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EP3786460B1 - Fluidrückführvorrichtung für einen doppeltwirkenden pneumatikzylinder und verfahren zum betreiben eines solchen pneumatikzylinders - Google Patents

Fluidrückführvorrichtung für einen doppeltwirkenden pneumatikzylinder und verfahren zum betreiben eines solchen pneumatikzylinders Download PDF

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Publication number
EP3786460B1
EP3786460B1 EP20187879.0A EP20187879A EP3786460B1 EP 3786460 B1 EP3786460 B1 EP 3786460B1 EP 20187879 A EP20187879 A EP 20187879A EP 3786460 B1 EP3786460 B1 EP 3786460B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
cylinder
cylinder chamber
double
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP20187879.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3786460A1 (de
EP3786460C0 (de
Inventor
Mario Heitmann
Thorsten Hergenröther
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMC Deutschland GmbH
Original Assignee
SMC Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMC Deutschland GmbH filed Critical SMC Deutschland GmbH
Publication of EP3786460A1 publication Critical patent/EP3786460A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3786460C0 publication Critical patent/EP3786460C0/de
Publication of EP3786460B1 publication Critical patent/EP3786460B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • F15B2211/3058—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve having additional valves for interconnecting the fluid chambers of a double-acting actuator, e.g. for regeneration mode or for floating mode
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    • F15B2211/885—Control specific to the type of fluid, e.g. specific to magnetorheological fluid
    • F15B2211/8855—Compressible fluids, e.g. specific to pneumatics

Definitions

  • the invention relates to a fluid return device for a double-acting pneumatic cylinder.
  • the invention further relates to a device for operating a double-acting pneumatic cylinder and a method for operating a double-acting pneumatic cylinder.
  • the interior of the cylinder is divided by a piston into a first cylinder chamber facing away from the piston rod and a second cylinder chamber on the piston rod side.
  • a piston rod is attached to the piston and extends outwards through the second cylinder chamber.
  • the cylinder - or more precisely the piston rod - is extended by feeding compressed air into the first cylinder chamber. This increases the volume of the first cylinder chamber and at the same time reduces the volume of the second cylinder chamber as the piston moves to one side of the second cylinder chamber.
  • Energy-saving circuits can be used to improve the efficiency of pneumatic cylinders.
  • Such energy-saving circuits are known, for example, from the book “ Energetic investigation and improvement of the drive technology of pneumatic handling systems", author Jan Hepke, 1st edition 2017, ISBN 978-3-8440-5254-1 .
  • U1 shows a pneumatic control with compressed air return for a pneumatic cylinder.
  • a direction control unit switches a connection of a compressed air line to a cylinder chamber on the piston rod side to a cylinder chamber facing away from the piston rod.
  • the cylinder chamber on the piston rod side which is still pressurized, is connected to a vent line that leads to a vent control.
  • a bypass line with a check valve branches off from the vent line. Due to the still high pressure in the cylinder chamber on the piston rod side, compressed air flows into the vent line. The high pressure in it ensures that the compressed air supply is initially interrupted via a control line connected to a compressed air supply control unit.
  • the pressure in the cylinder chamber facing away from the piston rod therefore remains low. Due to the pressure difference between the two cylinder chambers, compressed air flows from the vent line through the bypass line in the direction of the cylinder chamber facing away from the piston rod.
  • the vent control opens via control lines, the pressure in the vent line and in the cylinder chamber on the piston rod side drops, the compressed air supply control unit opens and the cylinder chamber facing away from the piston rod is supplied with new compressed air.
  • the pneumatic cylinder then extends.
  • WO 2008/060168 A1 shows a hydraulic actuator with a piston, a cylinder chamber facing away from the piston rod and a cylinder chamber on the piston rod side.
  • a first hydraulic line is connected to the cylinder chamber on the piston rod side via a hydraulic valve and a second hydraulic line is connected to the cylinder chamber facing away from the piston rod.
  • To retract the piston fluid is supplied via the first hydraulic line. It flows through a check valve inside the hydraulic valve and into the cylinder chamber on the piston rod side.
  • To extend the piston fluid is supplied to the cylinder chamber facing away from the piston rod via the second hydraulic line. supplied. Fluid in the cylinder chamber on the piston rod side is forced out and flows to the hydraulic valve.
  • WO 2012/129042 A1 shows a hydraulic circuit with a check valve that allows fluid to be returned from a cylinder chamber on the piston rod side to a cylinder chamber facing away from the piston rod, but prevents reverse flow.
  • the fluid return is controlled by an electrohydraulic proportional control valve.
  • WO 2012/045320 A1 describes a piston-cylinder unit with a housing in which a working cylinder is arranged.
  • a piston on a piston rod divides the working cylinder into a feed cylinder chamber facing away from the rod and a piston ring side on the rod side.
  • a shuttle valve creates a fluid connection between a first fluid connection, the piston ring side and the feed cylinder chamber when extending, and a fluid connection between a second fluid connection and the piston ring side when retracting.
  • a hydraulic system with a working cylinder is known.
  • a shuttle valve is connected between the pressure medium lines to the cylinder chambers. Its open connection is connected to a pressure relief valve connected to a return line and to one of the cylinder chambers, while the other cylinder chamber is connected directly to one of the pressure medium lines.
  • the use of known energy-saving circuits partially reduces the retraction or extension force of the double-acting pneumatic cylinder.
  • the speed of movement of the piston can be reduced in at least one of these directions of movement.
  • the object of the present invention is to provide a device and a method by which fluid consumption is reduced during operation of a double-acting cylinder.
  • the first fluid passage can be formed, for example, as a line, as a pipe, as a hose or as a channel provided in a base body.
  • the first cylinder chamber can be supplied with fluid via the first fluid passage in order to extend the cylinder (more precisely: a piston rod of the double-acting cylinder). Fluid flows from the first fluid connection through the first fluid passage into the first cylinder chamber.
  • the first fluid connection is therefore used as a first fluid supply.
  • the quick exhaust valve acts similarly to a check valve in relation to a fluid connection between its inlet (and the associated second fluid connection) and its outlet (and the associated second cylinder chamber).
  • a check fitting is provided in the second fluid passage.
  • a fluid pressure in the second fluid passage on a side of the vent of the quick exhaust valve (upstream side) is higher than the fluid pressure in the first fluid passage, fluid flows from the vent of the quick exhaust valve through the second fluid passage and the check fitting therein into the first fluid passage and finally enters the first cylinder chamber.
  • the quick exhaust valve and the second fluid passage serve to return fluid from the second cylinder chamber to the first cylinder chamber.
  • the double-acting cylinder is a double-acting cylinder with a piston rod on one side.
  • An interior of the cylinder is divided by the piston into the first cylinder chamber facing away from the piston rod and the second cylinder chamber on the piston rod side.
  • the piston rod extends through the second cylinder chamber of the cylinder on the piston rod side.
  • a second effective cross-sectional area of the piston on one side of the second cylinder chamber is smaller than an effective first cross-sectional area of the piston on one side of the first cylinder chamber.
  • the fluid return device saves 24% of compressed air during a complete cylinder cycle (retraction and extension). This significantly improves the efficiency of the connected cylinder and the operation of the double-acting cylinder is more cost-effective, more energy-efficient and more environmentally friendly. Ultimately, CO2 emissions in particular can be reduced.
  • the second cylinder chamber can be supplied with fluid via the quick exhaust valve.
