[0001] 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 Arbeitskammern voneinander abteilt, von denen eine
oder beide an eine pneumatische Steuerleitung angeschlossen sind, in deren Verlauf
zwischen einer Luftsparstellung und einer diesbezüglich einen größeren Strömungsquerschnitt
freigebenden Offenstellung umschaltbare Steuerventilmittel eingeschaltet sind, denen
in Abhängigkeit von der Position der Abtriebseinheit aktivierbare Betätigungsmittel
zugeordnet sind, die ein Umschalten der Steuerventilmittel in die Luftsparstellung
hervorrufen können, wenn die Abtriebseinheit aufgrund der durch diese Steuerventilmittel
hindurch in den Pneumatikantrieb zuströmenden Druckluft eine Hubendlage oder eine
kurz davor liegende Position erreicht hat.
[0002] Ein aus der
EP 0771396 B1 bekanntes pneumatisches Antriebssystem dieser Art enthält einen als Krustenbrecherzylinder
ausgebildeten Pneumatikantrieb, der in der üblichen Gebrauchslage vertikal ausgerichtet
ist und der eine durch gesteuerte Druckluftbeaufschlagung wahlweise absenkbare oder
anhebbare Abtriebseinheit umfasst, deren Aufgabe es ist, gemäß einem vorgegebenen
Zyklus in ein Aluminiumschmelzbad einzutauchen, um eine an dessen Oberfläche eventuell
ausgebildete Materialkruste aufzubrechen. Die Bewegungsrichtung der Abtriebseinheit
wird durch ein Richtungsvorgabeventil vorgegeben. In den Verlauf der an die unten
liegende Arbeitskammer des Pneumatikzylinders angeschlossenen Steuerleitung sind von
einem Stößelventil gebildete Steuerventilmittel eingeschaltet, die zwischen einer
einen maximalen Durchfluss ermöglichenden Offenstellung und einer die Luftströmung
komplett absperrenden Luftsparstellung umschaltbar sind. Während des größten Teils
der Hubbewegung der Abtriebseinheit befinden sich die Steuerventilmittel in der Offenstellung,
sodass eine hohe Stellkraft zur Verfügung gestellt werden kann. Kurz vor Erreichen
der maximal eingefahrenen Hubendlage jedoch schaltet die Abtriebseinheit die Steuerventilmittel
in die Luftsparstellung um, sodass keine weitere Druckluft mehr nachströmen kann.
Dies verhindert ein übermäßiges Füllen der zugeordneten Arbeitskammer und bringt eine
Luftverbrauchseinsparung mit sich. Wenn in dem eingesperrten Luftvolumen aufgrund
systembedingter Leckage ein Druckabfall auftritt, sinkt die Abtriebseinheit aufgrund
ihres Gewichts so weit ab, bis die Steuerventilmittel wieder in die Offenstellung
umschalten, sodass Druckluft nachgepumpt wird und die Abtriebseinheit neuerlich in
die eingefahrene Hubendlage zurückbewegt wird.
[0003] So vorteilhaft die bekannte Luftsparmaßnahme auch ist, hat sie doch den Nachteil,
dass durch das in Verbindung mit dem Nachpumpen der Druckluft häufige Öffnen und Schließen
der Steuerventilmittel ein nicht unerheblicher Verschleiß auftreten kann. Des Weiteren
können die durch das zyklische Nachpumpen hervorgerufenen Nachstellbewegungen der
Abtriebseinheit zu Erschütterungen führen, die für den Betrieb des pneumatischen Antriebssystems
oder der damit ausgestatteten Anlage störend oder gar schädigend sein können.
[0004] Die gleiche Problematik tritt auch bei dem in der
WO 02/14698 A1 beschriebenen pneumatischen Antriebssystem zutage. Dieses unterscheidet sich von
dem vorstehend zitierten im Wesentlichen nur dadurch, dass die Offenstellung als Drosselstellung
ausgebildet ist, um die Befüllintensität des Pneumatikantriebes zu Gunsten eines weiter
reduzierten Luftverbrauchs zu verringern. Bei Erreichen der Hubendlage der Abtriebseinheit
werden die Steuerventilmittel wiederum in eine Schließstellung umgeschaltet.
[0005] Die
DE 10 2004 029 990 A1 beschreibt einen Pneumatikzylinder mit Endlagendämpfung, wobei der Kolben bei Erreichen
seiner Endlage einen Auslasskanal absperrt, so dass das Fluid nur noch über einen
Drosselkanal abströmen kann. Im Falle der
DE 101 38 026 C2 wird eine in bezug auf eingespeistes Fluid wirksame Drossel eingesetzt, um einen
zum Abbremsen eines Kolbens dienenden Gegendruck aufzubauen.
[0006] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches Antriebssystem der
eingangs genannten Art zu schaffen, das im Betrieb eine verringerte mechanische Beanspruchung
erfährt.
[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Steuerventilmittel so ausgebildet, dass die Luftsparstellung
eine im Vergleich zur Offenstellung einen geringeren Strömungsquerschnitt freigebende
Drosselstellung ist.
