Druckmittelzylinder, Weichenventil und druckmittelbetätigte Arbeitseinheit

Abstract

 Ein Druckmittelzylinder (A) weist zumindest einen durch das Zylinderrohr (1), zumindest eines der Endstücke (2, 3) und einen Kolben (4) definierten Arbeitsraum (6, 7) und zumindest eine Zufuhr-Öffnung (9a, 9b) und eine Ablaß-Öffnung (12a, 12b) für das Arbeitsmedium auf. Um eine kleinere Baugröße zumindest des Ventils zu erreichen, den ohnehin vorhandenen Raum, speziell im Zylinder, besser auszunutzen und das Leistungsvermögen der einzelnen Elemente besser und effizienter abstimmen zu können, ist die Ablaß-Öffnung (12a, 12b) mit einem Ventil (13a, 13b) versehen, das durch den an der Zufuhr-Öffnung (9a, 9b) anliegenden Druck des Arbeitsmediums steuerbar ist. Ein Ventil (V), speziell ein Heichenventil (W), insbesonders in Hippenventil-Bauweise, ist dabei mit zumindest einem Eingang (16) und zumindest einem Ausgang (17a, 17b) für ein Arbeitsmedium sowie zumindest einem Steuer-Anschluß (18) versehen und gekennzeichnet durch einen Ablaß-Kanal (19, 19a; 38a, 38b) für das Arbeitsmedium, ausgehend von einer Position zwischen dem Ventilelement (15; 31, 33) des Ventils und dem zumindest einen Ausgang (17a, 17b), wobei in diesem Ablaß-Kanal ein durch den am Steuer-Anschluß anliegenden Druck oder auch elektrisch schaltbares Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventil (20, 22; 36a, 36b) vorgesehen ist. Die druckmittelbetätigte Arbeitseinheit umfaßt einen pneumatischen Arbeitszylinder (A) mit Entlüftungsventilen (27a, 27b), ein Ventil (V, W) und Entlüftungssteuerventile (24a, 24b; 30) sowie lediglich je eine Druckleitung (29a, 29b) zu jedem Arbeitsraum (6, 7) im Zylinder (A).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Druckmittelzylinder mit einem durch das Zylinderrohr, zumindest eines der Endstücke und einen Kolben definierten Arbeitsraum, zumindest einer Zufuhr-Öffnung für Arbeitsmedium zu diesem Arbeitsraum und einer Ablaß-Öffnung für das Arbeitsmedium aus diesem Arbeitsraum, ein Ventil, insbesonders zur Ansteuerung eines derartigen Druckmittelzylinders, mit zumindest einem Eingang und zumindest einem Ausgang für ein Arbeitsmedium sowie zumindest einem Steuer-Anschluß, oder ein Weichenventil, insbesonders zur Ansteuerung eines doppelt-wirkenden Druckmittelzylinders, mit zumindest einem Anschluß und zumindest zwei Ausgängen für ein Arbeitsmedium sowie zumindest einem Steuer-Anschluß, sowie eine Arbeitseinheit, umfassend zumindest eine Druckquelle für das Arbeitsmedium, zumindest einen allenfalls doppelt-wirkenden Druckmittelzylinder, zumindest ein Ventil zur steuerbaren Versorgung des Arbeitszylinders mit Arbeitsmedium und zumindest einer Leitung für das Arbeitsmedium vom Ventil zum Arbeitszylinder.

[0002] Für die Umsetzung von beispielsweise pneumatischer Energie in mechanische Leistung sind mehrere Funktionen notwendig, die von verschiedenen Bauteilen, Elementen oder Bauteilgruppen der hier pneumatischen Arbeitseinheiten durchgeführt werden. So ist das Vorfahrsignal in ein Belüftungssignal des entsprechenden Arbeitsraumes des Arbeitszylinders und allenfalls ein Entlüftungssignal der Gegenkammer umzuwandeln, bzw. sind diese Signale zu verknüpfen. Dies wird bei herkömmlichen Konstruktionen durch das Ventil bewerkstelligt, das auch für die Umlenkung der Netzdruckluft zum entsprechenden Arbeitsraum, die Öffnung der Gegenkammer zur Zylinderentlüftung und die Ableitung der Abluft in die Atmosphäre sorgt. Die Leitung sowohl der Netzdruckluft zum Zylinder, der rein die Umwandlung des Luftdrucks in mechanische Kraft über den Zylinderkolben besorgt, als auch der Abluft aus dem Zylinder in die Atmosphäre wird durch Pneumatik-Leitungen durchgeführt. Dabei wurden bislang die Pneumatikzylinder über die gleiche Leitung belüftet und auch entlüftet, obwohl diese beiden Vorgänge unterschiedliche Querschnitte benötigten. Die zur Ansteuerung von doppeltwirkenden Pneumatikzylindern verwendeten Ventile mußten bislang wegen der Funktion sowohl der Umlenkung des Druckmediums in die jeweilige Zylinderkammer als auch der Entlüftungssteuerung der jeweiligen Gegenkammer sehr große Baugrößen aufweisen - während viel Raum in den Endstücken der Pneumatikzylinder ungenutzt blieb. Ähnlich stellt sich auch die Situation bei Hydraulikeinheiten dar.