  • fluid flows from the second fluid connection into the inlet of the quick exhaust valve and via the outlet of the quick exhaust valve into the second cylinder chamber.
  • the second fluid connection therefore serves as a second fluid supply during retraction.
  • the piston is moved so that the volume of the second cylinder chamber increases and the volume of the first cylinder chamber decreases. Fluid in the first cylinder chamber can escape through the first fluid passage and further via the first fluid connection. Alternatively or additionally, the fluid can escape from the first cylinder chamber in another way when the cylinder (or its piston rod) is retracted.
  • the cylinder can be operated as if it were connected conventionally without a fluid return device.
  • a key advantage of the quick exhaust valve is that it safely and reliably closes its inlet for fluid return and thus ensures the return flow of fluid from its outlet to its vent.
  • it opens its inlet and closes its vent when fluid is supplied to its inlet under increased pressure from the second fluid connection. This means that fluid can be reliably supplied to the second cylinder chamber in order to retract the cylinder.
  • no fluid supplied from the second fluid connection enters the second fluid passage in an undesirable manner, since the vent is closed when retracting.
  • the fluid return device is its simple design. It is inexpensive and space-saving. In addition, its integration is simple, inexpensive and quick. It can be used on any double-acting pneumatic cylinder with a single-sided piston rod.
  • the fluid return device is further characterized in that an extension force when extending the cylinder using the fluid return device remains at least substantially the same.
  • the extension force of the double-acting cylinder is preferably reduced by less than 10%, particularly preferably by less than 5% and most preferably by less than 2% when using the fluid return device. This includes in particular that the extension force of the double-acting cylinder is the same or even greater when using the fluid return device than without it.
  • the fluid return device according to the invention is characterized in that a retraction force remains at least substantially the same when retracting the cylinder using the fluid return device.
  • the retraction force of the double-acting cylinder is reduced by less than 10%, particularly preferably by less than 5% and most preferably by less than 2% using the fluid return device.
  • the fluid return device can therefore be used without hesitation for known installations without having to fear a significant reduction in their performance. To do this, the fluid return device is simply connected in the manner described between the first fluid connection and the first cylinder chamber and the second fluid connection and the second cylinder chamber.
  • the fluid is preferably air.
  • the first fluid connection can serve as a first compressed air supply.
  • the second fluid connection can serve as a second compressed air supply. Air is readily and inexpensively available. It can be provided in a known manner in a simple, inexpensive, quick and large quantity manner.
  • the non-return fitting comprises a non-return valve.
  • the non-return fitting is particularly preferably a non-return valve. This contributes to the simple, compact and cost-effective construction.
  • the inlet, the outlet and/or the vent of the quick exhaust valve are each designed as a fluid connection, particularly preferred as a compressed air connection, extremely preferred as a compressed air coupling. This enables a simple and safe, and if necessary detachable, connection of the quick exhaust valve.
  • the fluid return device preferably comprises fluid connections for connection to the first cylinder chamber, the second cylinder chamber, the first fluid connection and/or the second fluid connection, particularly preferably compressed air connections, most preferably compressed air couplings. This ensures simple handling and installation of the fluid return device. In particular, it can be retrofitted particularly quickly and easily.
  • a flow cross-section of the second fluid passage is approximately as large as a flow cross-section of the first fluid passage.
  • the flow cross-section of the second fluid passage is a maximum of 30% larger or smaller than the flow cross-section of the first fluid passage, extremely preferably by a maximum of 20%, extremely preferably by a maximum of 10%.
  • the flow cross-section of the second fluid passage becomes smaller, this tends to lead to a higher pressure in it, but the volume of the fluid returned to the first cylinder chamber decreases or is even insufficient. Therefore, it is advantageous if the flow cross-section of the second fluid passage and the first fluid passage are approximately the same size.
  • the fluid return device comprises an auxiliary outlet device.
  • the auxiliary outlet device is designed to counteract a residual overpressure in the second cylinder chamber when the cylinder is extended. It can, for example, be designed to discharge fluid into the environment or into a collecting container.
  • the auxiliary outlet device is designed so that fluid can flow out of the fluid return device from the second cylinder chamber at least when the check valve is closed and the cylinder is being extended at the same time.
  • the check valve prevents fluid from flowing from the first fluid passage through the second fluid passage to the quick exhaust valve.
  • the check valve designed as a check valve can close when the cylinder is extended if the fluid pressure in the first fluid passage is the same.
  • the quick exhaust valve prevents fluid flowing into the outlet from flowing out through the inlet when the cylinder is extended. Consequently, it is possible that a residual overpressure remains in the second cylinder chamber compared to a reference pressure, for example an ambient pressure. The residual overpressure can slow down or even prevent the cylinder from extending completely.
  • the auxiliary outlet device is designed to counteract the residual overpressure in the second cylinder chamber when the cylinder is extended (i.e., to reduce such residual overpressure or prevent it entirely).
  • the auxiliary outlet device is connected to the vent of the quick exhaust valve in parallel to the check valve. It is connected to the second fluid passage between the vent and the check valve.
  • the auxiliary outlet device may, for example, comprise an outlet opening, a throttle and/or a controllable valve.
  • the auxiliary outlet device is, for example, an outlet opening whose flow cross-section is significantly smaller than the flow cross-section of the second fluid passage.
  • the flow cross-section of the outlet opening is at most 10% of the flow cross-section of the second fluid passage, extremely preferably at most 3%, extremely preferably at most 1%.
  • the auxiliary outlet device limits an outlet volume flow with which fluid can flow out of the auxiliary outlet device. This can be done, for example, by limiting the area of the outlet opening. This reduces the outlet losses of the fluid.
  • the auxiliary outlet device comprises an outlet mechanism which is designed to close a fluid outlet to the environment when the fluid pressure in the first fluid passage is greater than the fluid pressure at the vent of the quick exhaust valve by at least a predetermined amount, and to open it otherwise.
  • the predetermined amount can be an absolute pressure difference and/or a pressure ratio.
  • the predetermined amount can correspond to a pressure difference of zero.
  • the auxiliary outlet device is formed integrally with the quick exhaust valve, in particular with its vent, with the second fluid passage and/or with the check valve. This saves installation space, simplifies production and reduces costs.
  • the auxiliary outlet device can also be formed by one or more separate components.
  • the fluid return device is designed as a separate unit for connection to the double-acting cylinder. This makes the fluid return device particularly easy to produce.
  • Another aspect of the invention relates to a combination of the fluid return device with the double-acting cylinder.
  • the invention also relates to a double-acting pneumatic cylinder which comprises a fluid return device according to one of the described embodiments, wherein the first fluid passage is in fluid communication with the first cylinder chamber of the pneumatic cylinder facing away from the piston rod and wherein the outlet of the quick exhaust valve is in fluid communication with a second cylinder chamber of the pneumatic cylinder on the piston rod side.
  • the first effective cross-sectional area of the piston facing away from the piston rod (on the side of the first cylinder chamber) is larger than the second effective cross-sectional area of the piston facing the piston rod (on the side of the second cylinder chamber).
  • the second effective cross-sectional area is smaller than the first effective cross-sectional area.
  • the size of the second effective cross-sectional area is preferably 40% to 95% of the first effective cross-sectional area, particularly preferably 70% to 90% and particularly preferably 80% to 90%. This ensures that, on the one hand, a sufficiently high fluid pressure is maintained in the second cylinder chamber during retraction for the fluid return, and on the other hand, the retraction force is still sufficiently high compared to the extension force.
