DE69610429T2 - Verfahren in einer pneumatischen schwingungsvorrichtung zur detektion eines hindernisses und fortwährendes schwingen und dazu gehörige pneumatische shwingungsvorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wahrnehmung eines Hindernisses über die Länge des Arbeitshubs und zur Fortsetzung der Oszillationsbewegung in einer pneumatischen Oszillationsvorrichtung, die einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder, ein diesen betätigendes Hauptsteuerventil und ein Umsteuerventil zur Steuerung des Hauptsteuerventils umfasst. Weiter betrifft die Erfindung eine Oszillationsvorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens.
• Pneumatische Oszillationsvorrichtungen werden hauptsächlich in der Zellstoff- und Papierindustrie zum Bewegen von Schabern/Rakeln und Spritzrohren eingesetzt. Dabei herrschen in Bezug auf Feuchte und Temperatur extrem schwierige Betriebsverhältnisse. Dennoch wird von dieser Vorrichtung ein hohes Maß an Zuverlässigkeit gefordert.
• Es sind Hin- und Herbewegungen vollführende Maschinen bekannt, bei denen diese Bewegungen meistens mit Hilfe eines Drucksensors bewerkstelligt werden. Am Ende der Hubbewegung des Arbeitszylinders wächst der Druck auf der Schubseite, was wahrnehmbar ist und zum Senden eines Signals an das Umsteuerglied genutzt werden kann. Alternativ dazu kann der Differenzdruck über den Kolben zum Anzeigen einer Blockierung genutzt werden. Eine dritte Möglichkeit ist der Einsatz von Grenzschaltern, und eine vierte Möglichkeit basiert darauf, dem Arbeitshub eine Zeitbegrenzung zuzuordnen, bei deren Überschreitung eine Zwangsrückführbewegung ausgelöst wird. Die meisten Lösungen haben sich im Dauerbetrieb als unzuverlässig und störungsanfällig erwiesen. Keine der vorgenannten bereits bekannten Lösungen vermag auf akzeptable Weise eine Situation zu bewältigen, in der der Arbeitszylinder infolge eines zufälligen Hindernisses mitten in seinem Arbeitshub stoppt. Dabei ist der Arbeitszylinder in seiner Bewegung einfach nur völlig blockiert oder selbst bei vorhandener Zeitbegrenzung über eine lange Dauer blockiert, was sich auf die zu betätigenden, d. h. anzutreibenden Vorrichtungen höchst schädlich auswirken kann. In der Publikation DE 28 50 237 A1 ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben.
• Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Oszillationsvorrichtung zu schaffen, bei der die Mängel der bekannten Vorrichtungen eliminiert sind. Die kennzeichnenden Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Patentanspruch 1, die kennzeichnenden Merkmale der entsprechenden Oszillationsvorrichtung im Patentanspruch 2 niedergelegt. Gemäß der Erfindung erhält man die Information über die Verlangsamung oder das völlige Stoppen der Kolbenbewegung vom rückführseitigen Druck, in dessen Leitung eine Drosselung zum Anheben des Normaldruckes über den Umgebungsdruck hinaus angeordnet ist. Über diesen Druckrückgang kann mit Hilfe eines einfachen Druckgrenzschalters ein Signal, bevorzugt ein pneumatisches Signal, an das Umsteuerventil geschickt werden, das dann einen Richtungswechsel des Arbeitszylinders bewirkt. Ist das Hindernis bleibender Natur, wiederholt sich beim nächsten Hub der gleiche Vorgang, wobei die erfindungsgemäße Oszillationsvorrichtung ihre Bewegung in dem Umfange fortsetzt, der möglich ist, ohne dabei Konstruktionen zu beschädigen. Dieses Signal der Druckgrenzschalter an das Umsteuerventil löst auch ein Alarmsignal aus.
• Die übrigen Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
• Im Folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, die das Pneumatik-Schaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillationsvorrichtung zeigen, beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 die Anlage in der Anlaufphase;