[0003] Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, Elemente für eine druckmittelbetätigte Arbeitseinheit und eine derartige, verbesserte Arbeitseinheit selbst zu schaffen, bei der eine kleinere Baugröße zumindest des Ventils erreicht, der ohnehin vorhandene Raum, speziell im Zylinder besser ausgenutzt und das Leistungsvermögen der einzelnen Elemente besser und effizienter abgestimmt werden kann.

[0004] Dieses Ziel wird zum Ersten mit einem Arbeitszylinder der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Ablaß-Öffnung am Zylinder mit einem Ventil versehen ist, das durch den an der Zufuhr-Öffnung anliegenden Druck des Arbeitsmediums steuerbar ist. Damit wird eine Bauteilgruppe für eine Funktion der druckmittelbetätigten, beispielsweise pneumatischen Arbeitseinheit vom Ventil in den Arbeitszylinder, vorzugsweise in eines seiner Endstücke, verlegt, wo ohnehin ausreichend Platz für die entsprechenden Einbauten vorhanden ist, ohne zu größeren Dimensionen zu führen. Das Ventil selbst kann dagegen durch Wegfall der für die Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerung notwendigen Bauteile verkleinert werden.

[0005] Eine noch weiter verbesserte Platzausnutzung ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform dadurch gegeben, daß die Zufuhr-Öffnung und die Ablaß-öffnung direkt über eine Passage für das Arbeitsmedium miteinander in Verbindung stehen und das Ventil in dieser Passage eingebaut ist.

[0006] Die optimale Platzausnutzung im Arbeitszylinder ist möglich, wenn von der Zufuhr-Öffnung für das Arbeitsmedium parallel zur Passage zur Ablaß-öffnung ein Zufuhrkanal zum Arbeitsraum ausgeht.

[0007] Um den unterschiedlichen Anforderungen für Be- und Entlüftung bzw. für die Zu- und Abführung des Arbeitsmediums gerecht zu werden, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Zufuhrkanal einen kleineren Querschnitt als die Passage zur Ablaß-Öffnung aufweist. Nun kann die Belüftung bzw. Zufuhr des Arbeitsmediums in einfacher Art und Weise und ohne baulichen Mehraufwand mit dem günstigen kleinen und die Entlüftung des Arbeitszylinders bzw. die Abführung des Arbeitsmediums mit dem optimalen großen Querschnitt erfolgen.

[0008] Vorteilhafterweise und baulich sehr einfach kann bei Pneumatik-Systemen auch den Anforderungen des Lärmschutzes oder bei Hydraulik-Systemen den Strömungsphänomenen Rechnung getragen werden, wenn der Ablaß-Öffnung ein Drosselelement und/oder Schalldämpfer nachgeschaltet ist.

[0009] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Ventil durch ein frei bewegliches, die Passage abdeckendes Dichtelement gebildet, das zumindest zum Teil auch den Zufuhrkanal überdeckt. Damit ist in einfacher und sehr funktionssicherer Weise die oben angesprochene Steuerung der Entlüftung in Abhängigkeit von der Belüftung bzw. des Ausströmens des Arbeitsmediums in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung des Arbeitsraumes des Zylinders realisierbar.

[0010] Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Arbeitszylinders, wenn er als doppelt-wirkender Zylinder ausgeführt ist, vorzugsweise auf beiden Seiten zumindest funktionell gleich und auf jeder Seite gemäß zumindest einem der vorhergehenden Absätze aufgebaut ist, weil dann die angesprochenen Vorteile doppelt, nämlich für jede Seite, zum Tragen kommen.

[0011] Das eingangs beschriebene Ventil, welches insbesonders zur Ansteuerung eines erfindungsgemäßen pneumatischen Arbeitszylinders gedacht ist, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung gekennzeichnet durch einen Ablaß-Kanal für das Arbeitsmedium, ausgehend von einer Position zwischen dem Sperrelement des Ventils und dem zumindest einen Ausgang, wobei in diesem Ablaß-Kanal ein durch den am Steuer-Anschluß anliegenden Druck schaltbares Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventil vorgesehen ist. Dieser Kanal kann im Ventilgehäuse selbst oder einem der im Ventil vorhandenen Elemente ausgearbeitet sein und führt damit zu keiner Vergrößerung von dessen Dimensionen. Das Ventil muß daher nur gerade so groß sein, daß die unbedingt notwendigen Anschlüsse und Steuerelemente untergebracht werden, so daß durch diese Funktionsoptimierung auch die kleinstmögliche Baugröße erzielt wird.

[0012] Für einen doppelt-wirkenden Arbeitszylinder ist vorteilhafterweise ein Weichenventil wie eingangs beschrieben vorgesehen, gekennzeichnet durch je zumindest einen Ablaß-Kanal von einer Position zwischen dem Ventilelement und jedem Ausgang, wobei in jedem Ablaß-Kanal zumindest je ein durch den am Steuer-Anschluß anliegenden Druck schaltbares Auslaß- bzw. Entlüftungssteuer-ventil vorgesehen ist. Damit sind die gleichen Vorteile wie zuvor erwähnt für eine Anordnung erzielt, bei der der Netzluftanschluß bwz. Anschluß der Quelle für das Druckmedium abwechselnd zu einer der beiden Arbeitskammern des Arbeitszylinders verbunden werden muß. Gleiches gilt im Prinzip auch für ein elektrisch schaltbares Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventil.

