerventilmittel 26 in den Verlauf der zweiten Steuerleitung 15 eingeschaltet. Sie ermöglichen, in Ergänzung zu dem Richtungs- vorgabeventil 16, eine in besonderer Weise gesteuerte Druck- luftbeaufschlagung der jeweils angeschlossenen Arbeitskammer 12, 13.The first and second control valve means 25, 26 operating independently of one another are connected to the two working chambers 12, 13. The first control valve means 25 are turned on in the course of the first control line 14, the second control valve means 26 in the course of the second control line 15. They allow, in addition to the directional specification valve 16, a particularly controlled pressurized air admission of the respectively connected working chamber 12, 13.
Die Steuerventilmittel 25, 26 besitzen jeweils einen an das Richtungsvorgabeventil 16 angeschlossenen Ventileingang 27 und einen an die zu steuernde Arbeitskammer 12, 13 angeschlossenen Ventilausgang 28. Beide Steuerventilmittel 25, 26 sind zwischen verschiedenen Schaltstellungen umschaltbar. Dabei können beide Steuerventilmittel 25, 26 alternativ eine Hochkraftstellung 29, eine LuftSparstellung 30 und eine Haltestellung 31 einnehmen. Ge- zeigt ist ein Betriebszustand, bei dem sich die ersten Steuerventilmittel 25 in der Hochkraftstellung und die zweiten Steuerventilmittel 26 in der Luftsparstellung befinden.The control valve means 25, 26 each have a valve inlet 27 connected to the directional specification valve 16 and a valve outlet 28 connected to the working chamber 12, 13 to be controlled. Both control valve means 25, 26 are switchable between different switching positions. In this case, both control valve means 25, 26 alternatively occupy a high force position 29, an air-saving position 30 and a stop position 31. Shown is an operating state in which the first control valve means 25 are in the high-force position and the second control valve means 26 are in the air-saving position.
Zweckmäßigerweise sind die beiden Steuerventilmittel 25, 26 jeweils von einem Steuerventil gebildet, das ein wahlweise in einer von drei Stellungen positionierbares Steuerventilglied 32 aufweist, welches in der Zeichnung rein symbolisch illustriert ist. Bei dem Steuerventilglied 32 kann es sich beispielsweise um einen Kolbenschieber handeln.Conveniently, the two control valve means 25, 26 each formed by a control valve which has an optionally positionable in one of three positions control valve member 32, which is illustrated purely symbolically in the drawing. The control valve member 32 may be, for example, a piston valve.
Allen drei Schaltstellungen ist gemeinsam, dass sie eineDruckluftverbindung zwischen dem Richtungsvorgabeventil 16 und der angeschlossenen Arbeitskammer 12, 13 freigeben. Unterschiedlich ist lediglich die Größe des freigegebenen Strömungsquerschnittes. In keiner Schaltstellung wird der Luftdurchgang komplett abgesperrt .All three switch positions have in common that they release a compressed air connection between the directional specification valve 16 and the connected working chamber 12, 13. The only difference is the size of the shared flow cross section. In no switch position, the air passage is completely shut off.
Der in der Luftsparsteilung 30 freigegebene Strömungsquer- schnitt sei als Drosselquerschnitt bezeichnet. Er ist geringer als der Nennquerschnitt der jeweils angeschlossenen Steuerleitung 14, 15 und bewirkt eine Drosselung der hindurchströmenden Druckluft. Wenn sich die Abtriebseinheit 7 unge- hindert bewegen kann, steht somit am Ventilausgang 28 ein gegenüber dem eingespeisten Betriebsdruck geringerer Ausgangsdruck an, der als momentaner Arbeitsdruck auch in der angeschlossenen Arbeitskammer 12, 13 ansteht.The flow cross-section released in the air-saving division 30 is referred to as the throttle cross-section. It is less than the nominal cross section of the respectively connected control line 14, 15 and causes a throttling of the flowing compressed air. If the output unit 7 can move unhindered, thus at the valve output 28 is compared to the operating pressure fed lower output pressure, which is present as the instantaneous working pressure in the connected working chamber 12, 13.
Der in der HochkraftStellung 29 freigegebene Strömungsquer- schnitt ist größer als der Drosselquerschnitt. Er ermöglicht insbesondere einen ungedrosselten Luftdurchtritt und entspricht zweckmäßigerweise dem Nennquerschnitt der Steuerleitungen 14, 15.The flow cross section released in the high force position 29 is greater than the throttle cross section. He allows in particular an unthrottled air passage and suitably corresponds to the nominal cross section of the control lines 14, 15th
Der geringste Strömungsquerschnitt wird in der Haltestellung 31 zur Verfügung gestellt. Dieser ist sogar noch wesentlich kleiner als der in der Luftsparstellung 30 wirksame Drosselquerschnitt, worauf später noch eingegangen wird.The smallest flow cross section is provided in the holding position 31. This is even much smaller than the effective in the air-saving 30 throttle area, which will be discussed later.
Beiden Steuerventilmitteln 25, 26 sind unabhängig voneinander arbeitende erste beziehungsweise zweite Betätigungsmittel 36, 37 zugeordnet. Diese sind dafür verantwortlich, ob die zugeordneten Steuerventilmittel 25, 26 die Hochkraftstellung 29 oder die Luftsparstellung 30 einnehmen. Ein Umschalten in die Haltestellung 31 können sie hingegen nicht bewirken.Both control valve means 25, 26 are assigned independently operating first and second actuating means 36, 37. These are responsible for whether the associated control valve means 25, 26 occupy the high-force position 29 or 30 Luftsparstellung. Switching to the holding position 31, however, they can not cause.