• Fig. 2 die Anlage im Betrieb.
• Die Hauptkomponenten der erfindungsgemäßen pneumatischen Oszillationsvorrichtung sind der Arbeitszylinder 1, das Hauptsteuerventil 6, das Wegeventil 4 und die Druckgrenzschalter 7.1 und 7.2. Bei den verwendeten Ventilen handelt es sich hauptsächlich um druckgesteuerte Wegeventile. Weiter hat die Anlage eine Softstart-Einrichtung, die mit Hilfe des Ventils 3 verwirklicht wurde. Zu der Softstart-Einrichtung gehört auch die Federbelastung der Grenzschalter 7.1 und 7.2, die sich in der Anlaufphase zunächst in Alarmstellung befinden, aber sofort nach Erhalten vollen Drucks auf die eine Seite ihres Steuereingangs ihren Zustand wechseln. Ihre Steuerung auf der anderen Seite erfolgt über das Druckreduzierventil 11. Die Steuerung auf der einen Seite des Softstart-Ventils erfolgt durch eine Feder; auf der entgegengesetzten Seite erfolgt die Steuerung des Volldrucks durch die Drossel 3.1, wobei verlangsamte Funktion erzielt wird. Der über die Druckleitung 12 zugeführte Druck wird hierbei an beide Stutzen 1.3 und 1.4 des Zylinders 1 geführt. Nach erfolgter Verzögerung wechselt das Softstart-Ventil 3 seinen Zustand, und der Normalbetrieb beginnt. Fig. 2 zeigt diesen normalen Betriebszustand; der Kolben des Zylinders befindet sich hier in rechtsgerichteter Bewegung.
• Gemäß der Erfindung wird bevorzugt ein Zylinder 1 mit beidseitiger Kolbenstange 1.1 eingesetzt, so dass der Kolben an beiden Enden des Zylinderrohrs 1.5 gelagert werden kann. Das eine Ende der Kolbenstange 1.1 treibt die Last 2 an, und das freie Ende ist am Steuerhebel 5 des Umsteuerventils 4 befe stigt, der auf beiden Seiten des Umsteuerventils verstellbare Anschläge 5.1 und 5.2 hat, mit denen die mechanischen Schalter 4.1 und 4.2 des Umsteuerventils betätigt werden. Das Umsteuerventil hat ferner pneumatische Hilfsteuerglieder 4.3 und 4.4, mit denen gleichfalls Richtungsumkehr bewerkstelligt werden kann, und die an die nachfolgend beschriebenen Druckgrenzschalter 7.1 und 7.2 geschaltet sind. Ein solcher mechanischer Umschalter ist zuverlässig. In dieser Situation lenkt das Umsteuerventil 4 den Druck vom Druckanschluss auf den Ausgang A, der das Hauptsteuerventil 6 auf Benutzung der linken Kanäle gesteuert hat, so dass hier der Druckanschluss gleichfalls auf den Ausgang A und weiter auf den linken Eingang 1.3 des Arbeitszylinders geschaltet wird, so dass sich der Kolben nach rechts bewegt. Am Ende des Arbeitshubs betätigt der Hebel 5 mit seinem Anschlag 5.2 den Schalter 4.1 des Umsteuerventils 4, wobei das Umsteuerventil auf Benutzung der rechten Kanäle übergeht. Der Druck wird hierbei zum Ausgang B geleitet, der weiter das Hauptsteuerventil auf entgegengesetzte Stellung schaltet, so dass der Druck nun zu dessen Ausgang B und weiter zum rechten Stutzen 1.4 des Arbeitszylinders gelenkt wird. Dadurch wird bewirkt, dass sich der Kolben 1.2 des Arbeitszylinders 1 nach links bewegt.
• Genauer gesteuert wird die Umschaltsituation mit Hilfe der Abgangsleitungen 1.31 und 1.41, von denen die eine oder die andere über das Hauptsteuerventil 6 an den entsprechenden Abgangsanschluss 1.3 beziehungsweise 1.4 geschaltet ist. In der Figur schaltet der Kanal 6.2 des Hauptsteuerventils 6 den Abgangsstutzen 1.4 an die Abgangsleitung 1.41, die ein erstes, grobes Drosselventil 1.42, ein Filter 1.43 und ein Feindrosselventil 1.44 aufweist. Entsprechende Komponenten 1.32, 1.33 und 1.34 sind auch in der anderen Abgangsleitung 1.31 vorhanden. Bei normaler Bewegung bestimmt die Feindrossel 1.44 die Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Kolben in der gewählten Richtung bewegt. In der Umlenkphase wird dann diese Abgangsleitung anfangs auch mit dem vollen Druck beaufschlagt, der ohne die Grobdrossel 1.42 direkt in das große Volumen des Filters 1.43 entweichen