[0013] Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist bei einem als Wippenventil ausgeführten Weichenventil mit einem, durch den am Steuer-Anschluß anliegenden Druck zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbaren Wippen-Dichtelement vorgesehen, daß das Auslaß- bzw. Entlüftungssteuer-Ventil über zumindest eine Einrichtung zur Übermittlung des am Steuer-Anschluß anliegenden Druckes mit dem Steuerraum in Wirkverbindung steht. Damit ist bei dieser Ventilkonstruktion mit kleinsten Schadräumen und selbst für große Mündungsquerschnitte schnellen Schaltzeiten und exakter Abdichtung eine unmittelbare, sichere und rasche Entlüftungssteuerung oder Steuerung des Ausströmens des Druckmediums aus dem Arbeitszylinder gewährleistet. Aufgrund der für das Schalten ausreichenden kleinen Drehbewegungen der Wippe kann das erfindungsgemäße Ventil sehr klein und flach gebaut werden und kann einen schichtweisen Aufbau haben, der sowohl beim Zusammenbau als auch bei allfälliger Reparatur eine sehr einfache Durchführung der Arbeiten gestattet. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau des Weichenventils ist eine kleinere Baugröße erreichbar als selbst mit zwei Wippenventilen für eine 5/2-Wege-Funktion.

[0014] Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß als Einrichtung zur Übermittlung des Drucks eine, einen Teil der Wandung des Steuerraumes bildende flexible Membran vorgesehen ist, die vorzugsweise über einen Ventilschaft auf das eigentliche Dichtelement einwirkt, das den Ablaß-Kanal sperrt oder freigibt. Damit ist in baulich einfacher und sehr platzsparender Art und Weise eine besonders gute Schaltbarkeit des Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventils gewährleistet.

[0015] Selbstverständlich können unter optimaler Ausnutzung des vorhandenen Platzes und für beide Seiten, für welche eine Steuerung notwendig ist, die oben genannten Vorteile verdoppelt werden, wenn das Weichenventil einen auf beiden Seiten zumindest funktionell gleichen Aufbau aufweist.

[0016] Eine erfindungsgemäße pneumatische Arbeitseinheit, umfaßt zumindest eine Druckquelle für das Arbeitsmedium, zumindest einen pneumatischen Arbeitszylinder, zumindest einem Ventil zur steuerbaren Versorgung des Arbeitszylinders mit Arbeitsmedium und zumindest einer Leitung für das Arbeitsmedium vom Ventil zum Arbeitszylinder, und ist zur funktionsoptimierten Auslegung der einzelnen Elemente, der besseren Platzausnutzung und Bauteilverkleinerung-bzw. Verringerung sowie der besseren Leistungsabstimmung der Elemente dadurch gekennzeichnet, daß pro Arbeitsraum des Zylinders lediglich je eine Leitung für das Arbeitsmedium zum Zylinder vorgesehen und die Leitungen über zumindest ein steuerbares Auslaß- bzw. Entlüfungsventil entlüftbar bzw. entlastbar sind, daß der Arbeitszylinder gemäß zumindest einem der obigen Absätze ausgebildet und seine Ablaß-Öffnung freigehalten ist.

[0017] Um die bestmögliche und baulich einfachste Verknüpfung von Be- und Entlüftungsfunktion bzw. Zu- und Abführung des Arbeitsmediums zu erzielen ist beispielsweise vorgesehen, daß am Steuer-Anschluß des Auslaß- bzw. Entlüftungsventils der Steuerdruck des Ventils anliegt.

[0018] Vorzugsweise und unter zusätzlicher Erzielung der dort genannten Vorteile ist die Arbeitseinheit gekennzeichnet durch eine Ventil-Anordnung mit einem Ablaß-Kanal für das Arbeitsmedium, ausgehend von einer Position zwischen dem Sperrelement des Ventils und dem zumindest einen Ausgang, wobei in diesem Ablaß-Kanal ein durch den am Steuer-Anschluß anliegenden Druck schaltbares Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventil vorgesehen ist.

[0019] Die pneumatische Arbeitseinheit mit dem zumindest einen doppelt-wirkenden, pneumatischen Arbeitszylinder ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform gekennzeichnet dadurch, daß pro Arbeitsraum des Zylinders lediglich je eine Leitung für das Arbeitsmedium zum Zylinder vorgesehen, daß der Arbeitszylinder gemäß zumindest einem der darauf abgestellten Absätze und daß eine Weichenventil-Anordnung gemäß zumindest einem der obigen, darauf abgestellten Absätze vorgesehen ist.

[0020] Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist im oder am Arbeitszylinder eine Steuerlogik-Anordnung vorgesehen, die Anschlüsse für die Kommunikation, vorzugsweise einen Feldbus, elektrische Steuerung und Versorgung und für das Arbeitsmedium aufweist. Damit ist eine weitere Steigerung der Kompaktheit der Arbeitseinheit bei trotzdem noch erweiterter Vielseitigkeit möglich.

[0021] Selbstverständlich kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung das Ventil zur Ansteuerung eines oder beider Arbeitsräume des Arbeitszylinders direkt an diesen angebaut oder darin integriert sein, vorzugsweise in eines der beiden Endstücke dieses Zylinders.