[0008] Abweichend vom Stand der Technik ist die Luftsparstellung somit nicht mehr als den
Luftdurchfluss komplett verschließende Absperrstellung ausgebildet, sondern als Drosselstellung,
die weiterhin einen - wenn auch gegenüber der Offenstellung reduzierten - Luftdurchfluss
zulässt. Eine Einsparung an Druckluft ist somit zwar nicht in dem Maße wie bei dem
eingangs diskutierten Stand der Technik möglich. Da der Durchfluss jedoch gegenüber
der Offenstellung reduziert ist, steigt der in der Arbeitskammer herrschende Druck
nur langsam an, sodass vor allem bei kurzen Arbeitstaktzeiten ein Anstieg des Arbeitskammerdruckes
auf den auch als Versorgungsdruck bezeichenbaren Betriebsdruck vermieden werden kann.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt aber in der zumindest
weitestgehenden Vermeidung oszillierender Bewegungen der Abtriebseinheit relativ zum
Antriebsgehäuse in den Hubendlagen. Durch die ständige Luftnachströmung in die Arbeitskammer
kann die Abtriebseinheit zuverlässig in ihrer Hubendlage festgehalten werden, sodass
ein häufiges Umschalten der Steuerventilmittel mit daraus resultierendem Verschleiß
unterbleibt und auch fortwährende störende Erschütterungen des Pneumatikantriebes
weitgehend ausgeschlossen werden können.
[0009] Es besteht insbesondere die Möglichkeit, die Steuerventilmittel so auszubilden, dass
der in der Drosselstellung freigegebene Strömungsquerschnitt ein Maß aufweist, das
unter Berücksichtigung des eingangsseitig an den Steuerventilmitteln anstehenden Luftdruckes
einen Durchfluss vorgibt, der im Bereich des in dem den Steuerventilmitteln nachgeordneten
Systemabschnitt auftretenden Leckageabflusses liegt. Der sich ergebende Durchfluss
sollte zweckmäßigerweise zumindest dem Leckageabfluss entsprechen. Dadurch wird die
Abtriebseinheit zuverlässig.festgehalten, ohne einen übermäßigen Druckanstieg in der
gespeisten Arbeitskammer hervorzurufen.
[0010] Besonders zweckmäßig ist eine dahingehende Auslegung, dass der vorgegebene Durchfluss
im Bereich des auslegungsbedingt zulässigen Leckageabflusses liegt. Solange dann die
beispielsweise zwischen der Abtriebseinheit und dem Antriebsgehäuse oder im Bereich
von Fluidleitungs-Verbindungsstellen auftretende Leckage im zulässigen Bereich liegt,
wird diese ständig kompensiert und die eingefahrene Abtriebseinheit bleibt in ihrer
Hubendlage fixiert. Erst wenn die im System auftretende Leckage den zulässigen Wert
überschreitet, treten wegen der zu geringen Luftnachfuhr die eingangs erwähnten Lageinstabilitäten
der Abtriebseinheit auf, was praktisch gleichbedeutend mit einer vorteilhaften Verschleißanzeige
ist, weil anhand der gegebenenfalls im Bereich der Hubendlage auftretenden hin und
her gehenden Bewegungen der Abtriebseinheit darauf geschlossen werden kann, dass eines
oder mehrere der Bauteile des Antriebssystems seine zuverlässige Verschleißgrenze
überschritten hat und ausgetauscht werden sollte.
[0011] In den Unteransprüchen sind noch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Antriebssystems definiert.
[0012] Die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich besonders vorteilhaft bei einem als Linearantrieb
ausgebildeten Pneumatikantrieb umsetzen. Gleichwohl können sie beispielsweise auch
bei Drehantrieben oder Schwenkantrieben realisiert werden.
[0013] Bei dem als Linearantrieb ausgebildeten Pneumatikantrieb handelt es sich vorzugsweise
um einen Pneumatikzylinder, dessen Abtriebseinheit über eine aus dem Antriebsgehäuse
herausragende Kolbenstange verfügt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung als Krustenbrecherzylinder
kann die Kolbenstange stirnseitig mit einem Stoßelement versehen sein, das insbesondere
geeignet ist, um die Kruste eines Aluminiumschmelzbades zu durchstoßen.
[0014] In Abhängigkeit vom Anwendungsfall können in beide Steuerleitungen oder in nur eine
Steuerleitung Steuerventilmittel der geschilderten Art eingeschaltet sein. Dementsprechend
ergibt sich der erläuterte Effekt bei beiden oder nur bei einer Hubendlage der Abtriebseinheit.
[0015] In jedem Fall ist es von Vorteil, wenn den Steuerventilmitteln eingangsseitig ein
Richtungsvorgabeventil vorgeschaltet ist, das mit einer den Betriebsdruck liefernden
Druckluftquelle verbunden oder verbindbar ist und durch dessen Schaltstellung die
Hubrichtung der Abtriebseinheit vorgegeben werden kann. Bei dem Richtungsvorgabeventil
handelt es sich insbesondere um ein 5/2-Wegeventil.
[0016] Eine besonders kompakte Anordnung ergibt sich, wenn zumindest die Steuerventilmittel
und der Pneumatikantrieb zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Auch das gegebenenfalls
vorhandene Richtungsvorgabeventil kann Bestandteil dieser Baueinheit sein.
[0017] Die den Steuerventilmitteln zugeordneten Betätigungsmittel enthalten zweckmäßigerweise
unmittelbar am oder im Antriebsgehäuse angeordnete Ansprechmittel, die bei oder ab
einer bestimmten Position der Abtriebseinheit auf diese ansprechen und das Umschalten
der Steuerventilmittel aus der Offenstellung in die Drosselstellung veranlassen. Dabei
können die Ansprechmittel zur rein mechanischen oder auch zur elektrischen Betätigung
der Steuerventilmittel ausgebildet sein. Mechanische Ansprechmittel enthalten zweckmäßigerweise
mindestens ein in den Hubweg der Abtriebseinheit ragendes, verschiebbar gelagertes
Stößelglied.
[0018] Um insbesondere einen Einsatz mit unterschiedlichen Betriebsdrücken zu ermöglichen,
ist es von Vorteil, wenn die Steuerventilmittel über Einstellmittel verfügen, die
eine variable Vorgabe des in der Drosselstellung freigegebenen Strömungsquerschnittes
ermöglichen. Somit kann die in der Drosselstellung auftretende Strömungsrate nach
Bedarf justiert werden.