könnte. Mit der Grobdrossel 1.42 kann so die Umkehrgeschwindigkeit geregelt und eine sanfte Umkehrung erzielt werden. Ist die Last 2 frei von Hindernissen, setzt der Kolben 1.2 seine Bewegung in dem von den Anschlägen 5.1 und 5.2 bestimmten Bewegungsraum fort. Bei Vorliegen eines Hindernisses, das heißt bei Zunahme der Last 2, kommt es zu einer Verringerung der Geschwindigkeit oder sogar zum Stillstand des Kolbens 1.2. Dabei reduziert sich der auf der Abgangsseite in diesem Stutzen 1.4 wirkende Druck mit der von der Feindrossel 1.44 bestimmten Geschwindigkeit. Ist der Druck unter die vom Druckreduzierventil 11 bestimmte Grenze gesunken, wechselt der Druckgrenzschalter 7.1 seine Richtung, und der Druck wird zum Ausgang B geleitet, der weiter den Hilfssteueranschluss 4.4 des Umsteuerventils steuert. Dadurch erfolgt Richtungsumkehr des Arbeitszylinders auf die oben beschrieben Weise, wobei der Umschalter 4 das Hauptsteuerventil 6 steuert. In der anderen Richtung wird die Bewegung von dem entsprechenden Druckgrenzschalter 7.2 überwacht, dessen Ausgang B hier an den Hilfssteueranschluss 4.3 des Umsteuerventils geschaltet ist.
• In dem Beispiel sind den Anschlussstutzen des Zylinders getrennte Abgangsleitungen 1.31, 1.41 einschließlich Drosseln zugeordnet. Diese Leitungen können natürlich an jedem beliebigen Punkt zusammengeführt werden, wobei dann eine symmetrische Betriebsweise in beiden Richtungen erzielt wird.
• In der erfindungsgemäßen Oszillationsvorrichtung werden hochwertige Komponenten von langer Lebensdauer eingesetzt. Als Steuerkomponenten der Oszillationsvorrichtung dienen Wegeventile des Schiebertyps, die keine weichen, verschleißanfälligen, bewegten Dichtungen aufweisen. Desgleichen ist der Arbeitszylinder auf die oben beschriebene Weise mit einer beidseitigen Kolbenstange ausgerüstet und hat somit im Vergleich zum Zylinder mit einseitiger Kolbenstange eine höhere Zuverlässigkeit. Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich extrem lange Wartungsfristen von bis zu 25 Jahren erzielen. In der Oszillationsvorrichtung werden dichtungsfreie pneumatische Ventile eingesetzt, die somit keine weichen, beweglichen Bauteile aufweisen. Lediglich am Zylinder sind Gummidichtungen zum Abdichten des Kolbens und der Kolbenstangen- Durchführung vorhanden. Sämtliche Dichtungen bestehen vorzugsweise aus Metall oder Keramik. Am Kolben dürfte der Einsatz berührungsfreier Labyrinthdichtungen möglich sein. Kleine Dichtungslecks sind ohne Belang.
• Mit der erfindungsgemäßen Oszillationsvorrichtung werden eine ruhige Bewegung und sanftes Anfahren und Stoppen erzielt. Bei Auftreten eines zufälligen Hindernisses wird der Kolben des Arbeitszylinders nicht blockiert, sondern setzt seine Bewegung in dem Umfange fort, wie dies ohne Beschädigung von Konstruktionen möglich ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Wahrnehmung eines Hindernisses über die Länge des Arbeitshubs und zur anschließenden Fortsetzung der Oszillationsbewegung in einer pneumatischen Oszillationsvorrichtung, die einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder (1), ein diesen betätigendes Hauptsteuerventil (6) und ein Umsteuerventil (4) zur Steuerung des Hauptsteuerventils (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der Rückleitungen (1.31, 1.41) des Arbeitszylinders (1) ein Strömungswiderstand eingefügt wird um den rücklaufseitigen Druck des Arbeitszylinders (1) bei normaler Situation während des Arbeitshubs deutlich über dem Umgebungsdruck zu halten, und der Druck auf der Rückführseite erfasst wird, und, falls dieser unter den eingestellten Grenzwert absinkt, was durch Verlangsamung oder völliges Stoppen der Kolbenbewegung angezeigt wird, dem Umsteuerventil (4) auf Grund dieses Umstands einen Befehl zur Richtungsumkehr gegeben wird.