Für das Umschalten in die Haltestellung 31 sind erste und zweite weitere Betätigungsmittel 38, 39 zuständig, die anders als die rein druckabhängig arbeitenden ersten und zweiten Betätigungsmittel 36, 37 zweckmäßigerweise rein in Abhängigkeit von der Linearposition der Abtriebseinheit 7 aktiviert oder deaktiviert werden, wobei sie gegenüber den ersten und zwei- ten Betätigungsmitteln 36, 37 Vorrang haben. Erreicht die Abtriebseinheit 7 eine für das Umschalten in die Haltestellung 31 relevante Position, findet der Umschaltvorgang ungeachtet dessen statt, ob die Steuerventilmittel 25, 26 bis dahin die HochkraftStellung 29 oder die Luftsparsteilung 30 eingenommen hatten.For switching to the holding position 31, first and second further actuating means 38, 39 are responsible, which unlike the purely pressure-dependent first and second operating means 36, 37 are activated or deactivated expediently purely as a function of the linear position of the output unit 7, with respect to The first and second actuating means 36, 37 have priority. If the output unit 7 reaches a position relevant for switching to the holding position 31, the switching operation takes place irrespective of whether the control valve means 25, 26 had previously taken up the high-force position 29 or the air-saving division 30.
Die ersten und zweiten Betätigungsmittel 36, 37 sind in der Lage, das Umschalten der zugeordneten Steuerventilmittel 25, 26 in Abhängigkeit von dem in mindestens einer Arbeitskammer herrschenden Luftdruck zu steuern. Die Steuerung basiert ins- besondere auf demjenigen Druck, der in der momentan mit Druckluft gespeisten Arbeitskammer 12, 13 herrscht und welcher vorliegend mit dem am Ventilausgang 28 herrschenden Aus- gangsdruck übereinstimmt. Die Auslegung ist zweckmäßigerweise so getroffen, dass normalerweise, wenn sich die Abtriebsein- heit 7 ungestört verlagern kann, die Luftsparstellung 30 vorliegt und dass ausgehend hiervon ein Umschalten in die Hoch- kraftstellung 29 verursacht wird, wenn die Abtriebseinheit 7 bei ihrer Arbeitsbewegung 8a, 8b einem erhöhten Bewegungswiderstand ausgesetzt ist und dadurch der in der momentan mit Druckluft gespeisten Arbeitskammer 12, 13 herrschende Arbeitsdruck bis zu einem vorgegebenen Umschalt-Schwellwert ansteigt.The first and second actuation means 36, 37 are capable of controlling the switching of the associated control valve means 25, 26 in response to the air pressure prevailing in at least one working chamber. The control is based in particular on the pressure that is currently in the Compressed air fed working chamber 12, 13 prevails and which in this case coincides with the prevailing at the valve outlet 28 outlet pressure. The design is expediently such that normally, when the output unit 7 can move without interruption, the air-purging 30 is present and that, starting therefrom, a switch to the high-power position 29 is caused when the output unit 7 during its working movement 8a, 8b is exposed to an increased resistance to movement and thereby increases in the currently supplied with compressed air working chamber 12, 13 prevailing working pressure up to a predetermined switching threshold.
Um diesen Umschaltvorgang auf besonders einfache Art zu ermöglichen, sind einem jeweiligen Steuerventilglied 32 beim Ausführungsbeispiel zwei einander entgegengesetzt orientierte erste und zweite Luftbeaufschlagungsflächen 42, 43 zugeordnet. Eine Beaufschlagung der ersten Luftbeaufschlagungsfläche 42 führt zu einer Stellkraft in Richtung der Luftsparstellung 30, eine Beaufschlagung der zweiten Luftbeaufschlagungsfläche 43 hat eine in Richtung der Hochkraftstellung 29 wirksame Stellkraft zur Folge.To enable this switching operation in a particularly simple manner, a respective control valve member 32 in the embodiment, two oppositely oriented first and second Luftbeaufschlagungsflächen 42, 43 assigned. Actuation of the first air-admission surface 42 leads to a restoring force in the direction of the air-saving position 30, an admission of the second air-admission surface 43 has an effective in the direction of the high-force position 29 actuating force.
Der ersten Luftbeaufschlagungsfläche 42 ist über einen ersten Beaufschlagungskanal 44 der am Ventileingang 27 anstehende Eingangsdruck zugeführt. Über einen zweiten Beaufschlagungs- kanal 45 wird die zweite Luftbeaufschlagungsfläche 43 mit dem am Ventilausgang 28 herrschenden Ausgangsdruck beaufschlagt. Zusätzlich sind Federmittel 46 vorhanden, die eine ebenfalls in Richtung der Hochkraftstellung wirkende Stellkraft auf das Steuerventilglied 32 ausüben. Die Stellkraft der Pedermittel 46 ist zweckmäßigerweise einstellbar, was durch einen schrägen Pfeil symbolisch veranschaulicht ist.The first Luftbeaufschlagungsfläche 42 is supplied via a first supply passage 44 of the pending on the valve inlet 27 inlet pressure. Via a second admission channel 45, the second air admission surface 43 is acted upon by the outlet pressure prevailing at the valve outlet 28. In addition, spring means 46 are present, which exert a force acting also in the direction of the high force position on the control valve member 32. The actuating force of the pedestrian means 46 is expediently adjustable, which is illustrated symbolically by an oblique arrow.
In den Verlauf des zweiten Beaufschlagungskanals 45 ist zweckmäßigerweise eine Drosselstelle 47 eingeschaltet, die einen zeitverzögerten Druckkraftaufbau an der zweiten Luftbeaufschlagungsfläche 43 bewirkt.In the course of the second Beaufschlagungskanals 45 a throttle point 47 is suitably turned on, which causes a time-delayed pressure force build-up on the second Luftbeaufschlagungsfläche 43.
Lässt man die Haltestellung 31 zunächst außer Acht, ist insbesondere der im Folgenden erläuterte Betriebsablauf des pneumatischen Antriebssystems 1 möglich.If the holding position 31 is initially disregarded, in particular the operating sequence of the pneumatic drive system 1 explained below is possible.