[0019] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur (Figur 1) zeigt ein Schaltbild eines in besonders vorteilhafter
Weise ausgestatteten pneumatischen Antriebssystems.
[0020] Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete pneumatische Antriebssystem
enthält einen bevorzugt als Linearantrieb ausgebildeten Pneumatikantrieb 2 und eine
dessen Betriebsweise steuernde, insgesamt mit Bezugsziffer 3 bezeichnete Steuereinrichtung.
Diese Komponenten können bei Bedarf zu einer kompakten Baueinheit zusammengefasst
sein.
[0021] Der Pneumatikantrieb 2 enthält ein Längsgestalt aufweisendes, als Antriebsgehäuse
4 bezeichnetes Gehäuse und eine diesbezüglich unter Ausführung einander entgegengesetzter
linearer Arbeitsbewegungen 5a, 5b bewegliche Abtriebseinheit 6.
[0022] Vorzugsweise ist der Pneumatikantrieb 2 als mit einer Kolbenstange 7 ausgestatteter
Pneumatikzylinder konzipiert. Die Kolbenstange 7 ist Bestandteil der Abtriebseinheit
6 und einenends an einem im Innern des Antriebsgehäuses 4 verschiebbar angeordneten
Abtriebskolben 8 befestigt.
[0023] Der Abtriebskolben 8 unterteilt den Innenraum des Antriebsgehäuses 4 in eine rückseitige
erste Arbeitskammer 12 und eine vordere, von der Kolbenstange 7 verschiebbar durchsetzte
zweite Arbeitskammer 13. Der stirnseitig aus dem Antriebsgehäuse 4 herausragende Endabschnitt
der Kolbenstange 7 dient dem Kraftabgriff.
[0024] Prinzipiell könnte der Pneumatikantrieb 2 auch ein kolbenstangenloser Linearantrieb
sein. An die Stelle der Kolbenstange 7 würde dann ein anderes Kraftabgriffsglied treten,
beispielsweise ein einen Längsschlitz des Antriebsgehäuses 4 durchsetzender Mitnehmer.
[0025] Das pneumatische Antriebssystem 1 eignet sich für beliebige Anwendungen. In besonders
vorteilhafter Weise lässt es sich bei der Herstellung und/oder Verarbeitung von Aluminium
einsetzen, wobei der Pneumatikantrieb 2 dann einen sogenannten Krustenbrecherzylinder
bildet. Die weitere Beschreibung soll sich an diesem Einsatzfall orientieren, gilt
jedoch auch für andere Anwendungen.
[0026] Bei einem Einsatz als Krustenbrecherzylinder ist der Pneumatikantrieb 2, abweichend
von der Zeichnungsdarstellung, mit vertikaler Ausrichtung seiner Längsachse mit Abstand
oberhalb eines Aluminiumschmelzbades installiert. Das Antriebsgehäuse 4 ist dabei
ortsfest an einem Gestell fixiert und die Kolbenstange 7 ragt nach unten. Bei maximal
in das Antriebsgehäuse 4 eingefahrener Abtriebseinheit 6 - im Folgenden als "eingefahrene
Hubendlage" bezeichnet, die in Figur 1 strichpunktiert angedeutet ist - ist die Abtriebseinheit
6 komplett nach oben aus der Schmelze herausgefahren. Ein stirnseitig am äußeren Ende
der Kolbenstange 7 angeordnetes Stoßelement 14 ist dabei zur Oberfläche des nicht
näher gezeigten Metallschmelzbades beabstandet. Durch gesteuerte Druckbeaufschlagung
kann die Abtriebseinheit 6 zu der aüsfahrenden Arbeitsbewegung 5a angetrieben werden,
wobei sie nach Zurücklegen einer gewissen Wegstrecke in das Metallschmelzbad eintaucht,
und zwar unter Durchstoßen der sich an der Oberfläche der Schmelze eventuell gebildeten
Materialkruste mittels des Stoßelementes 14. Die Materialkruste wird dadurch aufgebrochen.
Die Abtriebseinheit 6 bewegt sich dann bis zu ihrer der eingefahrenen Hubendlage entgegengesetzten,
nicht näher dargestellten ausgefahrenen Hubendlage. Beide Hubendlagen sind zweckmäßigerweise
dadurch vorgegeben, dass die Abtriebseinheit 6 in nicht weiter dargestellter Weise
auf eine gehäusefeste Anschlagfläche auftrifft, die insbesondere an der zugeordneten
stirnseitigen Abschlusswand 2a, 2b des Antriebsgehäuses 4 vorgesehen sein kann.
[0027] Durch Umsteuerung der Druckluftbeaufschlagung kann die ausgefahrene Abtriebseinheit
6 zu ihrer einfahrenden Arbeitsbewegung 5b angetrieben werden, wobei sie wieder komplett
nach oben aus der Metallschmelze herausgezogen wird, bis sie sich letztlich wieder
in der eingefahrenen Hubendlage befindet.
[0028] Die die gewünschte Arbeitsbewegung 5a, 5b hervorrufende Druckbeaufschlagung wird
durch ein Richtungsvorgabeventil 11 der Steuereinrichtung 3 bestimmt. Dieses ist einerseits
an eine unter dem gewünschten Betriebsdruck stehende Druckluft zur Verfügung stellende
Druckluftquelle 15 sowie an die Atmosphäre 16 angeschlossen. Andererseits ist es über
eine erste fluidische Steuerleitung 17 an die erste Arbeitskammer 12 und über eine
zweite fluidische Steuerleitung 18 an die zweite Arbeitskammer 13 angeschlossen. Es
kann wahlweise in einer von zwei Schaltstellungen positioniert werden, wobei jeweils
einer Arbeitskammer 12 oder 13 Druckluft zugeführt wird, während gleichzeitig die
jeweils andere Arbeitskammer 13 oder 12 entlüftet wird. Am einfachsten lässt sich
diese Funktionalität wie abgebildet durch ein 5/2-Wegeventil realisieren.