[0022] Ebenso kann vorteilhafterweise das bzw. jedes Entlüftungssteuerventil an den Arbeitszylinder und bzw. oder das Weichenventil angebaut bzw. in dieses baulich integriert sein. In beiden Fällen ergibt sich eine weitestgehende Vereinfachung in der Montage und Anordnung am Einbauplatz. Weiters können damit Leitungen zwischen diesen zusammengefaßten Bauteilen und im Falle der baulichen Integration auch noch Verbindungs- und Dichtstellen entfallen, womit einerseits die Anordnung des Gesamtsystems wesentlich vereinfacht und dessen Funktionssicherheit - aufgrund geringerer Gefahr von Leckagen - erheblich gesteigert werden können. Die eben genannten Möglichkeiten sind auch bei Ausbildung des Weichenventils in Wippenventil-Bauweise vorteilhaft anwendbar.

[0023] In der nachfolgenden Beschreibung sollen einige Ausführungsbeispiele für pneumatische Varianten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, wobei diese Beispiele jedoch in keiner Weise als Einschränkung der in den Patentansprüchen dargelegten allgemeinen Erfindungsidee zu werten sind.

[0024] Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Arbeitszylinder, Fig. 2 ist eine teilweise Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Weichenventils mit integrierten Entlüftungssteuerventilen, Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der im Weichenventil integrierten Entlüftungssteuerventile, Fig. 4 und Fig. 5 sind schematischen Schaltbilder von erfindungsgemäßen pneumatischen Arbeitseinheiten, Fig. 6 stellt ein Weichenventil in Wippenventil-Bauweise zusammen mit den zugehörigen Entlüftungssteuerventilen dar und Fig. 7 ist ein Weichenventil in Wippenventil-Bauweise mit integrierten Entlüftungssteuerventilen.

[0025] Der in Fig. 1 dargestellte pneumatische Arbeitszylinder A, vorzugsweise mit Druckluft als Arbeitsmedium betätigt, besteht aus einem Zylinderrohr 1, dessen Enden mit einem Boden 2 und einem Deckel 3 abgeschlossen sind. In diesem Arbeitszylinder A ist durch das Arbeitsmedium verschiebbar ein Kolben 4 geführt, der über eine Kolbenstange 5, die abgedichtet durch den Deckel 3 hindurchgeführt ist, die mechanische Kraft auf das anzutreibende Element überträgt. Selbstverständlich ist die Erfindung aber in gleicher Weise auf kolbenstangenlose Zylinder und andere Arbeitsmedien außer Druckluft anwendbar, beispielsweise auch auf hydraulische Arbeitsmedien.

[0026] Zwischen Boden 2 und Kolben 4 ist, für den dargestellten doppelt-wirkenden Arbeitszylinder A, ein erster Arbeitsraum 6 definiert und zwischen dem Deckel 3 und dem Kolben 4 ein zweiter Arbeitsraum 7, wobei je nach Beaufschlagung mit dem Arbeitsmedium und der Entlüftung jeweils der in Bewegungsrichtung des Kolbens 4 befindliche Arbeitsraum eine entlüftete Gegenkammer zum druckbeaufschlagten momentanen Arbeitsraum darstellt. Die Druckluft wird den Arbeitsräumen über Anschlüsse 8a, 8b, die in die Zufuhr-Öffnungen 9a, 9b eingesetzt sind, zugeführt, wobei sie durch die Zufuhrkanäle 10a, 10b mit relativ geringem Querschnitt in die Arbeitsräume 6, 7 gelangt. Parallel zu diesen Zufuhr-Kanälen 10a, 10b geht von den Zufuhr-Öffnungen 9a, 9b je eine Passage 11a, 11b aus, die zu zwei Ablaß-Öffnungen 12a, 12b für die Luft aus den Arbeitsräumen 6, 7 führt. An diesen Ablaß-Öffnungen 12a, 12b sind keine Leitungen angeschlossen, sondern sie führen direkt oder vorzugsweise über einen Schalldämpfer bzw. eine Geschwindigkeitsregulierungs-Drossel und einen anschließenden Schalldämpfer (beide angedeutet dargestellt) in die Atmosphäre.

[0027] Die in der Zufuhr-Öffnung 9a, 9b liegende Mündung der Passage 11a, 11b bildet einen Ventilsitz für ein in der Zufuhr-Öffnung 9a, 9b befindliches, vorzugsweise flaches Ventilelement 13a, 13b, das diese Mündung vollständig überdeckt und vorteilhafterweise auch die Mündung des parallel dazu verlaufenden Zufuhr-Kanals 10a, 10b zum Arbeitsraum 6 bzw. 7 zumindest teilweise überdeckt. Wenn beispielsweise in den Arbeitsraum 6 über den zugeordneten, in der Zeichnung rechts liegenden Anschluß 8a Druckluft zugeführt wird, wird dadurch das rechte Ventilelement 13a auf seinen Sitz gedrückt und dichtet die Passage 11a zur rechten Ablaß-Öffnung 12a ab. Die Druckluft gelangt am Ventilelement 13a vorbei in den Zufuhr-Kanal 10a und weiter in den Arbeitsraum 6. Dadurch fährt in weiterer Folge der Kolben 4 nach links und die Kolbenstange 5 fährt aus. Wenn nun gleichzeitig der linke Anschluß, bewirkt über ein Entlüftungssteuerventil, drucklos ist, kann diese Kolbenbewegung die im nun die Gegenkammer darstellenden Arbeitsraum 7 das linke Ventilelement 13b von seinem Ventilsitz abheben, wodurch die Passage 11b freigegeben wird und die Luft aus der Gegenkammer durch die Ablaß-Öffnung 12b in die Atmosphäre ausströmen kann.