Die Erläuterung beginnt mit einer Grundstellung bei weitestmöglich in das Antriebsgehäuse 5 eingefahrener Abtriebseinheit 7 und drucklosem System. Hier werden die beiden Steuerventilmittel 25, 26 - wenn die weiteren Betätigungsmittel 38, 39 nicht vorhanden wären - durch die Kraft der Federmittel 46 in der einen maximalen Durchfluss zulassenden Hochkraftstellung 29 gehalten.The explanation begins with a basic position as far as possible in the drive housing 5 retracted output unit 7 and pressureless system. Here, the two control valve means 25, 26 - if the further actuating means 38, 39 would not be present - held by the force of the spring means 46 in the maximum flow permitting high force position 29.
Ausgehend hiervon wird das Richtungsvorgabeventil 16 bei eingeschalteter Druckluftquelle 17 in die nicht gezeigte zweite Schaltstellung umgeschaltet, sodass der ersten Steuerleitung 14 unter Betriebsdruck stehende Druckluft zugeführt und gleichzeitig die zweite Steuerleitung 15 entlüftet wird. Die über die erste Steuerleitung 14 einströmende Druckluft durchströmt die in der Hochkraftstellung befindlichen ersten Steu- erventiltnittel 25 und beaufschlagt die Abtriebseinheit 7 im Ausfahrsinne, sodass diese zu der ausfahrenden Arbeitsbewegung 8a angetrieben wird. Die hierbei vom Abtriebskolben 6 aus der zweiten Arbeitskammer 13 ausgeschobene Druckluft gelangt über die durch die Federmittel 46 in der ebenfalls ei- nen vollen Durchläse ermöglichenden Hochkraftstellung gehal- tenen zweiten Steuerventilmittel 26 und das darauffolgende Richtungsvorgabeventil 16 zur Atmosphäre 18. Da in der Steuerleitung 15 Atmosphärendruck herrscht, wird die Schaltstellung der zweiten Steuerventilmittel 26 während der Entlüf- 5 tungsphase nicht beeinflusst .Based on this, the directional specification valve 16 is switched with the compressed air source 17 in the second switching position, not shown, so that the first control line 14 supplied under operating pressure compressed air and at the same time the second control line 15 is vented. The compressed air flowing in via the first control line 14 flows through the first control valve means 25 located in the high force position and acts on the output unit 7 in the direction of extension, so that it is driven to the extending working movement 8a. The compressed air which has been ejected from the second working chamber 13 by the output piston 6 passes through the high-force position which is also enabled by the spring means 46 in the likewise full passage. Since the control line 15 is at atmospheric pressure, the switching position of the second control valve means 26 is not affected during the venting phase.
Unmittelbar nach der Lufteinspeisung in die erste Steuerleitung 14 schalten die ersten Steuerventilmittel 25 in die Luftsparstellung 30 um. Dies rührt daher, dass der bis dahin in der gesamten ersten Steuerleitung 14 anstehende Betriebs- lo druck zwar die erste Luftbeaufschlagungsfläche 42 uneingeschränkt beaufschlagen kann, an der zweiten Luftbeaufschlagungsfläche 43 jedoch wegen der zwischengeschalteten Drosselstelle 47 ein zunächst nur geringer Betätigungsdruck ansteht. Die Auslegung ist so getroffen, dass die über die erste Luft- i5 beaufschlagungsflache 42 auferlegte, in Richtung derImmediately after the air feed into the first control line 14, the first control valve means 25 switch to the air-saving position 30. This is due to the fact that the operating pressure hitherto prevailing in the entire first control line 14 can act on the first air-admission surface 42 without restriction, but due to the intermediate throttle restriction 47, an initially only low activation pressure is applied to the second air-admission surface 43. The design is such that the 42 imposed on the first air i5 impact surface, in the direction of
Luftsparstellung wirkende Druckkraft größer ist als die Summe aus der an der zweiten Luftbeaufschlagungsfläche 43 anstehenden Druckkraft und der Stellkraft der Federmittel 46.Air-pressure acting pressure force is greater than the sum of the pressure applied to the second Luftbeaufschlagungsfläche 43 and the force of the spring means 46th
Nach dem Umschalten in die Luftsparstellung 30 stellt sich 2o aufgrund des nun wirksamen Drosselquerschnittes ein im Vergleich zum Eingangsdruck geringerer Ausgangsdruck ein, der auch in der angeschlossenen ersten Arbeitskammer 12 wirksam und dort für den Vortrieb der Abtriebseinheit 7 verantwortlich ist.After switching to the air-purging 30 2o arises due to the now effective throttle cross-section compared to the input pressure lower output pressure, which is also effective in the connected first working chamber 12 and there for the propulsion of the output unit 7.
25 Selbst wenn nun nach einer gewissen Zeit im gesamten zweiten Beaufschlagungskanal 45 ein konstanter Betätigungsdruck herrscht, verharren die ersten Steuerventilmittel 25 in der Luftsparstellung, weil die Auslegung der ersten und zweiten Betätigungsmittel 36, 37 so gewählt ist, dass der vorgenann-Even if a constant actuating pressure prevails in the entire second admission channel 45 after a certain time, the first control valve means 25 remain in the air-saving position, because the design of the first and second actuating means 36, 37 is selected such that the above-mentioned
30 te, maximal dem Ventil-Ausgangsdruck entsprechende Betätigungsdruck zusammen mit den Federmitteln 46 maximal eine Stellkraft ausüben kann, die unterhalb der auf dem Ventil- Eingangsdruck basierenden, entgegengesetzten Betätigungskraft liegt.30 te, maximum actuation pressure corresponding to the valve output pressure together with the spring means 46 a maximum Actuate force that is below the on the valve input pressure based, opposite actuating force.