  • the double-acting cylinder is a double-acting pneumatic cylinder with exactly one piston rod on one side.
  • piston rods i.e. at least two piston rods
  • two piston rods can be attached to the piston, both of which extend outwards through the first cylinder chamber next to one another.
  • double-acting cylinders can also be provided.
  • the fluid return device and the cylinder are arranged together in a housing and/or are formed together in a base body.
  • the fluid return device can be integrated into the double-acting cylinder.
  • the fluid return device is designed as a separate unit.
  • the double-acting cylinder and the fluid return device can have a coupling device for the detachable connection between the double-acting cylinder and the actual fluid return device. This allows the two elements to be quickly and can be easily separated or connected to one another, maintained and, if necessary, quickly replaced.
  • the fluid return device and/or the cylinder are preferably designed for a fluid pressure or operating pressure of at least 0.15 MPa, particularly preferably in the range between 0.3 and 1.6 MPa, for example 0.6 MPa.
  • the control valve In a first state, the control valve connects the fluid inlet to the first fluid passage of the fluid return device and in a second state, the control valve connects the fluid inlet to the inlet of the quick exhaust valve of the fluid device and the first fluid passage of the fluid return device to the at least one fluid outlet.
  • the fluid inlet is designed for connection to a fluid pressure source.
  • the at least one fluid outlet is provided for the outlet of fluid from the device.
  • the inlet of the quick exhaust valve is not connected to the fluid inlet. Therefore, no fluid is supplied from the fluid inlet to the quick exhaust valve and the second cylinder chamber in the first state.
  • the first fluid passage is not connected to the fluid inlet.
  • the fluid inlet of the control valve is connected to a fluid pressure source.
  • the fluid pressure source particularly preferably provides compressed air.
  • the fluid pressure provided by the fluid pressure source is preferably at least 0.15 MPa, particularly preferably it is in a range between 0.3 and 1.6 MPa, for example 0.6 MPa.
  • a silencer is connected to the at least one fluid outlet of the control valve. This dampens noise from fluid (for example compressed air) flowing out of the at least one fluid outlet.
  • the device may comprise the silencer.
  • the control valve is particularly preferably a 4/3-way valve.
  • the 4/3-way valve is particularly preferably closed in a middle position between the first state and the second state.
  • control valve is a 5/2-way valve.
  • control valve can have a second fluid outlet in addition to the at least one fluid outlet.
  • control valve in the first state also connects the inlet of the quick exhaust valve to a fluid outlet of the control valve.
  • a fluid outlet of the control valve can be, for example, the at least one fluid outlet or a further fluid outlet. This prevents an increased fluid pressure from remaining at the inlet of the quick exhaust valve when the control valve is switched to the first state. Any fluid flow from the inlet of the quick exhaust valve to its outlet is thus safely excluded during the first state.
  • control valve and the fluid return device can be provided as a unit.
  • both can be accommodated in a common housing and/or formed in a common base body.
  • control valve can be integrated into the fluid return device.
  • the fluid return device comprising the control valve can be provided as a separate unit for connection to the double-acting cylinder.
  • control valve, the fluid return device and the double-acting cylinder are provided as a unit.
  • control valve and the fluid return device can both be integrated into the double-acting cylinder.
  • a fluid return device according to one of the previously described embodiments is used for the method.
  • the schematically illustrated embodiment of a fluid return device 1 comprises a housing 2, a quick exhaust valve 3, a first fluid passage 7, a second fluid passage 8 with a non-return fitting designed as a non-return valve 9, an auxiliary outlet device 10 and four fluid connections 11, 12, 13, 14.
  • the four fluid connections 11, 12, 13, 14 are designed as compressed air connections in the embodiment.
  • the second fluid passage 8 establishes a fluid connection from a vent 6 of the quick exhaust valve 3 to the first fluid passage 7.
  • the non-return valve 9 in the second fluid passage 8 prevents fluid from the first fluid passage 7 from flowing through the second fluid passage 8 in the direction of the vent 6.
  • the non-return valve 9 thus provides a flow direction for fluid in the second fluid passage 8, wherein the vent 6 opens into an upstream end of the second fluid passage 8 and a downstream end of the second fluid passage 8 opens into the first fluid passage 7.
  • a first cylinder-side fluid connection 12 serves to connect a first cylinder chamber 21 of the double-acting cylinder 20 (in Fig. 1 not shown, see Fig. 2 ) to the fluid return device 1.
  • a second cylinder-side fluid connection 14 serves to connect a second cylinder chamber 22 of the same cylinder 20 to the fluid return device 1.
  • a first fluid connection 11 facing away from the cylinder is used for connection to a first fluid connection, via which fluid can be provided for supply to the first cylinder chamber 21.
  • a second fluid connection 13 facing away from the cylinder is used for connection to a second fluid connection, via which fluid can be provided for supply to the second cylinder chamber 22.
  • the first fluid passage 7 establishes a direct fluid connection between the first fluid connection 11 facing away from the cylinder and the first fluid connection 12 on the cylinder side.
  • the inlet 4 is in direct fluid communication with the second fluid connection 13 facing away from the cylinder. More generally, it is provided that the second fluid connection can be connected to the inlet 4 and is connected accordingly during the intended use of the fluid return device 1.
  • the outlet 5 is in direct fluid connection with the second cylinder-side fluid connection 14. More generally, it is provided that the second fluid connection can be connected to the piston rod-side, second cylinder chamber 22 and is connected accordingly during the intended use of the fluid return device 1.
  • the second fluid passage 8 is connected to the vent 6.
  • the quick exhaust valve 3 provides a check function with respect to a fluid connection from the inlet 4 to the outlet 5. Fluid can flow (at least substantially) unhindered from the inlet 4 to the outlet 5 and out of the outlet 5. On the other hand, the quick exhaust valve 3 prevents fluid from the outlet 5 from flowing out through the inlet 4. When fluid flows into the quick exhaust valve 3 through the outlet 5, it flows out of the quick exhaust valve 3 through the vent 6.
  • some or all of the fluid connections 11, 12, 13, 14 are designed as compressed air couplings in order to enable simple and safe connection of the fluid return connection 1. Accordingly, the fluid return connection 1 can also be easily removed again.
  • Fig. 2 The double-acting cylinder 20 and a control valve 30 are connected to the fluid return device 1 of Fig. 1 connected.
  • the cylinder 20 shown is a double-acting pneumatic cylinder with a one-sided piston rod 24. Compressed air is used as the fluid for moving the piston.
  • An interior of the cylinder 20 is divided by a piston 23 into a first cylinder chamber 21 and a second cylinder chamber 22.
  • the piston 23 is movably received in the interior of the cylinder 20 along a longitudinal direction of the cylinder 20.
  • a piston rod 24 is attached to the piston 23.
  • the exact one piston rod 24 of the cylinder 20 extends from the piston 23 along the longitudinal direction of the cylinder 20 through the second cylinder chamber 22 and protrudes from the interior of the cylinder 20.
  • the piston rod 24 thus transmits the movements of the piston 23 to the outside. Consequently, external objects can be moved through the cylinder 20 by means of the piston rod 24.
  • the first cylinder chamber 21 facing away from the piston rod is connected as intended to the first cylinder-side fluid connection 12 of the fluid return device 1 and the second cylinder chamber 22 on the piston rod side is connected as intended to the second cylinder-side fluid connection 14 of the fluid return device 1.