[0029] Die Betätigung des Richtungsvorgabeventils 11 erfolgt vorzugsweise elektrisch oder
elektromagnetisch. Es kann 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.
[0030] In den Verlauf der ersten Steuerleitung 17 sind erste Steuerventilmittel 22 eingeschaltet.
In vergleichbarer Weise finden sich im Verlauf der zweiten Steuerleitung 18 zweite
Steuerventilmittel 23. Beide Steuerventilmittel 22, 23 können wahlweise die aus der
Zeichnung ersichtliche Offenstellung 24 oder eine unter anderem als Luftsparstellung
fungierende Drosselstellung 25 einnehmen. Zweckmäßigerweise sind die Steuerventilmittel
22, 23 jeweils als Zweistellungsventil konzipiert und enthalten ein nur symbolisch
angedeutetes Steuerventilglied 26, das durch seine momentan eingenommene Stellung
entweder die Offenstellung 24 oder die Drosselstellung 25 definiert.
[0031] Durch Beaufschlagungsmittel 27, insbesondere von Federmitteln gebildet, sind die
Steuerventilmittel 22, 23 ständig in Richtung der Offenstellung beaufschlagt. Die
Grundstellung der Steuerventilmittel 22, 23 ist also die Offenstellung 24.
[0032] In der Offenstellung 24 wird der Druckluft ein maximaler Strömungsquerschnitt zur
Verfügung gestellt. Dieser ist vorzugsweise so gewählt, dass die Druckluft beim Hindurchströmen
der Steuerventilmittel 22, 23 keine oder zumindest keine nennenswerte Drosselung erfährt.
Der hierbei freigegebene Strömungsquerschnitt kann insbesondere dem Nennquerschnitt
der jeweils zugeordneten Steuerleitung 17, 18 entsprechen.
[0033] Auch in der Drosselstellung 25 steht der Druckluft ein freier Strömungsquerschnitt
zum Übertritt in die angeschlossene Arbeitskammer 12 oder 13 zur Verfügung. Der in
der Drosselstellung 25 freigegebene Strömungsquerschnitt ist allerdings geringer als
derjenige der Offenstellung, sodass die hindurchströmende Druckluft gedrosselt wird.
Solange Druckluft durch die in Drosselstellung befindlichen Steuerventilmittel 22
oder 23 hindurch in die jeweils angeschlossene Arbeitskammer 12 oder 13 zuströmt,
herrscht am Ventilausgang der Steuerventilmittel 22, 23 ein geringerer Luftdruck als
an dem dem Richtungsvorgabeventil 11 zugeordneten Ventileingang. Der Eingangsdruck
entspricht normalerweise dem durch die Druckluftquelle 15 zur Verfügung gestellten
Betriebsdruck, sofern nicht zwischen die Druckluftquelle 15 und die Steuerventilmittel
22, 23 eine zur Druckreduzierung dienende Drosselstelle eingeschaltet ist (nicht dargestellt).
[0034] Der in der Drosselstellung 25 freigegebene Strömungsquerschnitt weist vorzugsweise
eine dahingehende Größe auf, dass in der Drosselstellung 25 unter Berücksichtigung
des eingangsseitig an den Steuerventilmitteln 22, 23 anstehenden Luftdruckes ein Durchfluss
vorgegeben ist, der im Bereich des aufgrund von Leckage auftretenden Luftabflusses
angesiedelt ist, welcher in dem den Steuerventilmitteln 22, 23 nachgeordneten Systemabschnitt
toleranzbedingt zulässigerweise auftritt.
[0035] Ein gewisser Leckageabfluss ist aufgrund nicht komplett ausschließbarer Systemundichtigkeiten
nicht vermeidbar. Geringe Mengen an Druckluft können insbesondere an Leitungsverbindungsstellen
oder in den dynamisch abgedichteten Bereichen zwischen der Abtriebseinheit 6 und dem
Antriebsgehäuse 4 auftreten. Liegt die Drosselstellung vor, wird in die angeschlossene
Arbeitskammer 12 oder 13 stets Druckluft etwa in dem Maße nachgespeist, wie sie zeitgleich
durch Leckage entweicht. Selbst wenn dieser Durchflusswert nicht exakt einstellbar
ist, sollte er sich doch zumindest im Bereich des zulässigen Leckagedurchsatzes bewegen,
wobei man sicherheitshalber eine Vorgabe wählen kann, die im Vergleich zu dem zulässigen
Leckagedurchsatz eine etwas größere Zuströmrate aufweist.
[0036] Um eine exakte, anwendungsspezifische Justierung zu ermöglichen, können die Steuerventilmittel
22, 23 über symbolisch durch einen Pfeil angedeutete Einstellmittel 28 verfügen, die
eine variable und insbesondere stufenlose Vorgabe des in der Drosselstellung 25 freigegebenen
Strömungsquerschnittes ermöglichen.
[0037] Den beiden Steuerventilmitteln 22, 23 sind jeweils Betätigungsmittel 32 zugeordnet,
die ein von der Axialposition der Abtriebseinheit 6 positionsabhängiges Aktivieren
und vorzugsweise auch Deaktivieren der Steuerventilmittel 22, 23 ermöglichen.