Solange die Abtriebseinheit 7 auf kein Hindernis trifft, wird sie nun mit dem reduzierten Ausgangsdruck der ersten Steuerventilmittel 25 ausgefahren, wobei der Füllungsgrad der ersten Arbeitskammer 12 entsprechend dem niedrigen Ausgangs- druck ebenfalls verhältnismäßig gering ist.As long as the output unit 7 encounters no obstacle, it is now extended with the reduced output pressure of the first control valve means 25, wherein the degree of filling of the first working chamber 12 corresponding to the low output pressure is also relatively low.
Erreicht die Abtriebseinheit 7 ungestört ihre maximal ausge- fahrene Hubendlage, kann durch Umschalten des Richtungsvorgabeventils 16 ein umgekehrter Bewegungsablauf veranlasst werden, wobei sich die zweiten Steuerventilmittel 26 wie zuvor die ersten Steuerventilmittel 25 und die ersten Steuerventilmittel 25 wie zuvor die zweiten Steuerventilmittel 26 verhal- ten.If the output unit 7 reaches its maximum extended stroke end position undisturbed, a reversed sequence of motions can be initiated by switching the directional specification valve 16, the second control valve means 26 behaving as the first control valve means 25 and the first control valve means 25 behave like the second control valve means 26 before ,
Das Betriebsverhalten ändert sich allerdings, wenn der Abtriebseinheit 7 während der einen oder anderen Arbeitsbewegung 8a, 8b ein erhöhter Bewegungswiderstand entgegengesetzt wird. Beim Ausfahren kann dies dadurch bedingt sein, dass die Abtriebseinheit 7 mit ihrem Stoßelement 24 auf einer zu durchstoßenden Materialkruste auftrifft. Beim Einfahren kann ein solcher Widerstand beispielsweise durch erstarrte Materialien aus dem Schmelztopf bedingt sein, die sich am ausgefahrenen Endabschnitt der Kolbenstange 4 ablagern.The operating behavior changes, however, if the output unit 7 is opposed to an increased resistance to movement during one or the other working movement 8a, 8b. During extension, this may be due to the output unit 7 impinging with its impact element 24 on a material crust to be pierced. During retraction, such a resistance can be caused for example by solidified materials from the melting pot, which are deposited on the extended end portion of the piston rod 4.
Bei einem solchen Betriebszustand steigt der in der momentan mit Druckluft beaufschlagten Arbeitskammer 12 oder 13 herrschende Arbeitsdruck an. Die Schnelligkeit der Druckerhöhung hängt von der Querschnittsgrδße des in der Luftsparstellung freigegebenen Drosselquerschnittes ab. Da der in der beaufschlagten Arbeitskammer 12 oder 13 ansteigende Arbeitsdruck über den zweiten Beaufschlagungskanal 45 auch auf das Steuerventilglied 32 einwirkt, übersteigt die in der Richtung der Hochkraftstellung wirksame Betätigungskraft 5 irgendwann die über die erste Luftbeaufschlagungsfläche 42 wirksame entgegengesetzte Betätigungskraft. Der für den Umschaltzeitpunkt maßgebliche Umschalt-Schwellwert lässt sich durch gegenseitige Abstimmung der Flächenabmessungen der beiden Luftbeaufschlagungsflächen 42, 43 sowie der Stellkraft lo der Federmittel 46 beeinflussen und vorgeben.In such an operating state, the working pressure prevailing in the working chamber 12 or 13 which is currently pressurized with compressed air increases. The speed of the pressure increase depends on the Querschnittsgrδße of the released in the air-saving throttle area. Since the working pressure increasing in the applied working chamber 12 or 13 also acts on the control valve member 32 via the second admission passage 45, the operating force 5 acting in the direction of the high force position eventually exceeds the opposite operating force effective over the first air impingement face 42. The relevant for the changeover switching threshold can be influenced and set by mutual coordination of the surface dimensions of the two Luftbeaufschlagungsflächen 42, 43 and the restoring force lo of the spring means 46.
Bei einem typischen Anwendungsfall liegt ein Betriebsdruck von 6 bar an, aus dem in der Luftsparstellung ein Arbeitskammerdruck von 2 bar resultiert, wobei der Umschalt-Schwellwert zum Umschalten in die Hochkraftstellung bei einem Arbeitskam- i5 merdruck von etwa 2,5 bar liegt.In a typical application, an operating pressure of 6 bar is applied, from which a working chamber pressure of 2 bar results in the air-purging, wherein the switching threshold value for switching to the high-force position is at a working chamber pressure of approximately 2.5 bar.
Durch das Umschalten in die Hochkraftstellung steht der eingespeisten Druckluft ein wesentlich größerer Strömungsquerschnitt zur Verfügung. Folglich steigt der in der angeschlossenen Arbeitskammer 12 oder 13 herrschende Arbeitsdruck inBy switching to the high force position of the injected compressed air is a much larger flow area available. Consequently, the prevailing in the connected working chamber 12 or 13 working pressure increases in
20 kurzer Zeit bis auf maximal den in die Steuerventilmittel eingespeisten Betriebsdruck an, sodass die Abtriebseinheit 7 mit einer stark erhöhten fluidischen Stellkraft beaufschlagt ist, aufgrund derer sie in der Lage ist, den Bewegungswiderstand zu überwinden, d.h. vorliegend beispielsweise die Mate-20 short time to maximally fed to the control valve means operating pressure, so that the output unit 7 is subjected to a greatly increased fluidic force, due to which it is able to overcome the resistance to movement, i. in the present case, for example, the mate-
25 rialkruste zu durchbrechen.25 rial crust to break.