  • the first cylinder chamber 21 is in direct fluid connection with the first fluid passage 7 and the second cylinder chamber 22 is in direct fluid connection with the outlet 5 of the quick exhaust valve 3.
  • control valve 30 is a 5/2-way control valve for compressed air.
  • a second fluid connection 32 (compressed air connection) of the control valve 30 is connected via a first fluid connection 51 to the first fluid connection 11 of the fluid return device 1 facing away from the cylinder.
  • a fourth fluid connection 34 of the control valve 30 is connected via a second fluid connection 52 to the second fluid connection 13 of the fluid return device 1 facing away from the cylinder.
  • the first fluid connection 51 serves in particular as the first fluid connection for supplying fluid (more precisely compressed air) to the first cylinder chamber 21 of the cylinder 20 facing away from the piston rod.
  • the second fluid connection 52 serves in particular as the second fluid connection for supplying fluid (more precisely compressed air) to the second cylinder chamber 22 of the cylinder 20 facing the piston rod.
  • a first compressed air connection of the control valve 30 serves as a fluid inlet 31 and is in fluid communication with a fluid supply source 40, which in the present embodiment is designed as a compressed air source.
  • a third fluid connection of the control valve 30 serves as a first fluid outlet 33a of the control valve 30.
  • a first silencer 41a is connected to the first fluid outlet 33a, through which compressed air can be released into the atmosphere.
  • a fifth fluid connection of the control valve 30 serves as a second fluid outlet 33b of the control valve 30.
  • a second silencer 41b is connected to the second fluid outlet 33b, through which compressed air can be released into the atmosphere.
  • the control valve 30 can assume two states.
  • the control valve 30 connects the fluid inlet 31 to the second compressed air connection 32 and thus (via the first fluid connection 51 and the first compressed air connection 11 facing away from the cylinder) to the first fluid passage 7.
  • the control valve 30 In a second state (not shown) for retracting the cylinder 20, the control valve 30 connects the fluid inlet 31 to the fourth compressed air connection 34 and thus (via the second fluid connection 52 and the second compressed air connection 13 facing away from the cylinder) to the inlet 4 of the quick exhaust valve 3. At the same time, in its second state, it connects its second fluid connection 32 (and thus the first fluid passage 7 via the first fluid connection 51 and the first fluid connection 11 facing away from the cylinder) to its first fluid outlet 33a.
  • the auxiliary outlet device 10 is therefore connected to the second fluid passage 8 between the vent 6 and the check valve 9.
  • the auxiliary outlet device 10 is consequently connected to the vent 6 in parallel to the check valve 9.
  • the auxiliary outlet device 10 consists of a small outlet opening.
  • the outlet opening can be a small hole in the vent 6 itself or in the second fluid passage 8 between the vent 6 and the check valve 9. Fluid (compressed air) can flow out into the environment through this outlet opening.
  • a flow cross-section of the outlet opening is significantly smaller than the flow cross-section of the second fluid passage 8. Therefore, only a negligible proportion of the air displaced when extending from the second cylinder chamber 22 flows out through the outlet opening as long as the Check valve 9 is open. However, the outlet opening is sufficient to reduce the residual overpressure sufficiently quickly and in a controlled manner after the check valve 9 is closed. Consequently, the auxiliary outlet device 10 counteracts the residual overpressure. In this way, it prevents or reduces the hindrance to the extension of the cylinder 20 caused by such residual overpressure.
  • Fig. 3 shows schematically a further embodiment according to the invention, in which the fluid return device 1 consists of Fig. 1 and 2 is integrated directly into a cylinder 200.
  • the first cylinder chamber 21, the second cylinder chamber 22, the piston 23 and the fluid return device 1 are formed together in a base body 202 of the cylinder 200. Accordingly, the fluid return device 1 is not formed as a separate unit here.
  • the first fluid passage 7 is directly connected to the first cylinder chamber 21. Furthermore, the outlet 4 of the quick exhaust valve 3 is directly connected to the second cylinder chamber 22 via a third fluid passage 25. Otherwise, the structure and functioning of the fluid return device 1 correspond to Fig. 1 and Fig. 2 and cylinder 20 Fig. 2 .
  • the compressed air consumption for the double-acting cylinders 20, 200 is significantly reduced.
  • the retraction and extension force of the cylinders 20, 200 are fully maintained.
  • the time required for retraction is practically unchanged and the time required for extension is only slightly increased.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fluidrückführvorrichtung für einen doppeltwirkenden Pneumatikzylinder. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Betreiben eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders und ein Verfahren zum Betreiben eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders.
  • Bei doppeltwirkenden Pneumatikzylindern ist ein Innenraum des Zylinders durch einen Kolben in eine kolbenstangenabgewandte, erste Zylinderkammer und in eine kolbenstangenseitige, zweite Zylinderkammer unterteilt. An dem Kolben ist eine Kolbenstange angebracht, die sich durch die zweite Zylinderkammer hindurch nach außen erstreckt. Der Zylinder - oder genauer gesagt die Kolbenstange - wird ausgefahren, indem Druckluft in die erste Zylinderkammer geleitet wird. Dadurch vergrößert sich ein Volumen der ersten Zylinderkammer und zugleich verringert sich ein Volumen der zweiten Zylinderkammer, während sich der Kolben zu einer Seite der zweiten Zylinderkammer bewegt.
  • Es wurde bereits vorgeschlagen, Schnellentlüftungsventile an Zylinderkammern von Pneumatikzylindern anzuschließen, damit das Fluid schneller aus der jeweiligen Zylinderkammer entweichen kann, wenn ihr Volumen verringert wird, beispielsweise in DE 26 48 358 A1 und DE 38 04 081 A1 . Dabei wird die Luft aus der betroffenen Zylinderkammer nach außen in die Umgebung abgeführt.
  • Mit Energiesparschaltungen kann die Effizienz von Pneumatikzylindern verbessert werden. Solche Energiesparschaltungen sind beispielsweise bekannt aus dem Buch "Energetische Untersuchung und Verbesserung der Antriebstechnik pneumatischer Handhabungssysteme", Autor Jan Hepke, 1. Auflage 2017, ISBN 978-3-8440-5254-1.
  • DE 20 2015 003 307 U1 zeigt eine pneumatische Steuerung mit Druckluftrückführung für einen Pneumatikzylinder. Um den Pneumatikzylinder auszufahren, schaltet eine Richtungssteuereinheit eine Verbindung einer Druckluftleitung zu einer kolbenstangenseitigen Zylinderkammer um zu einer kolbenstangenabgewandten Zylinderkammer. Zugleich wird die noch mit Druck beaufschlagte kolbenstangenseitige Zylinderkammer mit einer Entlüftungsleitung verbunden, die zu einer Entlüftungssteuerung führt. Von der der Entlüftungsleitung zweigt eine Bypassleitung mit einem Rückschlagventil ab. Aufgrund des noch hohen Drucks in der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer strömt Druckluft in die Entlüftungsleitung. Der hohe Druck darin sorgt über eine daran angeschlossene Steuerleitung zu einer Druckluftversorgungssteuereinheit dafür, dass die Druckluftversorgung zunächst unterbrochen ist. Deshalb bleibt der Druck in kolbenstangenabgewandten Zylinderkammer noch niedrig. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen den beiden Zylinderkammern strömt Druckluft von der Entlüftungsleitung durch die Bypassleitung in Richtung der kolbenstangenabgewandten Zylinderkammer. Wenn die Drücke an beiden Zylinderkammern etwa gleich werden, öffnet sich aufgrund von Steuerleitungen die Entlüftungssteuerung, der Druck in der Entlüftungsleitung und in der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer sinkt, die Druckluftversorgungssteuereinheit öffnet und die kolbenstangenabgewandte Zylinderkammer wird mit neuer Druckluft versorgt. Der Pneumatikzylinder fährt dann aus.