[0038] Bei der besonders robusten Bauform des Ausführungsbeispiels sind die Betätigungsmittel
32 für ein mechanisches Betätigen der Steuerventilmittel 22, 23 ausgebildet. Sie enthalten
Ansprechmittel 33, die hier in Gestalt eines in der Längsrichtung der Abtriebseinheit
6 verschiebbar gelagerten Stößelgliedes ausgeführt sind und die ausgehend von je einer
der beiden Abschlusswände 2a, 2b axial in den Innenraum des Antriebsgehäuses 4 hinein-
und dabei dem Abtriebskolben 8 entgegenragen:
[0039] Die Ansprechmittel 33 sind mit dem Steuerventilglied 26 bewegungsgekoppelt und nehmen
daher in der Grundstellung der Steuerventilmittel 22, 23 eine aufgrund der Aktion
der ebenfalls zu den Betätigungsmitteln 32 gehörenden Beaufschlagungsmittel 27 weitestmöglich
axial in den Innenraum des Antriebsgehäuses 4 hineinragende Ansprechstellung ein.
[0040] Die sich einer Hubendlange annähernde Abtriebseinheit 6 trifft mit ihrem Abtriebskolben
8 vor Erreichen der Hubendlage auf die sich in ihrer Ansprechstellung befindlichen
Ansprechmittel 33. Dabei gehören diese Ansprechmittel 33 wie auch die zugeordneten
Betätigungsmittel 32 zu denjenigen Steuerventilmitteln 22 oder 23, die für die Drucklufteinspeisung
in die jeweils jenseitige Arbeitskammer 12, 13 verantwortlich sind. Mit anderen Worten
kooperiert die Abtriebseinheit 6 im Bereich der eingefahrenen Hubendlage mit denjenigen
Betätigungsmitteln 32, die den für die Druckluftzufuhr in die zweite Arbeitskammer
13 verantwortlichen zweiten Steuerventilmitteln 23 zugeordnet sind. In der ausgefahrenen
Hubendlage kooperiert die Abtriebseinheit 6 mit den für die Speisung der ersten Arbeitskammer
12 verantwortlichen ersten Steuerventilmitteln 22.
[0041] Die Anordnung ist so getroffen, dass die Abtriebseinheit 6 auf die Ansprechmittel
33 erstmals einwirkt, wenn sie sich bis auf eine Wegstrecke "S" der zugeordneten Hubendlage
angenähert hat. Beim Zurücklegen dieser restlichen Wegstrecke "S", die praktisch den
Ansprechbereich der Ansprechmittel 33 definiert, werden die Ansprechmittel 33 durch
die Abtriebseinheit 6 zurückgeschoben, was bei gleichzeitiger Komprimierung der federnden
Beaufschlagungsmittel 27 ein Umschalten der zugeordneten Steuerventilmittel 22 oder
23 aus der bis dahin eingenommenen Offenstellung in die Drosselstellung hervorruft.
[0042] Kehrt sich die Bewegungsrichtung der Abtriebseinheit 6 anschließend wieder um, werden
die zuvor in die Drosselstellung geschalteten Steuerventilmittel 22 oder 23 durch
die zu den Betätigungsmitteln 32 gehörenden Beaufschlagungsmittel 27 in die Offenstellung
zurückgeschaltet. Die Ansprechmittel 33 folgen praktisch der zurückweisenden Abtriebseinheit
6 nach, bis sie wieder bei der anfänglichen Ansprechstellung angelangt sind.
[0043] Ein typischer Arbeitszyklus des beispielhaften pneumatischen Antriebssystems 1 läuft
wie folgt ab.
[0044] Ausgangspunkt ist die strichpunktiert angedeutete eingefahrene Hubendlage der Abtriebseinheit
6. Hier befinden sich die zweiten Steuerventilmittel 23 aufgrund der aktivierten Betätigungsmittel
32 in der Drosselstellung, während die ersten Steuerventilmittel 22 die Offenstellung
einnehmen.
[0045] Um nun die ausfahrende Arbeitsbewegung 5a hervorzurufen, wird durch das die abgebildete
Schaltstellung einnehmende Richtungsvorgabeventil 11 Druckluft in die erste Steuerleitung
17 eingespeist, während gleichzeitig die zweite Steuerleitung 18 entlüftet wird. Anfänglich
ist die Ausfahrgeschwindigkeit der Abtriebseinheit 6 dabei noch etwas reduziert, weil
die Druckluft nur gedrosselt aus der zweiten Arbeitskammer 13 ausströmen kann. Sobald
jedoch die Abtriebseinheit 6 den Ansprechbereich der den zweiten Steuerventilmitteln
23 zugeordneten Ansprechmittel 33 verlassen hat, steht der durch die Offenstellung
24 der zweiten Steuerventilmittel 23 definierte vollständige Abströmquerschnitt zur
Verfügung. Die Abtriebseinheit 6 bewegt sich jetzt mit hoher Geschwindigkeit in Richtung
ihrer ausgefahrenen Hubendlage, wobei sie in der Lage ist, eine eventuell im Verfahrweg
befindliche Metallkruste eines Metallschmelzbades zu durchstoßen.
[0046] Kurz vor Erreichen der ausgefahrenen Hubendlage beginnend, kooperiert die Abtriebseinheit
6 mit den Betätigungsmitteln 32 der ersten Steuerventilmittel 22 und schaltet diese
in die Drosselstellung 25 um, sodass die pro Zeiteinheit weiter zuströmende Druckluftmenge
reduziert wird.
[0047] Anschließend wird durch beispielsweise zeitgesteuerte oder auch positionsabhängig
gesteuerte Betätigung das Richtungsvorgabeventil 11 in die zweite Schaltstellung umgeschaltet.