[0028] Sobald umgekehrt der rechte Anschluß 8a drucklos wird und der linke Anschluß 8b mit Druckluft versorgt wird, kehren sich die Verhältnisse um und das linke Ventilelement 13b dichtet die Passage 11b ab, so daß die Druckluft sicher ausschließlich in den Arbeitsraum 7 geleitet wird. Auf der Gegenseite drückt die zurückgedrängte Luft aus der nunmehrigen Gegenkammer 6 das Ventilelement 13a hoch, sobald der Anschluß 8a drucklos wird und die Luft kann über die Passage 11a und die Ablaß-Öffnung 12a entweichen. Für flüssige Arbeitsmedien können andere Ventilkonstruktionen sinnvoll und notwendig sein, was aber am Prinzip und der Wirkungsweise nichts ändert.

[0029] Mit einem derartigen Arbeitszylinder A mit integrierter Druckentlastung-bzw. Entlüftung kann beim Ventil V, beispielsweise in der Ausführung der Fig. 2, die Entlüftungsventil-Anordnung vermieden und die Baugröße entsprechend verkleinert werden. Im Gehäuse 14 des Ventils V ist das eigentliche Ventilelement 15 verschiebbar gelagert, welches Ventilelement 15 in an sich bekannter Weise einen Druckluftanschluß 16 wechselweise mit den beiden Arbeitsanschlüssen 17a und 17b verbindet, welche Arbeitsanschlüsse 17a, 17b über Druckleitungen und die Anschlüsse 8a bzw. 8b am Arbeitszylinder A dessen Arbeitsräume 6 und 7 mit Druckluft versorgen. Dabei wird das Ventilelement 15 durch einen Steuerdruck beaufschlagt, der über die Steueranschlüsse 18 eingeleitet wird.

[0030] Um nun in einfacher Weise die Entlüftungssteuer-Funktion für die Druckleitungen zu den Anschlüssen 8a bzw. 8b am Arbeitszylinder in das Ventil zu integrieren, kann gemäß einer Ausführungsform des Ventils ein Ablaß-Kanal 19 vorgesehen sein, der vom einer Position zwischen dem entsprechenden Ausgang 17a, 17b des Ventils V und dem eigentlichen Ventilelement 15 zu einer Ablaß-Öffnung 19a in die Atmosphäre führt. Dieser Ablaß-Kanal 19 wird durch ein Ventilelement 20 verschlossen, solange der zugehörige Ausgang mit der Druckluftquelle verbunden ist. Sobald das Steuersignal zum Umschalten der Bewegungsrichtung kommt, in Fig. 3 durch Beaufschlagung des Raumes 21 mit dem Steuerdruck, wird über den Ventilkolben 22 das Ventilelement 20 von seinem Sitz abgehoben und gibt die Verbindung vom Ablaß-Kanal 19 über die Ablaß-öffnung 19a in die Atmosphäre frei. Die Druckleitung wird dadurch drucklos und im Arbeitszylinder A kann das Ventilelement 13a, 13b durch die aus dem zuvor mit Druckluft beaufschlagten Arbeitsraum abgehoben und der entsprechende Arbeitsraum entlüftet werden.

[0031] Selbstverständlich kann die eben beschriebene Entlüftungsfunktion auch durch separate Entlüftungssteuerventile 24 bewirkt werden, wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist, wobei die Arbeitsluft-Leitungen durch volle Linien und die Steuerluft-Leitungen durch strichlierte Linien symbolisiert sind. Bei der hier gezeigten pneumatischen Arbeitseinheit ist die Druckluftquelle 25 über ein Weichenventil V mit dem Arbeitszylinder A verbunden. Der Arbeitszylinder A hat zwei Entlüftungsventile 27a und 27b, beispielsweise wie in Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, integriert.

[0032] Die Steuerluft-Leitungen 28a, 28b führen sowohl zum Weichenventil V als auch zu den beiden Entlüftungssteuerventilen 24a, 24b, die Ablaß-Leitungen in den Druckluftleitungen 29a und 29b zum Arbeitszylinder A sperren oder freigeben. Wenn beispielsweise die rechte Steuerluft-Leitung 28a mit dem Steuerdruck beaufschlagt ist, gibt das Weichenventil V die Druckluftverbindung zum rechten Arbeitsraum 6 des Arbeitszylinders A frei. Gleichzeitig wird, da der Vorsteuerdruck parallel dazu auch am rechten Entlüftungssteuerventil 24a angelegt ist, dieses in eine Stellung gebracht, in der die Verbindung der linken Druckluftleitung 29b zur Atmosphäre freigegeben und diese Leitung daher drucklos gemacht ist. Damit ist auch das Entlüftungsventil 27b freigegeben und der linke Arbeitsraum 7 kann in die Atmosphäre entlüftet werden. Das linke Entlüftungssteuerventil 24b ist, da kein Steuerdruck anliegt, in der geschlossenen Stellung.