  • WO 2008/060168 A1 zeigt einen hydraulischen Aktuator mit einem Kolben, einer kolbenstangenabgewandten Zylinderkammer und einer kolbenstangenseitigen Zylinderkammer. Eine erste Hydraulikleitung ist über ein Hydraulikventil mit der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer verbunden und eine zweite Hydraulikleitung ist mit der kolbenstangenabgewandten Zylinderkammer verbunden. Zum Einfahren des Kolbens wird über die erste Hydraulikleitung Fluid zugeführt. Es strömt durch ein Rückschlagventil im Inneren des Hydraulikventils und in die kolbenstangenseitige Zylinderkammer. Zum Ausfahren des Kolbens wird der kolbenstangenabgewandten Zylinderkammer über die zweite Hydraulikleitung Fluid zugeführt. In der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer befindliches Fluid wird herausgedrängt und strömt zum Hydraulikventil. Da der Rückweg zur ersten Hydraulikleitung durch das Rückschlagventil blockiert ist, verschiebt das Fluid aus der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer einen beweglichen Gleiter entgegen einer Kraft einer Feder, wodurch ein Durchlass zur kolbenstangenabgewandte Zylinderkammer eröffnet wird. In der Folge strömt Fluid aus der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer in die kolbenstangenabgewandte Zylinderkammer.
  • WO 2012/129042 A1 zeigt eine hydraulische Schaltung mit einem Rückschlagventil, das eine Fluidrückführung von einer kolbenstangenseitigen Zylinderkammer zu einer kolbenstangenabgewandten Zylinderkammer ermöglicht, aber die umgekehrte Strömung verhindert. Die Fluidrückführung wird durch ein elektrohydraulisches Proportionalregelventil geregelt.
  • WO 2012/045320 A1 beschreibt eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Gehäuse, in dem ein Arbeitszylinder angeordnet ist. Ein Kolben an einer Kolbenstange unterteilt den Arbeitszylinder in eine stangenabgewandten Vorschubzylinderraum und eine stangenseitige Kolbenringseite. Ein Wechselventil stellt beim Ausfahren eine Fluidverbindung zwischen einer ersten Fluidanbindung, der Kolbenringseite und dem Vorschubzylinderraum her, beim Einfahren dagegen eine Fluidverbindung zwischen einer zweiten Fluidanbindung und der Kolbenringseite.
  • Aus DE 1 816 402 A1 ist eine hydraulische Anlage mit einem Arbeitszylinder bekannt. Zwischen Druckmittelleitungen zu den Zylinderräumen ist ein Wechselventil geschaltet dessen offener Anschluss mit einem an einen Rücklauf angeschlossenen Druckbegrenzungsventil und mit einem der Zylinderräume verbunden ist, während der andere Zylinderraum direkt an eine der Druckmittelleitungen angeschlossen ist.
  • Bekannte Lösungen haben aber den Nachteil, dass sie viele Bauteile oder zusätzliche Steuerfunktionen benötigen. Dadurch lassen sich insbesondere Nachrüstungen bei bestehenden Installationen nur mit erheblichem Aufwand realisieren.
  • Außerdem wird durch die Verwendung bekannter Energiesparschaltungen teilweise eine Einfahrkraft oder eine Ausfahrkraft des doppeltwirkenden Pneumatikzylinders reduziert. Zudem kann je nach Wirkungsweise eine Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens zumindest in eine dieser Bewegungsrichtungen verringert sein.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, durch welches ein Fluidverbrauch beim Betrieb eines doppeltwirkenden Zylinders reduziert wird.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Fluidrückführvorrichtung für einen doppeltwirkenden Pneumatikzylinder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Die Fluidrückführvorrichtung für den doppeltwirkenden Pneumatikzylinder, die mit einer erste Fluidzufuhr zur Zuführung von Fluid zu einer kolbenstangenabgewandten, ersten Zylinderkammer des Pneumatikzylinders und mit einer zweite Fluidzufuhr zur Zuführung von Fluid zu einer kolbenstangenseitigen, zweiten Zylinderkammer des Pneumatikzylinders verbindbar ist beziehungsweise verbunden ist, umfasst:
    • einen ersten Fluiddurchgang zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen der ersten Fluidanbindung und der ersten Zylinderkammer;
    • ein Schnellentlüftungsventil mit
      • einem Eingang zur Verbindung mit der zweiten Fluidanbindung, einem Ausgang zur Verbindung mit der kolbenstangenseitigen, zweiten Zylinderkammer des Pneumatikzylinders, und
      • einer Entlüftung, die durch einen zweiten Fluiddurchgang mit dem ersten Fluiddurchgang verbunden ist; und
    • eine Rückschlagarmatur in dem zweiten Fluiddurchgang, die verhindert, dass Fluid von dem ersten Fluiddurchgang zu dem Schnellentlüftungsventil strömt.
  • Der erste Fluiddurchgang kann beispielsweise als eine Leitung, als ein Rohr, als ein Schlauch oder als ein Kanal, der in einem Grundkörper vorgesehen ist, ausgebildet sein.
  • Wenn die Fluidrückführvorrichtung an den doppeltwirkenden (Pneumatik-)Zylinder angeschlossen ist, kann die erste Zylinderkammer über den ersten Fluiddurchgang mit Fluid versorgt werden, um den Zylinder (genauer: eine Kolbenstange des doppeltwirkenden Zylinders) auszufahren. Dabei strömt Fluid von der ersten Fluidanbindung durch den ersten Fluiddurchgang in die erste Zylinderkammer. Die erste Fluidanbindung wird also als eine erste Fluidzufuhr genutzt.
  • Wenn sich ein Volumen der zweiten Zylinderkammer beim Ausfahren des Zylinders verringert, strömt Fluid aus der zweiten Zylinderkammer zu dem Ausgang des Schnellentlüftungsventils und in das Schnellentlüftungsventil. Das Schnellentlüftungsventil verhindert, dass das Fluid von dem Ausgang des Schnellentlüftungsventils zu dem Eingang des Schnellentlüftungsventils gelangt und aus dem Eingang herausströmt. Stattdessen ermöglicht es dem Fluid aus der zweiten Zylinderkammer in diesem Zustand, durch die Entlüftung des Schnellentlüftungsventils weiter in den zweiten Fluiddurchgang zu strömen.
  • Das Schnellentlüftungsventil wirkt bezogen auf eine Fluidverbindung zwischen seinem Eingang (sowie der damit verbundenen zweiten Fluidanbindung) und seinem Ausgang (sowie der damit verbundenen zweiten Zylinderkammer) also ähnlich wie ein Rückschlagventil.