Sobald sich die Abtriebseinheit 7 wieder mit geringerem Widerstand bewegen lässt, fällt in der Regel der Arbeitskammerdruck aufgrund der Systemdynamik wieder ab, sodass sich an dem Steuerventilglied 32 neuerlich eine resultierende Betäti- o gungskraft zu Gunsten eines Umschaltens in die Luftsparstel- lung einstellt und ein entsprechendes Zurückschalten in die Luftsparstellung 30 stattfindet.As soon as the output unit 7 can be moved again with less resistance, as a rule the working chamber pressure drops again due to the system dynamics, so that a resultant operating force is again applied to the control valve member 32 in favor of switching to the air gap. ment and a corresponding switching back into the air-saving position 30 takes place.
Selbst wenn die Steuerventilmittel 25, 26 nach dem Umschalten in die Hochkraftstellung während der sich fortsetzenden Ar- beitsbewegung aufgrund der Dynamik des Systems nicht mehr in die Luftsparstellung zurückschalten können, bleibt ein erheblicher Luftverbrauchsvorteil bestehen, weil das Umschalten in die Hochkraftstellung bei den einzelnen Arbeitsbewegungen stets nur dann erfolgt, wenn ein erhöhter Bewegungswiderstand auftritt. In vielen Fällen wird dies nicht der Fall sein, so- dass dann ein Betrieb unter voller Ausnutzung der Luftsparfunktion möglich ist.Even if the control valve means 25, 26 can not switch back to the air saving after switching to the high power position during the ongoing work movement due to the dynamics of the system, a significant air consumption advantage remains, because switching to the high power position in the individual working movements always only occurs when an increased resistance to movement occurs. In many cases, this will not be the case, so that then a operation under full utilization of the air-saving function is possible.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Steuerventilmittel 25, 26 die schon erwähnte zusätzliche Umschaltmöglichkeit in eine Haltestellung 31 ermöglichen.Further advantages arise when the control valve means 25, 26 allow the already mentioned additional switchover to a holding position 31.
In diesem Zusammenhang sind die weiteren Betätigungsmittel 38, 39 derart ausgebildet, dass sie die momentan mit dem Einspeisen von Druckluft in eine Arbeitskammer 12 oder 13 be- fassten Steuerventilmittel 25 oder 26 in die einen nurmehr stark reduzierten Strδmungsdurchsatz ermöglichende Haltestellung bewirken, wenn die Abtriebseinheit 7 eine Hubendlage oder eine Position kurz vor der Hubendlage erreicht. Durch dieses positionsabhängige Umschalten ist gewährleistet, dass in den Hubendlagen, wenn sich die Abtriebseinheit 7 nicht mehr weiterbewegen kann, die Druckluft mit einer weiter verringerten Durchflussrate in die angeschlossene Arbeitskammer 12 oder 13 einströmen kann, solange das Richtungsvorgabeventil 16 nicht umgeschaltet wird.In this connection, the further actuation means 38, 39 are designed such that they bring about the holding position currently enabling compressed air to be fed into a working chamber 12 or 13 into the holding flow which enables an only greatly reduced flow throughput, if the output unit 7 reached a stroke end position or a position just before the Hubendlage. This position-dependent switching ensures that in the Hubendlagen when the output unit 7 can not move on, the compressed air can flow with a further reduced flow rate in the connected working chamber 12 or 13, as long as the directional specification valve 16 is not switched.
Durch die ständig aufrechterhaltene Luftbeaufschlagung kann im Vergleich zu einem kompletten Absperren der große Vorteil erzielt werden, dass im System auftretende Leckagen ausgeglichen werden und der in der beaufschlagten Arbeitskammer herrschende Luftdruck normalerweise nie unter eine Schwelle absinkt, die Relativbewegungen der Abtriebseinheit 7 bezüglich 5 des Antriebsgehäuses 5 zulässt.Due to the constantly maintained air supply can be compared to a complete shut off the big advantage be achieved that occurring in the system leaks are compensated and the prevailing in the applied working chamber air pressure normally never falls below a threshold, the relative movements of the output unit 7 with respect to 5 of the drive housing 5 permits.
Dies ist insbesondere bei einem Einsatz als Krustenbrecherzy- linder relevant, wenn es darum geht, die eingefahrene und mithin hochgefahrene Abtriebseinheit 7 sicher festzuhalten und an einem auch nur minimalen Absinken zu hindern.This is particularly relevant when used as Krustenbrecherzy- linder when it comes to securely retract the retracted and therefore highly powered output unit 7 and to prevent even a minimal decrease.
lo Zweckmäßigerweise wählt man den in der Haltestellung 31 freigegebenen Strömungsquerschnitt der Steuerventilmittel 25, 26 derart, dass bezogen auf den anstehenden Betriebsdruck der zugelassene Durchfluss zumindest im Wesentlichen der im Pneumatikantrieb 2 auftretenden Leckage entspricht. Vorzugsweise i5 ist der zugelassene Durchfluss mindestens gleich oder geringfügig größer als der auftretende Leckagedurchfluss, der beispielsweise zwischen dem Abtriebskolben 6 und dem Antriebsgehäuse 5 auftritt.It is expedient to select the flow cross-section of the control valve means 25, 26 released in the holding position 31 in such a way that, based on the pending operating pressure, the permitted flow corresponds at least substantially to the leakage occurring in the pneumatic drive 2. Preferably, the permitted flow rate is at least equal to or slightly greater than the leakage flow which occurs, for example, between the output piston 6 and the drive housing 5.
Zu Detektion derjenigen Axialposition der Abtriebseinheit 7, 2o bei der das Umschalten der Steuerventilmittel 25, 26 in die Haltestellung 31 ausgelöst werden soll, sind die weiteren Betätigungsmittel 38, 39 mit geeigneten Ansprechmitteln 48, 49 ausgestattet. Diese Ansprechmittel 48, 49 befinden sich zweckmäßigerweise am oder im Antriebsgehäuse 5, wobei sie 5 beim Ausführungsbeispiel ausgebildet sind, um ein rein mechanisches Umschalten der Steuerventilmittel 25, 26 hervorzurufen.To detect that axial position of the output unit 7, 2o in which the switching of the control valve means 25, 26 is to be triggered in the holding position 31, the further actuating means 38, 39 are equipped with suitable response means 48, 49. These response means 48, 49 are expediently on or in the drive housing 5, wherein they 5 are formed in the embodiment in order to produce a purely mechanical switching of the control valve means 25, 26.