Es findet dann der gleiche Bewegungsablauf wie eben geschildert statt, wobei nun aber
die Abtriebseinheit 6 die einfahrende Abtriebsbewegung 5b ausführt und die Metallschmelze
wieder verlässt. Sobald die Abtriebseinheit 6 dabei auf die Ansprechmittel 33 der
zweiten Steuerventilmittel 23 trifft, beginnt das Umschalten der Letztgenannten in
die Drosselstellung 25, sodass der ab dann in die zweite Arbeitskammer 13 zuströmende
Luftstrom reduziert wird.
[0048] Aufgrund der oben erläuterten Abmessungen des in der Drosselstellung 25 freigegebenen
Strömungsquerschnittes wird hierbei in die zweite Arbeitskammer 13 fortlaufend Druckluft
zumindest in einem Maße nachgespeist, dass die auftretende Leckage ausgeglichen wird.
Dadurch verharrt die Abtriebseinheit 6 normalerweise unbeweglich in der eingefahrenen
Hubendlage. Das Gesamtsystem befindet sich mithin in Ruhe und es treten keine mechanischen
Belastungen auf.
[0049] Ein neuer Arbeitszyklus beginnt mit dem neuerlichen Umschalten des Richtungsvorgabeventils
11.
[0050] Tritt mit zunehmender Betriebsdauer des pneumatischen Antriebssystems 1 ein vermehrter
Verschleiß auf, der zu einer Erhöhung des Leckageabflusses führt, reicht die in der
Drosselstellung 25 nachgespeiste Druckluft nicht mehr aus, um die Abtriebseinheit
6 in der eingefahrenen Hubendlage zu fixieren. Vor allem bei vertikalem Einbau hat
die Abtriebseinheit 6 daher die Tendenz, sich aus der eingefahrenen Hubendlage zu
entfernen. Sobald sie jedoch den Ansprechbereich der Ansprechmittel 33 verlassen hat
- beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall, wenn sich die Abtriebseinheit 6 um die
Wegstrecke "S" aus der eingefahrenen Hubendlage herausbewegt hat -, wird durch vorübergehendes
Umschalten der zweiten Steuerventilmittel 23 in die Offenstellung 24 verstärkt Druckluft
in die zweite Arbeitskammer 13 nachgeführt, bis die Abtriebseinheit 6 wieder in die
eingefahrene Endlage zurückkehrt und dann die zweiten Steuerventilmittel 23 wieder
die Drosselstellung 25 einnehmen.
[0051] Diese von außen her erkennbare Oszillationsbewegung mit geringfügigem Hub der Abtriebseinheit
6 fungiert als Verschleißanzeige. Sie ist Ausdruck für eine über dem zulässigen Wert
liegende Systemleckage und mithin ein Zeichen für Verschleiß einer oder mehrerer Systemkomponenten.
Dies schafft die Möglichkeit, verschlissene Bauteile frühzeitig auszuwechseln, um
ständig einen zuverlässigen Betrieb des Antriebssystems 1 zu gewährleisten.
[0052] Die geschilderte Verschleißanzeige funktioniert selbstverständlich auch in Bezug
auf die ersten Steuerventilmittel 22, wenn die Abtriebseinheit 6 in der ausgefahrenen
Hubendlage einer in Einfahrrichtung wirkenden Gegenkraft ausgesetzt ist, beispielsweise
wenn der Pneumatikantrieb 2 mit einer anderen Ausrichtung als der oben beschriebenen
eingesetzt wird.
[0053] Anstelle mechanischer Ansprechmittel 33 können auch berührungslos arbeitende Ansprechmittel
eingesetzt werden, insbesondere sogenannte Reed-Schalter oder andere Positionssensoren.
In diesem Fall würde das Umschalten der Steuerventilmittel 22, 23 unter Vermittlung
elektrischer Signale stattfinden.
[0054] Beim Ausführungsbeispiel sind die Steuerventilmittel 22, 23 mit dem Pneumatikantrieb
2 zu einer kompakten Baueinheit zusammengefasst. Bei Bedarf kann auch noch das Richtungsvorgabeventil
11 in diese Baueinheit eingegliedert werden, zusammen mit den vorhandenen Steuerleitungen
17, 18.
[0055] Abweichend vom Ausführungsbeispiel können Steuerventilmittel auch in den Verlauf
nur einer der beiden Steuerleitung 17, 18 eingeschaltet sein. Insbesondere bei einem
Einsatz als Krustenbrecherzylinder würde es prinzipiell genügen, nur der mit der zweiten
Arbeitskammer 13 kommunizierenden zweiten Steuerleitung 18 die erfindungsgemäßen Steuerventilmittel
23 zuzuordnen. Die erste Steuerleitung 17 könnte in diesem Fall eine einfache Leitung
ohne eingeschaltete Ventilmittel sein.
[0056] Anstelle nur eines einzigen Pneumatikantriebes 2 können auch mehrere Pneumatikantriebe
in dem pneumatischen Antriebssystem 1 enthalten sein. Jedem Pneumatikantrieb 2 sind
dabei vorzugsweise eigene Steuerventilmittel 22, 23 zugeordnet. Das Richtungsvorgabeventil
11 kann dann bei Bedarf für die gleichzeitige Ansteuerung mehrerer Pneumatikantriebe
2 eingesetzt werden.
