DE20305651U1

DE20305651U1 - Pneumatikzeitschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE20305651U1
Application number: DE20305651U
Authority: DE
Original assignee: Timmer Oliver Dr
Current assignee: Timmer Oliver Dr
Priority date: 2003-04-06
Filing date: 2003-04-06
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2013-04-07

Abstract

Pneumatikzeitschaltvorrichtung (100) zur impulsweisen Betätigung eines Pneumatikventils, insbesondere für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen, wenigstens umfassend eine elektronische Zeitschalteinrichtung (10, 20, 21, 22, 30, 40, 51, 52, 53) mit wenigstens einem elektrischen Ausgang (21), an den ein Piezo-Vorventil (60) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pneumatikzeitschaltvorrichtung zur impulsweisen Betätigung eines Pneumatikventils insbesondere für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen.
Als Pneumatikzeitschaltvorrichtungen für explosionsgefährdete Bereiche sind mechanische Uhrwerke bekannt, die beispielsweise über einen Kolben in einem Pneumatikzylinder aufgezogen werden. Diese Uhrwerke liefern exakte Zeitspannen, sind aber nicht flexibel einsetzbar und können insbesondere nicht Schaltzyklen in veränderbarer Folge ausführen. Außerdem besteht bei mechanischen Uhrwerken die Gefahr, dass es an beweglichen Teilen zu einem Funkenschlag kommt, wodurch in einer gefährdeten Atmosphäre möglicherweise eine Explosion ausgelöst werden könnte.
Außerdem sind volumetrische Pneumatikzeitschalteinrichtungen bekannt, bei denen ein bestimmtes Volumen eines Messbehälters mit Druckgas gefüllt wird und bei denen dann, nach vollständiger Befüllung des Volumens bzw. nach Erreichen eines bestimmten Messbehälterinnendrucks, ein Schaltimpuls ausgelöst wird. Auch hier können nicht verschiedene Schaltabläufe programmiert und Impulsdauern etc. variiert werden. Zudem ist der Füllvorgang druckabhängig, so dass bei schwankenden Druckverhältnissen in der Versorgung des zu schaltenden pneumatischen Systems exakte Schaltdauern nicht eingehalten werden können.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Pneumatikzeitschaltvorrichtung anzugeben, die druckunabhängig und ohne Fremdenergie eine exakte Schaltimpulsdauer ermöglicht und die noch dazu die Möglichkeit einer Variation der Schaltimpulsfolge und -dauer ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Pneumatikzeitschaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die Verwendung eines Piezo-Vorventils zum Auslösen des Schaltvorgangs nur wenig elektrische Energie benötigt wird, so dass bei geringen Spannungen und geringen Stromstärken eine Ventilbetätigung bewirkt werden kann. Durch das Piezo-Vorventil wird eine pneumatische Steuerleitung geöffnet, so dass Druckgas hindurchströmen und dann das eigentliche Hauptventil als Arbeitsventil für den angeschlossenen pneumatischen Verbraucher öffnen bzw. schließen kann.
Damit kann die erfindungsgemäße Pneumatikzeitschaltvorrichtung über eine lange Zeit durch eine Batterie oder einen Akku gespeist werden; es ist also kein Stromnetzanschluss notwendig, von dem eine Gefährdung in explosionsgefährdeten Umgebungen ausgehen könnte.
Vorzugsweise wird eine Lithium-Batterie mit einer Spannung von 3,6 V verwendet. Bei Verwendung einer solchen Batterie ergibt sich eine Betriebsdauer der erfindungsgemäßen Pneumatikzeitschaltvorrichtung von ca. einem Jahr.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Pneumatikzeitschaltvorrichtung und
2a, 2b mit der Pneumatikzeitschaltvorrichtung schaltbare Schaltimpulsfolgen in einem Diagramm über der Zeit aufgetragen.
Die erfindungsgemäße Pneumatikzeitschaltvorrichtung 100 besteht im wesentlichen aus

– einer Batterie 10, insbesondere einer Lithium-Batterie,
– einer Steuerungseinrichtung 20 mit Schalteinrichtung 21 und Programmspeicher 22,
– einem Anzeigeelement 30 mit zugehöriger Ansteuereinrichtung 40
– Bedienelementen 51, 52, 53 und
– einem Piezo-Vorventil 60.