Zum Zwecke der mechanischen Aktivierung umfassen sie zweckmäßigerweise jeweils mindestens ein stδßelförmiges Stellglied 0 48a, 49a, das so in den Hubweg der Abtriebseinheit 7 ragt, dass es durch diese bei Erreichen der gewünschten Umschaltposition beaufschlagt und verlagert wird.For the purpose of mechanical activation, they expediently each comprise at least one stelike actuator 0 48a, 49a, which protrudes into the stroke of the output unit 7, that it is acted upon by these on reaching the desired switching position and relocated.
Zweckmäßigerweise sind die Ansprechmittel 48, 49 unmittelbare Bestandteile der Steuerventilmittel 25, 26. Dies macht es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Steuerventilmittel 25, 26 unmittelbar am oder im Antriebsgehäuse 5 zu installieren, wie dies in Figur 1 strichpunktiert angedeutet ist. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind die Steuerventilmittel 25, 26 in der Figur 1 getrennt vom Antriebsgehäuse 5 abgebildet und es ist durch jeweils zweifache Vergabe der Bezugsziffern 48, 49 deutlich gemacht, welche Ansprechmittel 48, 49 zu welchen Steuerventilmitteln 25, 26 gehören.Conveniently, the response means 48, 49 are direct components of the control valve means 25, 26. This makes it possible in a particularly advantageous manner, the control valve means 25, 26 to install directly on or in the drive housing 5, as indicated by dash-dotted lines in Figure 1. For reasons of better clarity, the control valve means 25, 26 are shown separately in FIG. 1 from the drive housing 5 and it is made clear by respectively assigning the reference numerals 48, 49 which response means 48, 49 belong to which control valve means 25, 26.
Ein rein mechanisches Umschalten hat den Vorteil, dass auf eine elektrische Ausstattung verzichtet werden kann. Gleich- wohl wäre es ohne weiteres möglich, als Ansprechmittel 48, 49 berührungslos auf die zu detektierende Position der Abtriebseinheit 7 ansprechende Sensoren vorzusehen, die bei Aktivierung ein elektrisches Sensorsignal ausgeben, anhand dessen anschließend ein elektrisches Umschalten der Steuerven- tilmittel 25, 26 in die Haltestellung 31 hervorgerufen wird.A purely mechanical switching has the advantage that can be dispensed with an electrical equipment. However, it would readily be possible to provide responsive sensors 48, 49 without contact with the position of the output unit 7 to be detected, which output an electrical sensor signal upon activation, by means of which electrical switching of the control valves 25, 26 into the Haltment 31 is caused.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass prinzipiell auch das Umschalten zwischen der Hochkraftstellung 29 und der Luftspar- stellung 30 durch elektrische Signale hervorgerufen werden kann, wenn die relevanten Druckparameter durch Druckschalter oder Drucksensoren abgegriffen werden.At this point, it should be mentioned that, in principle, the switching between the high-force position 29 and the air-purging position 30 can also be caused by electrical signals when the relevant pressure parameters are picked up by pressure switches or pressure sensors.
In Verbindung mit den weiteren Betätigungsmitteln 38, 39 ergibt sich auch beim Start des oben geschilderten Betriebsablaufes eine Änderung dahingehend, dass sich die Abtriebseinheit 7 anfänglich kurzzeitig mit reduzierter Geschwindigkeit bewegt, weil die der auf Entlüftung geschalteten Arbeitskam- mer zugeordneten Steuerventilmittel durch die weiteren Betätigungsmittel in der Haltestellung 31 gehalten werden, bis die Abtriebseinheit den Ansprechbereich der Anprechmittel 48 bzw. 49 verlassen hat.In conjunction with the further actuating means 38, 39 also results in the start of the above-described operation, a change to the effect that the output unit 7 initially briefly moves at a reduced speed, because the switched on the ventilation Arbeitsamam- mer associated control valve means are held by the further actuating means in the holding position 31 until the output unit has left the response range of the addressing means 48 and 49 respectively.
5 Solange sich die Abtriebseinheit 7 im Ansprechbereich der Ansprechmittel 48 oder 49 befindet, nehmen die zugeordneten Steuerventilmittel 25, 26 die Haltestellung 31 ungeachtet der in den Arbeitskammern 12, 13 herrschenden Arbeitsdrücke ein. Die Schaltstellung ist hier positionsabhängig von der Positi- lo on der Abtriebseinheit 7 vorgegeben. Erst außerhalb dieses Ansprechbereiches wird die Schaltstellung der Steuerventil- mittel 25, 26 druckabhängig zwischen der Luftsparstellung 30 und der HochkraftStellung 29 gesteuert.5 As long as the output unit 7 is in the response range of the response means 48 or 49, take the associated control valve means 25, 26, the holding position 31 irrespective of the prevailing in the working chambers 12, 13 working pressures. The switching position is here specified depending on the position of the positio on the output unit 7. Only outside this response range is the switching position of the control valve means 25, 26 controlled pressure-dependent between the air-saving position 30 and the high-power position 29.
Wie schon angedeutet, können zumindest die beiden Steuerven- i5 tilmittel 25, 26 als Baueinheit mit dem Pneumatikantrieb 2 ausgeführt sein. Auch das Richtungsvorgabeventil 16 kann ein Bestandteil dieser Baueinheit sein.As already indicated, at least the two control valves 5, 25 can be designed as a structural unit with the pneumatic drive 2. The directional specification valve 16 may also be a component of this structural unit.