  • Wie oben erwähnt wurde, ist in dem zweiten Fluiddurchgang eine Rückschlagarmatur vorgesehen. Wenn ein Fluiddruck in dem zweiten Fluiddurchgang auf einer Seite der Entlüftung des Schnellentlüftungsventils (stromaufwärtige Seite) höher ist als der Fluiddruck in dem ersten Fluiddurchgang, strömt Fluid von der Entlüftung des Schnellentlüftungsventils durch den zweiten Fluiddurchgang und die Rückschlagarmatur darin in den ersten Fluiddurchgang und gelangt schließlich in die erste Zylinderkammer. Dadurch wird beim Ausfahren des Zylinders zumindest ein Teil des Fluids, welches durch einen Kolben des doppeltwirkenden Zylinders aus der zweiten Zylinderkammer verdrängt wird, in den ersten Fluiddurchgang und schließlich in die erste Zylinderkammer zurückgeführt. Anders ausgedrückt dienen das Schnellentlüftungsventil und der zweite Fluiddurchgang zur Rückführung von Fluid aus der zweiten Zylinderkammer in die erste Zylinderkammer.
  • Der doppeltwirkende Zylinder ist ein doppeltwirkender Zylinder mit einseitiger Kolbenstange. Ein Innenraum des Zylinders ist durch den Kolben in die kolbenstangenabgewandte, erste Zylinderkammer und die kolbenstangenseitige, zweite Zylinderkammer unterteilt. Die Kolbenstange erstreckt sich durch die kolbenstangenseitige, zweite Zylinderkammer des Zylinders hindurch. Somit ist eine zweite effektive Querschnittsfläche des Kolbens auf einer Seite der zweiten Zylinderkammer kleiner als eine effektive erste Querschnittsfläche des Kolbens auf einer Seite der ersten Zylinderkammer. Dadurch ist es möglich, dass der Fluiddruck in der zweiten Zylinderkammer den Fluiddruck in der ersten Zylinderkammer übersteigt, wenn der ersten Zylinderkammer von außen (über die erste Fluidanbindung und den ersten Fluiddurchgang) Fluid, beispielsweise Druckluft, zugeführt wird. Durch diese Druckdifferenz ist die Rückführung von Fluid aus der zweiten Zylinderkammer in die erste Zylinderkammer in der beschriebenen Weise möglich und energetisch vorteilhaft.
  • Wegen der Rückführung von Fluid muss wesentlich weniger Fluid über die erste Fluidanbindung zusätzlich zugeführt werden, um den doppeltwirkenden Zylinder auszufahren. Beispielsweise wird mit der Fluidrückführvorrichtung bei einem kompletten Zyklus des Zylinders (Einfahren und Ausfahren) 24 % Druckluft gespart. So wird die Effizienz des angeschlossenen Zylinders erheblich verbessert und der Betrieb des doppeltwirkenden Zylinders ist kostengünstiger, energetisch günstiger und umweltfreundlicher. Letztendlich können insbesondere CO2-Emissionen verringert werden.
  • Wenn die Fluidrückführvorrichtung an den doppeltwirkenden Zylinder angeschlossen ist, kann andererseits die zweite Zylinderkammer über das Schnellentlüftungsventil mit Fluid versorgt werden. Dazu strömt Fluid von der zweiten Fluidanbindung in den Eingang des Schnellentlüftungsventils und über den Ausgang des Schnellentlüftungsventils weiter in die zweite Zylinderkammer. Die zweite Fluidanbindung dient also als eine zweite Fluidzufuhr beim Einfahren. Der Kolben wird bewegt, sodass sich das Volumen der zweiten Zylinderkammer vergrößert und sich das Volumen der ersten Zylinderkammer verkleinert. Fluid in der ersten Zylinderkammer kann durch den ersten Fluiddurchgang und weiter über die erste Fluidanbindung entweichen. Alternativ oder zusätzlich kann das Fluid auf anderem Weg aus der ersten Zylinderkammer entweichen, wenn der Zylinder (bzw. dessen Kolbenstange) eingefahren wird.
  • Beim Einfahren kann der Zylinder so betrieben werden, wie wenn er konventionell ohne Fluidrückführvorrichtung angeschlossen wäre.
  • Ein wesentlicher Vorteil des Schnellentlüftungsventils besteht dabei darin, dass es zur Fluid-Rückführung seinen Eingang sicher und zuverlässig verschließt und somit den Rückstrom von Fluid von seinem Ausgang zu seiner Entlüftung sicherstellt. Andererseits öffnet es seinen Eingang und verschließt seine Entlüftung, wenn an seinem Eingang Fluid unter erhöhtem Druck von der zweiten Fluidanbindung zugeführt wird. Dadurch kann der zweiten Zylinderkammer zuverlässig Fluid zugeführt werden, um den Zylinder einzufahren. Zugleich gelangt in diesem Zustand kein von der zweiten Fluidanbindung zugeführtes Fluid in unerwünschter Weise in den zweiten Fluiddurchgang, da die Entlüftung beim Einfahren verschlossen ist.
  • Ein Vorteil der Fluidrückführvorrichtung ist ihr einfacher Aufbau. Sie ist kostengünstig und platzsparend. Außerdem ist ihre Integration einfach, kostengünstig und schnell möglich. Sie ist an jedem doppeltwirkenden Pneumatikzylinder mit einseitiger Kolbenstange verwendbar.
  • Die erfindungsgemäße Fluidrückführvorrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass eine Ausfahrkraft beim Ausfahren des Zylinders unter Verwendung der Fluidrückführvorrichtung zumindest im Wesentlichen gleichbleibt. Bevorzugt ist die Ausfahrkraft des doppeltwirkenden Zylinders bei Verwendung der Fluidrückführvorrichtung um weniger als 10 %, besonders bevorzugt um weniger als 5 % und überaus bevorzugt um weniger als 2 % verringert. Das schließt insbesondere ein, dass die Ausfahrkraft des doppeltwirkenden Zylinders unter Verwendung der Fluidrückführvorrichtung gleich oder sogar größer ist als ohne sie.
  • Alternativ oder zusätzlich zeichnet sich die erfindungsgemäße Fluidrückführvorrichtung dadurch aus, dass eine Einfahrkraft beim Einfahren des Zylinders unter Verwendung der Fluidrückführvorrichtung zumindest im Wesentlichen gleichbleibt. Bevorzugt ist die Einfahrkraft des doppeltwirkenden Zylinders unter Verwendung der Fluidrückführvorrichtung um weniger als 10 %, besonders bevorzugt um weniger als 5 % und überaus bevorzugt um weniger als 2 % verringert.
  • Als Vergleich in diesem Sinne dient jeweils ein Betrieb desselben Zylinders unter gleichen Bedingungen ohne die Fluidrückführvorrichtung, wobei die erste Zylinderkammer in konventioneller Weise direkt mit der ersten Fluidanbindung verbunden ist und die zweite Zylinderkammer direkt mit der zweiten Fluidanbindung verbunden ist.
  • Die Fluidrückführvorrichtung kann deshalb bedenkenlos für bekannte Installationen genutzt werden, ohne dass eine nennenswerte Verringerung derer Leistungsfähigkeit befürchtet werden muss. Dazu wird die Fluidrückführvorrichtung einfach in der beschriebenen Weise zwischen die erste Fluidanbindung und die erste Zylinderkammer sowie die zweite Fluidanbindung und die zweite Zylinderkammer geschaltet.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem Fluid um Luft. Insbesondere kann die erste Fluidanbindung als eine erste Druckluftzufuhr dienen. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Fluidanbindung als eine zweite Druckluftzufuhr dienen. Luft ist leicht und kostengünstig verfügbar. Sie kann in bekannter Art und Weise einfach, kostengünstig, schnell und in großer Menge bereitgestellt werden.