[0033] Anstelle zweier Entlüftungssteuerventile 24a und 24b kann, wie in Fig. 5 dargestellt, auch ein einzelnes Entlüftungssteuerventil 30 vorgesehen sein, dessen beide Eingänge mit jeweils einer der beiden Druckleitungen 29a und 29b verbunden sind und dessen Ausgang in die Atmosphäre führt. Das Entlüftungssteuerventil 30 ist beispielsweise ein herkömmliches 3/2-Wegeventil, ebenso wie das Weichenventil V. Wenn die linke Steuerleitung 28b mit dem Steuerdruck beaufschlagt ist, gelangt die Druckluft aus der Druckluftquelle 25 über die Druckleitung 29b zum linken Arbeitsraum 7. Gleichzeitig wird das Entlüftungssteuerventil durch den parallel auch hier anliegenden Steuerdruck in eine Stellung gebracht, in der die rechte Druckleitung 29a über das Entlüftungssteuerventil 30 in die Atmosphäre entlüftet und damit drucklos wird. Damit ist das rechte Entlüftungsventil 27a im Arbeitszylinder A entlastet und die Luft kann aus dem rechten Arbeitsraum 6, der somit eine entlüftete Gegenkammer ist, über dieses Ventil 27a in die Atmosphäre entweichen.

[0034] Eine vorteilhafte Ausführungsform für das Weichenventil ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist als Weichenventil ein Wippenventil W vorgesehen. Eine um eine Drehachse bewegliche, in wesentlichen starre Wippe 31 aus z.B. Metall ist in einem Ventilgehäuse 32 gelagert. Die Wippe 31 ist beispielsweise zwischen zwei Elastomerdichtelemente 33 - für höhere Drücke vorzugsweise gewebeverstärkt - eingebettet und und die Drehachse D schwenkbar. Das Gehäuse 32 weist zumindest einen Versorgungsanschluß zur Verbindung mit der Druckluftquelle 25 und zwei Arbeitsanschlüsse auf, von denen die Druckleitungen 29a, 29b zum Arbeitszylinder A ausgehen. Wenn über die Steuerleitung 28a ein Vorsteuerdruck von einer Größe angelegt, der auf den rechten Teil der Wippe 31 eine Kraft ausübt, die größer ist als die durch den Versorgungsdruck an P auf den rechten Schenkel der Wippe 1 ausgeübte Kraft, wird die Wippe 31 zusammen mit den Elastomerdichtelementen 33 in die in Fig. 6 dargestellte Lage bewegt, in der die Wippe 31 den rechten Ventilsitz verschließt und über den linken Arbeitsanschluß die Druckluftquelle 25 über die Druckleitung 29b mit einem Arbeitsraum des Arbeitszylinders A verbindet. Der andere Arbeitsanschluß ist geschlossen. Da die Steuerleitung 28a auch das Entlüftungssteuerventil 24a mit dem Steuerdruck beaufschlagt, öffnet dieses die Verbindung von der rechten Druckleitung 29a zur Atmosphäre und macht diese Leitung damit drucklos, wodurch auch das rechte Entlüftungsventil 27a im Arbeitszylinder A öffnen und den entsprechenden Arbeitsraum in die Atmosphäre entlüften kann.

[0035] Besonders klein bauend und zur Erzielung einer pneumatischen Arbeitseinheit mit möglichst wenig Komponenten ist die Ausführungsform des Wippen-Weichenventils W der Fig. 6 oder 7 vorteilhaft. In dessen Gehäuse 32 ist ein Einsatz E mit zwei Entlüftungssteuerventilen eingebaut. Die Steuerräume 34a, 34b für die Betätigung der Wippe 31 sind jeweils mit einer durch eine flexible Membran 35 abgedichteten Öffnung versehen, über welche Membranen 35 der jeweils im Steuerraum 34a, 34b herrschende Druck zur Betätigung der Dichtelemente 36a, 36b der Entlüftungssteuerventile auf diese übertragen wird, vorzugsweise über die Ventilschäfte 37a, 37b. Von den Arbeitsanschlüssen zu den Druckleitungen 29a, 29b führen Ablaß-Kanäle 38a, 38b vorbei an der Wippe 31 zu den Entlüftungssteuerventilen und weiter zu Ablaß-Öffnungen in die Atmosphäre. In der dargestellten Stellung des Wippen-Weichenventils W mit Beaufschlagung des linken Steuerraums 34b mit dem Steuerdruck würde dieser Steuerdruck auch über die Membran 35b und den Ventilschaft 37b das Ventilelement 36b des linken Entlüftungssteuerventils von seinem Ventilsitz abheben und den Ablaß-Kanal 38b freigeben. Der linke Arbeitsanschluß ist in dieser Stellung gegen die Druckluftquelle 25 hin abgeschlossen, ist aber über den Ablaß-Kanal 38b in die Atmosphäre entlüftet und damit drucklos gemacht. Der rechte Arbeitsanschluß der Druckleitung 29a steht mit der Druckluftquelle 25 in Verbindung und versorgt einen der Arbeitsräume des Arbeitszylinders mit Druckluft. Das rechte Entlüftungssteuerventil hält dabei den Ablaß-Kanal 38a geschlossen.