Das pneumatische Antriebssystem 1 kann mehr als den nur einen Pneumatikantrieb 2 umfassen, wobei dann jedem Pneumatikan- 20 trieb 2 zweckmäßigerweise eigene erste und zweite Steuerventilmittel 25, 26 zugeordnet sind. Das Richtungsvorgabeventil 16 hingegen kann prinzipiell der gleichzeitigen Ansteuerung mehrerer parallelgeschalteter Pneumatikantriebe 2 dienen.The pneumatic drive system 1 may comprise more than just a pneumatic drive 2, in which case each pneumatic drive 20 is expediently assigned its own first and second control valve means 25, 26. The directional specification valve 16, in contrast, can in principle serve for the simultaneous control of several parallel-connected pneumatic drives 2.
Abweichend vom Ausführungsbeispiel können die einem Pneumati- s kantrieb 2 zugeordneten Steuerventilmittel 25, 26 auch nur einfach vorhanden sein. Sie sind dann zweckmäßigerweise entweder in die erste Steuerleitung 14 oder in die zweite Steuerleitung 15 eingeschaltet, je nachdem, bei welcher Hubrichtung die damit verbundene Funktionalität angestrebt ist. Deviating from the exemplary embodiment, the pneumatic kantrieb 2 associated control valve means 25, 26 may be present only simply. They are then suitably switched on either in the first control line 14 or in the second control line 15, depending on which stroke direction the associated functionality is desired.

Claims

Ansprüche claims
1. Pneumatisches Antriebssystem, mit mindestens einem Pneumatikantrieb (2) , der ein Antriebsgehäuse (5) und eine diesbezüglich durch Druckluftbeaufschlagung bewegbare Ab- 5 triebseinheit (7) aufweist, wobei die Abtriebseinheit (7) einen Abtriebskolben (6) enthält, der in dem Antriebsgehäuse (5) zwei Arbeitskammern (12, 13) voneinander abteilt, von denen eine oder beide an zur gesteuerten Druckluftbeaufschlagung dienende Steuerventilmittel (25, 26) angeschlossen sind, o die zwischen mehreren Schaltstellungen umschaltbar sind, unter denen sich eine einen Drosselquerschnitt vorgebende Luftsparstellung (30) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass . die Steuerventilmittel (25, 26) als weitere Schaltstellung eine einen im Vergleich zu dem Drosselquerschnitt größeren s Strömungsquerschnitt vorgebende Hochkraftstellung (29) aufweisen, und dass den Steuerventilmitteln (25, 26) Betätigungsmittel (36, 37) zuordnet sind, die während der Druckluftzufuhr in eine Arbeitskammer (12, 13) das Umschalten der an diese Arbeitskammer (12, 13) angeschlossenen Steuerventil- o mittel (25, 26) in Abhängigkeit von dem in mindestens einer Arbeitskammer (12, 13) herrschenden Luftdruck derart steuern, dass ein Umschalten aus der normalerweise eingenommenen Luftsparstellung (30) in die Hochkraftstellung (29) stattfindet, wenn und zumindest solange die Abtriebseinheit (7) einem 5 erhöhten Bewegungswiderstand ausgesetzt ist. 1. Pneumatic drive system, comprising at least one pneumatic drive (2), the drive housing (5) and a movable in this regard by compressed air Ab 5 drive unit (7), wherein the output unit (7) includes a driven piston (6) in the Drive housing (5) two working chambers (12, 13) from one another divides, one or both of which are connected to the controlled compressed air control valve means (25, 26) are connected, o which are switchable between a plurality of switching positions, under which a throttle cross-section predetermining air-saving ( 30), characterized in that. the control valve means (25, 26) as a further switching position has a greater compared to the throttle cross section s flow cross-section high-force position (29), and in that the control valve means (25, 26) actuating means (36, 37) are assigned, during the compressed air supply in a working chamber (12, 13) to control the switching of the control valve means (25, 26) connected to this working chamber (12, 13) as a function of the air pressure prevailing in at least one working chamber (12, 13) in such a way that switching over is possible the normally assumed air-saving position (30) takes place in the high-force position (29) when and at least as long as the output unit (7) is subjected to an increased resistance to movement.
2. AntriebsSystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Pneumatikantrieb (2) ein Linearantrieb ist.2. Drive system according to claim 1, characterized in that the at least one pneumatic drive (2) is a linear drive.
3. AntriebsSystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-3. Drive system according to claim 1 or 2, characterized
5 zeichnet, dass der mindestens eine Pneumatikantrieb (2) ein Pneumatikzylinder ist, dessen Abtriebseinheit (7) eine stirnseitig aus dem Antriebsgehäuse (5) herausragende Kolbenstange (4) enthält.5 shows that the at least one pneumatic drive (2) is a pneumatic cylinder whose output unit (7) contains a piston rod (4) projecting from the drive housing (5) at the end face.
4. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, lo dass der Pneumatikzylinder ein Krustenbrecherzylinder ist, an dessen Kolbenstange (4) stirnseitig ein zum Durchstoßen der Kruste eines Metallschmelzbades geeignetes Stoßelement (24) angeordnet ist.4. Drive system according to claim 3, characterized in that the pneumatic cylinder is a crust breaker cylinder, on the piston rod (4) of which a push-through element (24) suitable for piercing the crust of a molten metal bath is arranged.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch i5 gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (36, 37) derart ausgebildet sind, dass sie das Umschalten der Steuerventilmittel (25, 26) in Abhängigkeit von dem in der an die Steuerventilmittel (25, 26) angeschlossenen Arbeitskammer (12, 13) herrschenden Luftdruck steuern.Drive system according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the actuating means (36, 37) are designed to switch over the control valve means (25, 26) as a function of that in the control valve means (25, 26). 26) connected working chamber (12, 13) control the prevailing air pressure.