Die Bedienelemente 51, 52, 53 ermöglichen die Auswahl von Programmen, die in dem Programmspeicher 22 der Steuerungseinrichtung 20 abgelegt sind, und die Veränderung bestimmter Parameter in der Steuerungseinrichtung 20 bzw. dem Programmspeicher 22, die als EPROM ausgeführt sein können.
In dem Programmspeicher 22 sind vorzugsweise wenigstens fünf verschiedene Programme abgelegt, mit dem die nachfolgend beschriebenen Einstell- und Arbeitsverfahren durchgeführt werden können:

1. In einem ersten Arbeitsverfahren wird kontinuierlich ein Schaltzyklus ausgeführt, der sich aus einer ersten Pausenzeit t_P und wenigstens einer sich daran anschließenden Schaltimpulszeit i_S zusammensetzt. Eine solche Impulsfolge ist in 2a schematisch dargestellt. In einem typischen Anwendungsfall ist die Schaltdauer t_S so bestimmt, dass bei einem Pneumatikzylinder oder einer pneumatischen Membranpumpe jeweils ein Hub während der Schaltimpulszeit T_S ausgeführt werden kann.
2. Durch mehrfaches Betätigen des Bedienelements 51, der insbesondere als Taster ausgeführt ist, kann ein zweites in dem Programmspeicher 22 abgelegtes Programm aufgerufen werden, das es ermöglicht, unter Zuhilfenahme des weiteren Bedienelements 52 die Schaltimpulszeit t_S zu verändern.
3. Statt des einzelnen Schaltimpulses kann auch eine Folge von mehreren Schalttakten vorgenommen werden, wobei jeder Takt aus einer Schaltimpulszeit t_S und einer Schaltimpulsunterbrechungszeit t_U besteht. Nach einer Abfolge von n Schaltimpulsen, bei denen jeweils das Piezo-Vorventil 60 von der Steuerungseinrichtung 20 betätigt, also geöffnet und wieder geschlossen wird, beginnt der Zyklus mit einer neuen Pausenzeit t_P. Die Schaltimpulsunterbrechungszeit t_U dient dazu, bei dem angeschlossenen pneumatischen Verbraucher nach der Ausführung des Arbeitshubs wieder die Ruhelage einzunehmen, beispielsweise die Ruhelage des Kolbens oder der Membran. Eine solche Schaltimpulsfolge ist in 2b schematisch dargestellt.
4. Durch Wahl eines vierten Programms des Programmspeichers 22 in der Steuerungseinrichtung 20 kann die Anzahl n der einzelnen Schaltimpulse während eines Zyklus verändert werden.
5. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Pneumatikzeitschaltvorrichtung 100 für den Betrieb von pneumatischen Flüssigkeits-Membranpumpen eingesetzt werden. Hierzu ist in die Steuerungseinrichtung 20 eine Überwachungsprogramm integriert, das überwacht, wann ein Vorratsbehälter leergepumpt ist, und das dann eine sogenannte Leermeldung für den Bediener an dem Anzeigeelement 30 ausgibt und zugleich verhindert, dass für eine lange Zeit oder auf unbestimmte Dauer Schaltimpulse von der Pneumatikzeitschaltvorrichtung 100 abgegeben werden; ein Trockenlaufen der von der erfindungsgemäßen Pneumatikzeitschaltvorrichtung 100 geschalteten Pumpe wird so verhindert.