  • In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Rückschlagarmatur ein Rückschlagventil. Besonders bevorzugt ist die Rückschlagarmatur ein Rückschlagventil. Dies trägt zum einfachen, kompakten und kostengünstigen Aufbau bei.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind der Eingang, der Ausgang und/oder die Entlüftung des Schnellentlüftungsventils jeweils als Fluidanschluss ausgebildet, besonders bevorzugt als Druckluftanschluss, überaus bevorzugt als Druckluftkupplung. Das ermöglicht eine einfache und sichere, gegebenenfalls auch lösbare Anbindung des Schnellentlüftungsventils.
  • Bevorzugt umfasst die Fluidrückführvorrichtung Fluidanschlüsse zur Verbindung mit der ersten Zylinderkammer, der zweiten Zylinderkammer, der ersten Fluidanbindung und/oder der zweiten Fluidanbindung, besonders bevorzugt Druckluftanschlüsse, überaus bevorzugt Druckluftkopplungen. Das gewährleistet eine einfache Handhabung und Installation der Fluidrückführvorrichtung. Insbesondere lässt sie sich dadurch besonders schnell und einfach nachrüsten.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Strömungsquerschnitt des zweiten Fluiddurchgangs etwa so groß wie ein Strömungsquerschnitt des ersten Fluiddurchgangs. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsquerschnitt des zweiten Fluiddurchgangs um maximal 30 % größer oder kleiner als der Strömungsquerschnitt des ersten Fluiddurchgangs, überaus bevorzugt um maximal 20 %, außerordentlich bevorzugt um maximal 10 %. Dadurch wird der energetische Nutzen der Rückführung von Fluid aus der zweiten Zylinderkammer in den ersten Fluiddurchgang und in die erste Zylinderkammer erheblich besonders groß. Wenn der Strömungsquerschnitt des zweiten Fluiddurchgangs größer wird, erhöht sich auch ein Volumen des zweiten Fluiddurchgangs und der Druck darin sinkt. Das beeinträchtigt den Energiegewinn durch die Rückführung. Wenn der Strömungsquerschnitt des zweiten Fluiddurchgangs kleiner wird, führt dies zwar tendenziell zu einem höheren Druck darin, aber das Volumen des in die erste Zylinderkammer zurückgeführten Fluids nimmt ab oder ist sogar nicht ausreichend. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn der Strömungsquerschnitt des zweiten Fluiddurchgangs und des ersten Fluiddurchgangs etwa gleich groß sind.
  • Alternativ oder zusätzlich ist der ist der Strömungsquerschnitt des zweiten Fluiddurchgangs maximal um 30 % größer oder kleiner als
    • ein Strömungsquerschnitt der ersten Fluidanbindung,
    • ein Strömungsquerschnitt des zweiten Fluidanbindung,
    • ein Strömungsquerschnitt einer Fluidverbindung zwischen dem Ausgang des Schnellentlüftungsventils und der zweiten Zylinderkammer und/oder
    • als ein Strömungsquerschnitt einer Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluiddurchgang und der ersten Zylinderkammer (sofern vorhanden),
    überaus bevorzugt maximal um 20 %, außerordentlich bevorzugt maximal um 10 %. Diese Dimensionierung des zweiten Fluiddurchgangs sorgt für eine besonders hohe energetische Effizienz der Rückführung.
  • Die Fluidrückführvorrichtung umfasst eine Hilfsauslassvorrichtung. Die Hilfsauslassvorrichtung ist dazu eingerichtet, einem Restüberdruck in der zweiten Zylinderkammer beim Ausfahren des Zylinders entgegenzuwirken. Sie kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, Fluid in die Umgebung oder in einen Sammelbehälter auszulassen.
  • Bevorzugt ist die Hilfauslassvorrichtung dazu eingerichtet, dass Fluid zumindest dann aus der Fluidrückführvorrichtung von der zweiten Zylinderkammer ausströmen kann, wenn die Rückschlagarmatur geschlossen ist und der Zylinder zugleich gerade ausgefahren wird.
  • Wie erwähnt verhindert die Rückschlagarmatur, dass Fluid von dem ersten Fluiddurchgang über den zweiten Fluiddurchgang zum Schnellentlüftungsventil strömt. Somit kann auch kein Fluid von dem ersten Fluiddurchgang durch die Hilfsauslassvorrichtung ausströmen. Beispielsweise kann die als Rückschlagventil ausgeführte Rückschlagarmatur beim Ausfahren des Zylinders schließen, wenn der Fluiddruck in dem ersten Fluiddurchgang gleich ist. Zugleich verhindert das Schnellentlüftungsventil beim Ausfahren des Zylinders allerdings, dass in den Ausgang einströmendes Fluid durch den Eingang ausströmt. Folglich ist es möglich, dass in der zweiten Zylinderkammer ein Restüberdruck gegenüber einem Referenzdruck, beispielsweise einem Umgebungsdruck, verbleibt. Der Restüberdruck kann das vollständige Ausfahren des Zylinders verlangsamen oder sogar behindern. Die Hilfsauslassvorrichtung ist wie oben erwähnt dazu eingerichtet, dem Restüberdruck in der zweiten Zylinderkammer beim Ausfahren des Zylinders entgegenzuwirken (das heißt, einen solchen Restüberdruck abzubauen oder ganz zu verhindern).
  • Die Hilfsauslassvorrichtung ist, erfindungsgemäß parallel zu der Rückschlagarmatur an die Entlüftung des Schnellentlüftungsventils angeschlossen. Sie ist zwischen der Entlüftung und der Rückschlagarmatur an den zweiten Fluiddurchgang angeschlossen.
  • Das ermöglicht eine einfache und kostengünstige Integration.
  • Die Hilfsauslassvorrichtung kann beispielsweise eine Auslassöffnung, eine Drossel und/oder ein steuerbares Ventil umfassen.
  • In einem einfachen Fall ist die Hilfsauslassvorrichtung beispielsweise eine Auslassöffnung, deren Strömungsquerschnitt wesentlich kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des zweiten Fluiddurchgangs. Besonders bevorzugt beträgt der Strömungsquerschnitt der Auslassöffnung maximal 10 % des Strömungsquerschnitts des zweiten Fluiddurchgangs, überaus bevorzugt maximal 3 %, außerordentlich bevorzugt maximal 1 %.
  • Wenn eine Druckdifferenz des Fluiddrucks in dem ersten Fluiddurchgang minus des Fluiddrucks an der Entlüftung des Schnellentlüftungsventils groß ist, beispielsweise mitten während des Ausfahrens des Zylinders, wird das aus der zweiten Zylinderkammer verdrängte Fluid von der Rückschlagarmatur durchgelassen und strömt wegen des größeren Strömungsdurchmessers vorrangig durch den zweiten Fluiddurchgang in den ersten Fluiddurchgang. Wegen des kleineren Strömungsdurchmessers der Auslassöffnung wird allenfalls nur ein kleiner Anteil des aus der zweiten Zylinderkammer verdrängten Fluids durch die Auslassöffnung ausgelassen. Wenn bei der Annäherung des Kolbens an eine maximal ausgefahrene Position die Druckdifferenz verschwindet und die Rückschlagarmatur schließt, wird immer noch ein begrenzter Volumenstrom von Fluid aus der zweiten Zylinderkammer entweichen und durch die Auslassöffnung nach außen abgeführt, bis der Restüberdruck verschwindet. Dadurch sinkt der Restüberdruck kontrolliert auf den Umgebungsdruck ab und der Zylinder kann zumindest im Wesentlichen ungehindert vollständig ausgefahren werden.