[0036] Selbstverständlich können einige oder sogar alle genannten Elemente der druckmittelbetätigten Arbeitseinheit in einem einzigen Bauteil vereinigt sein, wodurch sich eine weitestgehende Vereinfachung in der Montage und Anordnung am Einbauplatz ergeben. So kann beispielsweise das Ventil zur Ansteuerung eines der beiden Arbeitsräume oder auch für doppelt-wirkende Arbeitszylinder ein allfälliges Weichenventil zur Ansteuerung beider Arbeitsräume direkt an den Arbeitszylinder angebaut oder in diesen integriert sein, vorzugsweise in eines der beiden Endstücke dieses Zylinders. Auch das bzw. jedes Entlüftungssteuerventil kann in gleicher Weise an den Arbeitszylinder und bzw. oder das Weichenventil angebaut bzw. in dieses sogar baulich integriert sein. Damit entfallen Leitungen zwischen diesen zusammengefaßten Bauteilen und im Falle der baulichen Integration auch noch Verbindungs- und Dichtstellen, womit einerseits die Anordnung des Gesamtsystems wesentlich vereinfacht und dessen Funktionssicherheit - aufgrund geringerer Gefahr von Leckagen - erheblich gesteigert werden können. Die eben genannten Möglichkeiten sind auch bei Ausbildung des Weichenventils in Wippenventil-Bauweise vorteilhaft anwendbar.

[0037] Eine Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten und Erhöhung der Anzahl von möglichen Arbeitsabläufen kann mit einer sehr kompakten Anordnung erzielt werden, bei der im oder am Arbeitszylinder A eine Steuerlogik-Anordnung integriert ist. Diese kann an den Arbeitszylinder angeflanscht oder auch ein vorzugsweise eines seiner Endstücke integriert sein. Von der zentralen Steuereinheit gehen Verbindungsleitungen zu dieser Steuerlogik-Anordnung im oder am Arbeitszylinder, die der Kommunikation, der elektrischen Steuerung, der Energieversorgung und der Versorgung mit dem Arbeitsmedium dienen. Als Kommunikationssystem ist dabei vorzugsweise ein Feldbus vorgesehen. Die Steuerlogik-Anordnung kann auch Stell- oder Positionssignale von beispielsweise Endlagen- oder Stellungssensoren im oder am Arbeitszylinder oder von diesem betätigten Elementen auswerten und zur Auslösung entsprechende Aktionen die Steuerventile ansteuern bzw. diese Signale und Aktionen über die Kommunikationsleitungen an die Steuereinheit rückmelden.

Ansprüche

1. Druckmittelzylinder mit zumindest einem durch das Zylinderrohr (1), zumindest eines der Endstücke (2, 3) und einen Kolben (4) definierten Arbeitsraum (6, 7), zumindest einer Zufuhr-Öffnung (9a, 9b) für Arbeitsmedium zu diesem Arbeitsraum (6, 7) und einer Ablaß-Öffnung (12a, 12b) für das Arbeitsmedium aus diesem Arbeitsraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaß-Öffnung (12a, 12b) am Zylinder (A) mit einem Ventil (13a, 13b; 27a, 27b) versehen ist, das durch den an der Zufuhr-Öffnung (9a, 9b) anliegenden Druck des Arbeitsmediums steuerbar ist.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr-Öffnung (9a, 9b) und die Ablaß-Öffnung (12a, 12b) direkt über eine Passage (11a, 11b) für das Arbeitsmedium miteinander in Verbindung stehen und das Ventil (13a, 13b) in dieser Passage eingebaut ist.

3. Zylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zufuhr-öffnung (9a, 9b) für das Arbeitsmedium parallel zur Passage (11a, 11b) zur Ablaß-Öffnung (12a, 12b) ein Zufuhrkanal (10a, 10b) zum Arbeitsraum (6, 7) ausgeht.

4. Zylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (10a, 10b) einen kleineren Querschnitt als die Passage (11a, 11b) zur Ablaß-Öffnung (12a, 12b) aufweist.

5. Zylinder nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablaß-Öffnung (12a, 12b) ein Drosselelement und/oder Schalldämpfer nachgeschaltet ist.

6. Zylinder nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil durch ein frei bewegliches, die Passage (11a, 11b) abdeckendes Dichtelement (13a, 13b) gebildet ist, das vorzugsweise zumindest zum Teil auch den Zufuhrkanal (10a, 10b) überdeckt.

7. Zylinder nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als doppelt-wirkender Zylinder ausgeführt ist, vorzugsweise auf beiden Seiten zumindest funktionell gleich und auf jeder Seite gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche gebaut.

8. Ventil, insbesonders zur Ansteuerung eines Druckmittelzylinders gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem Eingang (16) und zumindest einem Ausgang (17a, 17b) für ein Arbeitsmedium sowie zumindest einem Steuer-Anschluß (18), gekennzeichnet durch einen Ablaß-Kanal (19, 19a) für das Arbeitsmedium, ausgehend von einer Position zwischen dem Sperrelement (15) des Ventils (V) und dem zumindest einen Ausgang (17a, 17b), wobei in diesem Ablaß-Kanal ein durch den am Steuer-Anschluß (18) anliegenden Druck schaltbares Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventil (20, 22) vorgesehen ist.