2. Zum Beispiel zum Hin- und Herbewegen eines Papiermaschinen-Schabers dienende pneumatische Oszillationsvorrichtung, die einen Arbeitszylinder (1) mit beiderseits des Kolbens befindlichen Anschlussstutzen (1.3, 1.4), ein diesen Arbeitszylinder betätigendes Hauptsteuerventil (6) und ein Umsteuerventil (4), das zur Steuerung des Hauptsteuerventils (6) dient, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Drossel (1.30, 1.40) zur Bewerkstelligung eines Widerstandes in der jeweiligen Abgangsleitung sowie dem Arbeitszylinder (1) zugeordnete Druckgrenzschalter (7.1, 7.2) umfasst, die dazu eingerichtet sind, beide Anschlussstutzen des Arbeitszylinders während des Arbeitshubs zu überwachen und das Umsteuerventil (4) bei Absinken des Druckes während des Arbeitshubs unter den eingestellten Grenzwert auf Richtungsumkehr zu steuern.

3. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umsteuerventil (4) parallel zu den mechanischen Umstellgliedern (4.1, 4.2) pneumatische Glieder (4.3, 4.4) hat, an die die Ausgänge der Druckgrenzschalter (7.1, 7.2) angeschlossen sind.

4. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (1) eine beidseitige Kolbenstange (1.1) hat und der Steuerhebel (5) des mechanischen Umsteuerventils (4) auf der zum Lastanschluss (2) entgegengesetzten Seite angefügt ist.

5. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgrenzschalter (7.1, 7.2) einen Gegendruckanschluss (11.1) haben, und dass die Vorrichtung zur Festlegung des Auslösewiderstandes ein Druckeinstellteil (11) für diesen Druck hat.

6. Oszillationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptsteuerventil (6) auch Kanäle (6.2) für jeden der Ausgangsstutzen (1.3, 1.4) des Zylinders hat, denen beiden zur selbständigen Regelung der entsprechenden Bewegungsrichtungen eigene Drosseln (1.30, 1.40) zugeordnet sind.

7. Oszillationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Abgangsleitung (1.30, 1.40) eine Grobdrossel (1.32, 1.42), ein Filter (1.33, 1.43) mit Gasraum und eine Feindrossel (1.34, 1.44), in dieser Reihenfolge, vorhanden sind, wobei die Grobdrossel (1.32, 1.42) zur Regelung der Umkehrgeschwindigkeit und die Feindrossel 1.34, 1.44) zur Regelung der Bewegungsgeschwindigkeit in der von der betreffenden Abgangsleitung bestimmten Richtung dient.

8. Oszillationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Softstart-Organe hat, zu denen ein besonderes Ventil (3) gehört, das in Anfahrsituation beide Seiten des Kolbens (1.2) mit vollem Druck beaufschlagt und sich verzögert mit Hilfe einer Drossel (3.1) abschaltet und so nach Ablauf der Verzögerung normalen Betrieb erlaubt.