Durch Wahl eines fünften Programms des Programmspeichers 20 kann hierzu das Behältervolumen eingegeben werden. Die Anzahl n der Schaltimpulse t_S wird mit dem Volumen des Zylinders oder der Pumpe pro Hub multipliziert, um das geförderte Volumen zu berechnen. Die Differenz des Behältervolumens zum geförderten Volumen wird laufend berechnet.
Im Schaltbetrieb der Pneumatikzeitschaltvorrichtung 100 wird während der Schaltimpulszeit t_S durch einen nur geringen Strom bei geringer Spannung das Piezo-Vorventil 60 betätigt. Die Leistungsaufnahme des Piezo-Vorventils 60 ist sehr gering und ermöglicht daher eine lange Lebensdauer der Batterie 10 und einen entsprechend langen autarken Betrieb der erfindungsgemäßen Pneumatikzeitschaltvorrichtung 100.
Als Batterie sind insbesondere Lithium-Zellen geeignet, da sie bei kleiner Baugröße eine hohe Zellenspannung und eine große Energiedichte besitzen.
Das Anzeigeelement 30 kann eine an sich bekannte Sieben-Segment-Anzeige sein, insbesondere mit vier Stellen, von denen je zwei die Schaltimpulszeit t_S und die Pausenzeit t_P als Countdownanzeige darstellen.
In einem bevorzugten Pneumatikzeitschaltsystem ist eine Pneumatikzeitschaltvorrichtung 100 mit einem Pneumatikhauptventil verbunden, wobei ein pneumatischer Arbeitskreis 62 des Piezo-Vorventils 60 mit einem pneumatischen Steuerkreis des Pneumatikhauptventils verbunden ist. Der geringe Hub des Piezo-Vorventils 60 ist dabei ausreichend, um die Pneumatik-Leitung 62 zu öffnen, so dass Druckluft zu dem Steuereingang des Pneumatikhauptventils gelangt. Der Arbeitskreis des Pneumatikhauptventils öffnet, so dass die angeschlossene pneumatische Vorrichtung, beispielsweise ein Pneumatikzylinder oder eine Membranpumpe, angetrieben wird.
Mit dem Bedienelement 53 ist bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pneumatikzeitschaltvorrichtung 100 eine Umschaltung vom Schalt betrieb, bei dem durch die Schaltimpulse das Piezo-Vorventil 60 geöffnet und geschlossen wird, zu einem Impulszählerbetrieb möglich, bei dem ein nicht dargestellter Drucksensor an die Zeitschaltvorrichtung 100 angeschlossen ist. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dazu genutzt werden, Prozesse in pneumatischen Vorrichtungen zu überwachen. Beispielsweise kann die Anzahl von Kolbenhüben bei einem Pneumatik-Zylinder gemessen und auf dem Anzeigeelement 30 werden.

Claims

Pneumatikzeitschaltvorrichtung (100) zur impulsweisen Betätigung eines Pneumatikventils, insbesondere für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen, wenigstens umfassend eine elektronische Zeitschalteinrichtung (10, 20, 21, 22, 30, 40, 51, 52, 53) mit wenigstens einem elektrischen Ausgang (21), an den ein Piezo-Vorventil (60) angeschlossen ist.
Pneumatikzeitschaltvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitschalteinrichtung wenigstens ein Anzeigeelement (30) mit einer Ansteuereinrichtung (40) umfasst.
Pneumatikzeitschaltvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens eine Steuerungseinrichtung (20) mit einem Programmspeicher (22) und mit wenigstens einem Bedienelement (51, 52, 53).
Pneumatikzeitschaltsystem, wenigstens bestehend aus einer Pneumatikzeitschaltvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und aus einem Pneumatikventil, wobei ein pneumatischer Arbeitskreis des Piezo-Vorventils (60) der Pneumatikzeitschaltvorrichtung (100) mit einem pneumatischen Steuerkreis des Pneumatikventils verbunden ist.