9. Ventil, insbesonders zur Ansteuerung eines Druckmittelzylinders gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, mit zumindest einem Eingang (16) und zumindest einem Ausgang (17a, 17b) für ein Arbeitsmedium sowie zumindest einem Steuer-Anschluß (18), gekennzeichnet durch einen Ablaß-Kanal (19, 19a) für das Arbeitsmedium, ausgehend von einer Position zwischen dem Sperrelement (15) des Ventils (V) und dem zumindest einen Ausgang (17a, 17b), wobei in diesem Ablaß-Kanal ein elektrisch schaltbares Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventil (20, 22) vorgesehen ist.

10. Weichenventil, insbesonders zur Ansteuerung eines doppelt-wirkenden Druckmittelzylinders gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, mit zumindest einem Anschluß (16) und zumindest zwei Ausgängen (17a, 17b) für ein Druckmedium sowie zumindest einem Steuer-Anschluß (18), gekennzeichnet durch je zumindest einen Ablaß-Kanal (19, 19a) von einer Position zwischen dem Ventilelement (15) und jedem Ausgang (17a, 17b), wobei in jedem Ablaß-Kanal (19, 19a) zumindest je ein durch den am Steuer-Anschluß (18) anliegenden Druck schaltbares Auslaß- bzw. Entlüftungssteuerventil (20, 22) vorgesehen ist.

11. Weichenventil nach Anspruch 10, wobei das Weichenventil als Wippenventil mit einem, durch den am Steuer-Anschluß anliegenden Druck zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbaren Wippen-Dichtelement (31, 33) und zumindest einem, durch das Wippen-Dichtelement begrenzten Steuerraum (34a, 34b) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaß- bzw. Entlüftungssteuer-Ventil (36a, 36b) über zumindest eine Einrichtung (35a, 35b; 37a, 37b) zur Übermittlung des am Steuer-Anschluß anliegenden Druckes mit dem Steuerraum (34a, 34b) in Wirkverbindung steht.

12. Weichenventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Übermittlung des Drucks eine, einen Teil der Wandung des Steuerraumes (34a, 34b) bildende flexible Membran (35a, 35b) vorgesehen ist, die vorzugsweise über einen Ventilschaft (37a, 37b) auf das eigentliche Dichtelement (36a, 36b) einwirkt, das den Ablaß-Kanal (38a, 38b) sperrt oder freigibt.

13. Weichenventil nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch einen auf beiden Seiten zumindest funktionell gleichen Aufbau.

14. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit, umfassend zumindest eine Druckquelle (25), zumindest einen Druckmittelzylinder (A), zumindest einem Ventil (V) zur steuerbaren Versorgung des Arbeitszylinders mit Arbeitsmedium und zumindest einer Leitung (29a, 29b) für das Arbeitsmedium vom Ventil zum Arbeitszylinder, dadurch gekennzeichnet, daß pro Arbeitsraum (6, 7) des Zylinders (A) lediglich je eine Leitung (29a, 29b) für das Arbeitsmedium zum Zylinder vorgesehen und die Leitungen über zumindest ein steuerbares Auslaß- bzw. Entlüftungsventil (24a, 24b; 30) entlastbar bzw. entlüftbar sind, daß der Arbeitszylinder (A) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet und seine Ablaß-Öffnung (12a, 12b) freigehalten ist.

15. Arbeitseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuer-Anschluß des Auslaß- bzw. Entlüftungsventils (24a, 24b; 30) der Steuerdruck des Ventils (V) anliegt.

16. Arbeitseinheit nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Ventil-Anordnung gemäß Anspruch 8 oder 9.

17. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit, umfassend zumindest eine Druckquelle (25), zumindest einen doppelt-wirkenden Druckmittelzylinder (A), zumindest ein Ventil (V) zur steuerbaren Versorgung des Druckmittelzylinders mit Arbeitsmedium und zumindest einer Leitung (29a, 29b) für das Arbeitsmedium vom Ventil zum Arbeitszylinder, gekennzeichnet dadurch, daß pro Arbeitsraum (6, 7) des Zylinders (A) lediglich je eine Leitung (29a, 29b) für das Arbeitsmedium zum Zylinder vorgesehen, daß der Arbeitszylinder (A) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet und daß eine Weichenventil-Anordnung (V, W) gemäß zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13 vorgesehen ist.

18. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Arbeitszylinder (A) eine Steuerlogik-Anordnung vorgesehen ist, die Anschlüsse für die Kommunikation, vorzugsweise einen Feldbus, elektrische Steuerung und Versorgung und für das Arbeitsmedium aufweist.

19. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (V, W) zur Ansteuerung eines oder beider Arbeitsräume des Arbeitszylinders (A) direkt an diesen angebaut oder darin integriert ist, vorzugsweise in eines der beiden Endstücke (2, 3) dieses Zylinders (A).

20. Druckmittelbetätigte Arbeitseinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. jedes Entlüftungssteuerventil (20, 22; 24a, 24b; 30; 36a, 36b) an den Arbeitszylinder (A) und bzw. oder das Weichenventil (V, W) angebaut bzw. in dieses baulich integriert ist.

Zeichnung