1. Pneumatisches Antriebssystem, mit mindestens einem Pneumatikantrieb (2), der ein Antriebsgehäuse
(4) und eine diesbezüglich durch Druckluftbeaufschlagung bewegbare Abtriebseinheit
(6) aufweist, wobei die Abtriebseinheit (6) einen Abtriebskolben (8) enthält, der
in dem Antriebsgehäuse (4) zwei Arbeitskammern (12, 13) voneinander abteilt, von denen
eine oder beide an eine pneumatische Steuerleitung (17, 18) angeschlossen sind, in
deren Verlauf zwischen einer Luftsparstellung und einer diesbezüglich einen größeren
Strömungsquerschnitt freigebenden Offenstellung (24) umschaltbare Steuerventilmittel
(22, 23) eingeschaltet sind, denen in Abhängigkeit von der Position der Abtriebseinheit
(6) aktivierbare Betätigungsmittel (32) zugeordnet sind, die ein Umschalten der Steuerventilmittel
(22, 23) in die Luftsparstellung hervorrufen können, wenn die Abtriebseinheit (6)
aufgrund der durch diese Steuerventilmittel (22, 23) hindurch in den Pneumatikantrieb
(2) zuströmenden Druckluft eine Hubendlage oder eine kurz davor liegende Position
erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftsparstellung eine im Vergleich zur Offenstellung (24) einen geringeren Strömungsquerschnitt
freigebende Drosselstellung (25) ist.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Pneumatikantrieb (2) ein Linearantrieb ist.
3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Pneumatikantrieb (2) ein Pneumatikzylinder ist, dessen Abtriebseinheit
(6) eine stirnseitig aus dem Antriebsgehäuse (4) herausragende Kolbenstange (7) enthält.
4. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pneumatikzylinder ein Krustenbrecherzylinder ist, an dessen Kolbenstange (7)
stirnseitig ein zum Durchstoßen der Kruste eines Metallschmelzbades geeignetes Stoßelement
(14) angeordnet ist.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Steuerventilmitteln (22, 23) eingangsseitig ein mit einer Druckluftquelle (15)
verbindbares oder verbundenes Richtungsvorgabeventil (11) vorgeschaltet ist, das in
der Lage ist, die beiden Steuerleitungen (17, 18) abwechselnd gegensinnig mit unter
einem Betriebsdruck stehender Druckluft zu speisen oder zu entlüften.
6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Richtungsvorgabeventil (11) als 5/2-Wegeventil ausgebildet ist.
7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Steuerventilmittel (22, 23) und der Pneumatikantrieb (2) zu einer Baueinheit
zusammengefasst sind.
8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (32) ab oder bei einer bestimmten Position der Abtriebseinheit
(6) auf diese ansprechende und dadurch das Umschalten der zugeordneten Steuerventilmittel (22, 23) in die Drosselstellung
(25) hervorrufende Ansprechmittel (33) enthalten.
9. Antriebssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zum mechanischen Umschalten der Steuerventilmittel (22, 23) ausgebildete Betätigungsmittel
(32), deren Ansprechmittel (33) in den Hubweg der Abtriebseinheit (6) ragen und durch diese verlagerbar sind.
10. Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Ansprechmittel (33) mindestens ein verschiebbar gelagertes Stößelglied
enthalten.
11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (32) derart ausgebildet sind, dass sie die zugeordneten Steuerventilmittel
(22, 23) in die Offenstellung (24) zurückschalten, wenn die Abtriebseinheit (6) den
Ansprechbereich der Ansprechmittel (33) wieder verlässt.
12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Drosselstellung (25) freigegebene Strömungsquerschnitt ein Maß aufweist,
das unter Berücksichtigung des eingangsseitig an den Steuerventilmitteln (22, 23)
anstehenden Luftdruckes einen Durchfluss vorgibt, der im Bereich des in dem den Steuerventilmitteln
(22, 23) nachgeordneten Systemabschnitt zulässigerweise auftretenden Leckageabflusses
liegt und zweckmäßigerweise zumindest der Höhe dieses zulässigen Leckageabflusses
entspricht.
13. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilmittel (22, 23) über Einstellmittel (28) zur variablen Vorgabe des
in der Drosselstellung (25) freigegebenen Strömungsquerschnittes verfügen.
1. Pneumatic drive system with at least one pneumatic drive (2) which has a drive housing
(4) and an output unit (6) movable relative to the former by means of compressed air
pressurisation, wherein the output unit (6) contains an output piston (8) dividing
two operating chambers (12, 13) in the drive housing (4) from one another and with
one or both operating chambers connected to a pneumatic control line (17, 18), in
the course of which are inserted control valve means (22, 23) switchable between an
air economy position and an open position (24) allowing in this respect a larger flow
cross-section, and which are assigned actuating means (32) which may be activated
depending on the position of the output unit (6) and are able to generate a switch
of the control valve means (22, 23) into the air economy position when the output
unit (6), due to the compressed air flowing through these control valve means (22,
23) into the pneumatic drive (2), has reached an end-of-stroke position or a position
lying shortly before it, characterised in that the air economy position is a restrictor position (25) allowing a smaller flow cross-section
than the open position (24).
2. Drive system according to claim 1, characterised in that the pneumatic drive or drives (2) is or are a linear drive(s).
3. Drive system according to claim 1 or 2, characterised in that pneumatic drive or drives (2) is or are a pneumatic cylinder(s), with an output unit
(6) containing a piston rod (7) extending out of the end face of the drive housing
(4).
4. Drive system according to claim 3, characterised in that the pneumatic cylinder is a crust-breaking cylinder, carrying on the end face of
its piston rod (7) a ram element (14) suitable for piercing the crust of a metal melting
bath.
5. Drive system according to any of claims 1 to 4, characterised in that upstream of the control valve means (22, 23) on the inlet side is a direction setting
valve (11) connectable or connected to a compressed air source (15) and able to feed
the two control lines (17, 18) with compressed air under operating pressure, or to
vent them, alternately in opposite directions.
6. Drive system according to claim 5, characterised in that the direction setting valve (11) is in the form of a 5/2-way valve.
7. Drive system according to any of claims 1 to 6, characterised in that at least the control valve means (22, 23) and the pneumatic drive (2) may be combined
to form a unit.