20 6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (36, 37) derart ausgebildet sind, dass sie die Steuerventilmittel (25, 26) aus der bis dahin eingenommenen Luftsparstellung (30) in die Hochkraftstellung (29) umschalten, wenn der in der an diese Steuerventilmittel6. Drive system according to claim 5, characterized in that the actuating means (36, 37) are designed such that they switch the control valve means (25, 26) from the hitherto assumed air-saving position (30) in the high-force position (29) in the at this control valve means
25 (25, 26) angeschlossenen Arbeitskammer (12, 13) herrschende Luftdruck auf einen vorbestimmten Umschalt-Schwellwert angestiegen ist.25 (25, 26) connected working chamber (12, 13) prevailing air pressure has risen to a predetermined switching threshold.
7. Antriebssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilmittel (25, 26) ein durch sei- ne momentan eingenommene Stellung die Schaltstellung der Steuerventilmittel (25, 26) definierendes Steuerventilglied7. Drive system according to claim 5 or 6, characterized in that the control valve means (25, 26) by a se- ne currently occupied position the switching position of the control valve means (25, 26) defining the control valve member
(32) enthalten, dem in Richtung der Luftsparstellung (30) wirkend der Eingangsdruck und in Richtung der Hochkraftstel- 5 lung (29) wirkend der Ausgangsdruck der Steuerventilmittel(32), the inlet pressure acting in the direction of air-saving (30), and the outlet pressure of the control valve means acting in the direction of the high-pressure position (29)
(25, 26) aufgeschaltet ist und das zusätzlich in Richtung der HochkraftStellung durch Federmittel (46) beaufschlagt ist.(25, 26) is switched on and is additionally acted upon in the direction of high force position by spring means (46).
8. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (46) in ihrer Stellkraft einstellbar lo ausgebildet sind.8. Drive system according to claim 7, characterized in that the spring means (46) are formed in their actuating force adjustable lo.
9. Antriebssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den dem Steuerventilglied (32) den Ausgangsdruck aufschaltenden Beaufschlagungskanal (45) eine einen zeitverzögerten Druckkraftaufbau am Steuerventilglied i5 (32) hervorrufende Drosselstelle (47) eingeschaltet ist.9. Drive system according to claim 7 or 8, characterized in that in the control valve member (32) the output pressure aufschaltenden admission channel (45) a time-delayed pressure force build-up on the control valve member i5 (32) inducing throttle point (47) is turned on.
10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass den Steuerventilmitteln (25, 26) ein- gangsseitig ein mit einer Druckluftquelle (17) verbindbares oder verbundenes und insbesondere als 5/2 -Wegeventil ausge-10. Drive system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the control valve means (25, 26) on the input side with a compressed air source (17) connectable or connected and in particular as 5/2 way valve ausge-
20 bildetes Richtungsvorgabeventil (16) vorgeschaltet ist, das in der Lage ist, die beiden Arbeitskammern (12, 13) abwechselnd gegensinnig mit Druckluft zu speisen oder zu entlüften.20 upstream Richtungsvorgabeventil (16) is connected upstream, which is able to alternately feed or vent the two working chambers (12, 13) in opposite directions with compressed air.
11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilmittel (25, 26)11. Drive system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the control valve means (25, 26)
25 als weitere Schaltstellung eine einen im Vergleich zu dem25 as another switching position a in comparison to the
Drosselquerschnitt kleineren Strömungsquerschnitt vorgebende Haltestellung (31) aufweisen und dass den Steuerventilmitteln (25, 26) in Abhängigkeit von der Position der Abtriebseinheit (7) aktivierbare weitere Betätigungsmittel (38, 39) zugeord- 0 net sind, die das Umschalten in die Haltestellung (31) bewir- ken können, wenn die Abtriebseinheit (7) bei ihrer Arbeitsbewegung eine Hubendlage oder eine Position kurz vor der Hubendlage erreicht .Throttle cross-section smaller flow cross-section have predetermined holding position (31) and that the control valve means (25, 26) in dependence on the position of the output unit (7) activatable further actuating means (38, 39) are assigned net, the switching to the holding position (31 ) ken, when the output unit (7) reaches a stroke end position or a position shortly before the stroke end position during their working movement.
12. Antriebssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, 5 dass die weiteren Betätigungsmittel (38, 39) auf eine vorbestimmte Position der Abtriebseinheit (7) ansprechende und dadurch das Umschalten in die Haltestellung (31) veranlassende Ansprechmittel (48, 49) enthalten.12. Drive system according to claim 11, characterized in that the further actuating means (38, 39) to a predetermined position of the output unit (7) responsive and thereby switching to the holding position (31) causing response means (48, 49) included.
13. Antriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, lo dass die Ansprechmittel (48, 49) mindestens ein in den Hubweg der Abtriebseinheit (7) ragendes, bevorzugt stößeiförmiges Stellglied (48a, 49a) umfassen.13. Drive system according to claim 12, characterized in that the response means (48, 49) comprise at least one in the stroke of the output unit (7) projecting, preferably impact-shaped actuator (48 a, 49 a).
14. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilmittel (25, 26) i5 zur Vorgabe ihrer Schaltstellungen ein in wahlweise einer von drei Stellungen positionierbares Steuerventilglied (32) enthalten.14. Drive system according to one of claims 11 to 13, characterized in that the control valve means (25, 26) i5 to specify their switching positions include a positionable in either one of three positions control valve member (32).
15. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Haltestellung (31) der15. Drive system according to one of claims 11 to 14, characterized in that in the holding position (31) of the
2o Steuerventilmittel (25, 26) freigegebene Strömungsquerschnitt ein Maß aufweist, das einen Durchfluss vorgibt, der mindestens der im Pneumatikantrieb auftretenden Leckage entspricht und zweckmäßigerweise im Bereich dieser Leckage liegt. 2o control valve means (25, 26) released flow cross-section has a degree that predetermines a flow, which corresponds at least to the occurring in the pneumatic drive leakage and is expediently in the range of this leakage.
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