8. Drive system according to any of claims 1 to 7, characterised in that the actuating means (32) contain response means (33) which operate from or at a specific
position of the output unit (6), thereby generating the switching of the assigned
control valve means (22, 23) into the restrictor position (25).
9. Drive system according to claim 8, characterised by actuating means (32) designed for the mechanical switching of the control valve means
(22, 23), with response means (33) extending into the path of the stroke of the output
unit (6) and able to be moved by the latter.
10. Drive system according to claim 9, characterised in that the mechanical response means (33) contain at least one slidably mounted punch member.
11. Drive system according to any of claims 8 to 10, characterised in that the actuating means (32) are so designed that they reset the assigned control valve
means (22, 23) to the open position (24) when the output unit (6) once again leaves
the response range of the response means (33).
12. Drive system according to any of claims 1 to 11, characterised in that the flow cross-section provided in the restrictor position (25) is of a size which,
allowing for the air pressure at the control valve means (22, 23) on the inlet side,
presets a flow lying in the range of the acceptable leakage occurring in the system
section downstream of the control valve means (22, 23), and expediently corresponding
at least to the level of this acceptable leakage outflow.
13. Drive system according to any of claims 1 to 12, characterised in that the control valve means (22, 23) have setting means (28) for variable presetting
of the flow cross-section provided in the restrictor position (25).
1. Système d'entraînement pneumatique avec au moins un entraînement pneumatique (2) qui
présente un boîtier d'entraînement (4) et une unité de sortie de mouvement (6) mobile
par rapport à celui-ci par sollicitation par air comprimé, dans lequel l'unité de
sortie de mouvement (6) contient un piston de sortie (8) qui sépare dans le boîtier
d'entraînement (4) deux chambres de travail (12, 13) l'une de l'autre, dont l'une
ou les deux sont raccordées à une conduite de pilotage (17, 18) pneumatique, dans
le parcours de laquelle sont insérés des moyens formant distributeur de commande (22,
23) pouvant commuter entre une position d'économie d'air et une position ouverte (24)
libérant par rapport à celle-ci une section d'écoulement plus grande, auxquels sont
associés des moyens d'actionnement (32) activables en fonction de la position de l'unité
de sortie de mouvement (6), lesquels peuvent susciter une commutation des moyens formant
distributeur de commande (22, 23) dans la position d'économie d'air si l'unité de
sortie de mouvement (6) a atteint en raison de l'air comprimé affluant par ces moyens
formant distributeur de commande (22, 23), dans l'entraînement pneumatique (2), une
position de fin de course ou une position se trouvant juste avant, caractérisé en ce que la position d'économie d'air est une position d'étranglement (25) libérant par rapport
à la position ouverte (24) une section d'écoulement plus petite.
2. Système d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un entraînement pneumatique (2) au nombre d'au moins un est un entraînement linéaire.
3. Système d'entraînement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'un entraînement pneumatique (2) au nombre d'au moins un est un vérin pneumatique,
dont l'unité de sortie de mouvement (6) contient une tige de piston (7) dépassant
côté frontal hors du boîtier d'entraînement (4).
4. Système d'entraînement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le vérin pneumatique est un cylindre broyeur de croûte, sur la tige de piston (7)
duquel un élément de butée (14) approprié au perçage de la croûte d'un bain de métal
liquide est disposé côté frontal.
5. Système d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une soupape de prescription de sens (11) reliée ou pouvant être reliée à une source
d'air comprimé (15) est montée en amont des moyens formant distributeur de commande
(22, 23) côté entrée, laquelle est en mesure d'alimenter ou de vidanger les deux conduites
de pilotage (17, 18) en alternance et en sens contraires en air comprimé se trouvant
sous une pression de service.
6. Système d'entraînement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la soupape de prescription de sens (11) est réalisée comme une soupape à 5/2 voies.
7. Système d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins les moyens formant distributeur de commande (22, 23) et l'entraînement pneumatique
(2) sont réunis en une unité de construction.
8. Système d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (32) contiennent, à partir ou dans une certaine position
de l'unité de sortie de mouvement (6), des moyens de réponse (33) répondant à celle-ci
et suscitant par là-même la commutation des moyens formant distributeur de commande
(22, 23) associés dans la position d'étranglement (25).
9. Système d'entraînement selon la revendication 8, caractérisé par des moyens d'actionnement (32) conformés pour la commutation mécanique des moyens
formant distributeur de commande (22, 23), dont les moyens de réponse (33) s'avancent
dans la trajectoire de l'unité de sortie de mouvement (6) et peuvent être déplacés
par celle-ci.
10. Système d'entraînement selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de réponse (33) mécaniques contiennent au moins un élément à poussoir
monté coulissant.
11. Système d'entraînement selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (32) sont réalisés de sorte qu'ils recommutent les moyens
formant distributeur de commande (22, 23) associés dans la position ouverte (24) si
l'unité de sortie de mouvement (6) quitte de nouveau la zone de réponse des moyens
de réponse (33).
12. Système d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la section d'écoulement libérée dans la position d'étranglement (25) présente une
dimension qui prescrit, en tenant compte de la pression d'air régnante côté entrée,
sur les moyens formant distributeur de commande (22, 23), un débit qui se trouve dans
la zone du débit de fuite survenant de manière autorisée dans la partie de système
disposée en aval des moyens formant distributeur de commande (22, 23) et correspond
de manière avantageuse au moins à la valeur de ce débit de fuite autorisé.
13. Système d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les moyens formant distributeur de commande (22, 23) disposent de moyens de réglage
(28) pour la prescription variable de la section d'écoulement libérée en position
d'étranglement (25).