  • Bevorzugt begrenzt die Hilfsauslassvorrichtung einen Auslass-Volumenstrom, mit dem Fluid aus der Hilfauslassvorrichtung ausströmen kann. Das kann zum Beispiel durch eine Begrenzung der Fläche der Auslassöffnung erfolgen. Somit werden die Auslass-Verluste des Fluids reduziert.
  • Alternativ oder zusätzlich umfasst die Hilfauslassvorrichtung ein Auslassmechanismus, der dazu eingerichtet ist, einen Fluidauslass in die Umgebung zu verschließen, wenn der Fluiddruck in dem ersten Fluiddurchgang um mindestens ein festgelegtes Maß größer ist als der Fluiddruck an der Entlüftung des Schnellentlüftungsventils, und ihn andernfalls zu öffnen. Das festgelegte Maß kann eine absolute Druckdifferenz und/oder ein Druckverhältnis sein. Insbesondere kann das festgelegte Maß einer Druckdifferenz von null entsprechen. Dadurch geht beim Ausfahren des Zylinders überhaupt kein Fluid verloren, solange Fluid zurückgeführt wird. Allerdings ist eine solche Lösung aufwendiger als die oben beschriebene, kleine Auslassöffnung.
  • Besonders bevorzugt ist die Hilfsauslassvorrichtung integral mit dem Schnellentlüftungsventil, insbesondere mit dessen Entlüftung, mit dem zweiten Fluiddurchgang und/oder mit der Rückschlagarmatur ausgebildet. Das spart Bauraum, vereinfacht die Produktion und verringert die Kosten. Die Hilfsauslassvorrichtung kann aber auch durch eine oder mehrere separate Komponenten ausgebildet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fluidrückführvorrichtung als eine separate Einheit zum Anschließen an den doppelt wirkenden Zylinder ausbildet. Dadurch ist die Fluidrückführvorrichtung besonders einfach zu produzieren.
  • Außerdem kann sie einfach, kostengünstig, schnell und problemlos in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden, ohne dass der Zylinder oder ein Steuerventil für den Zylinder selbst ausgetauscht werden muss.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Kombination der Fluidrückführvorrichtung mit dem doppeltwirkenden Zylinder.
  • Insbesondere bezieht sich die Erfindung auch auf einen doppeltwirkenden Pneumatikylinder, der eine Fluidrückführvorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen umfasst, wobei der erste Fluiddurchgang in Fluidverbindung mit der kolbenstangenabgewandten, ersten Zylinderkammer des Pneumatikzylinders steht und wobei der Ausgang des Schnellentlüftungsventils in Fluidverbindung mit einer kolbenstangenseitigen, zweiten Zylinderkammer des Pneumatikzylinders steht.
  • Die kolbenstangenabgewandte, erste effektive Querschnittsfläche des Kolbens (auf der Seite der ersten Zylinderkammer) ist größer als die kolbenstangenseitige, zweite effektive Querschnittsfläche des Kolbens (auf der Seite der zweiten Zylinderkammer).
  • Mit anderen Worten ist die zweite effektive Querschnittsfläche kleiner als die erste effektive Querschnittsfläche. Bevorzugt beträgt eine Größe der zweiten effektiven Querschnittsfläche 40 % bis 95 % der ersten effektiven Querschnittsfläche, besonders bevorzugt 70 % bis 90 % und besonders bevorzugt 80 % bis 90 %. Dadurch ist einerseits beim Einfahren ein für die Fluidrückruckführung ausreichend hoher Fluiddruck in der zweiten Zylinderkammer sichergestellt, andererseits ist die Einfahrkraft im Vergleich zur Ausfahrkraft noch ausreichend hoch.
  • Bevorzugt ist der doppelwirkende Zylinder ein doppeltwirkender Pneumatikzylinder mit genau einer einseitigen Kolbenstange. Es ist aber auch möglich, dass an dem Kolben mehrere Kolbenstangen (d. h. mindestens zwei Kolbenstangen) angebracht sind. Beispielsweise können zwei Kolbenstangen an dem Kolben angebracht sein, die sich beide nebeneinander durch die erste Zylinderkammer hindurch nach außen erstrecken. Es können auch mehre doppeltwirkende Zylinder vorgesehen sein.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Fluidrückführvorrichtung und der Zylinder gemeinsamen in einem Gehäuse angeordnet und/oder gemeinsam in einem Grundkörper ausgebildet. Dadurch ist das System aus Fluidrückführvorrichtung und doppeltwirkendem Zylinder besonders kompakt und kostengünstig. Durch den Wegfall von Zwischenverbindungen, insbesondere von lösbaren Zwischenverbindungen, werden außerdem mögliche Störungsquellen vermieden. Insbesondere kann die Fluidrückführungsvorrichtung in den doppeltwirkenden Zylinder integriert sein.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fluidrückführvorrichtung als eine separate Einheit ausgebildet. Der doppeltwirkende Zylinder und die Fluidrückführvorrichtung können eine Koppelvorrichtung zur lösbaren Verbindung zwischen dem doppeltwirkenden Zylinder und der eigentlichen Fluidrückführvorrichtung aufweisen. Dadurch können die beiden Elemente schnell und einfach voneinander getrennt oder miteinander verbunden werden, gewartet werden und notfalls schnell ausgetauscht werden.
  • Die Fluidrückführvorrichtung und/oder der Zylinder sind bevorzugt für einen Fluiddruck bzw. Betriebsdruck von mindestens 0,15 MPa ausgelegt, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,3 und 1,6 MPa, beispielsweise 0,6 MPa.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben des doppeltwirkenden Pneumatikzylinders eine Fluidrückführvorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen sowie außerdem ein Steuerventil mit einem Fluideinlass und wenigstens einem Fluidauslass, das mindestens zwei Zustände annehmen kann. In einem ersten Zustand verbindet das Steuerventil den Fluideinlass mit dem ersten Fluiddurchgang der Fluidrückführvorrichtung und in einem zweiten Zustand verbindet das Steuerventil den Fluideinlass mit dem Eingang des Schnellentlüftungsventils der Fluidvorrichtung sowie den ersten Fluiddurchgang der Fluidrückführvorrichtung mit dem wenigstens einen Fluidauslass.
  • Der Fluideinlass ist zur Verbindung mit einer Fluiddruckquelle eingerichtet. Der wenigstens eine Fluidauslass ist zum Auslass von Fluid aus der Vorrichtung vorgesehen.
  • In dem ersten Zustand ist der Eingang des Schnellentlüftungsventils nicht mit dem Fluideinlass verbunden. Deshalb wird dem Schnellentlüftungsventil und der zweiten Zylinderkammer in dem ersten Zustand kein Fluid von dem Fluideinlass zugeführt. In dem zweiten Zustand ist der erste Fluiddurchgang nicht mit dem Fluideinlass verbunden.
  • In einer Weiterbildung der Vorrichtung ist der Fluideinlass des Steuerventils an eine Fluiddruckquelle angeschlossen. Dadurch kann der Fluideinlass des Steuerventils mit Fluid unter erhöhtem Druck versorgt werden. Besonders bevorzugt stellt die Fluiddruckquelle Druckluft bereit. Der von der Fluiddruckquelle bereitgestellte Fluiddruck beträgt bevorzugt mindestens 0,15 MPa, besonders bevorzugt liegt er in einem Bereich zwischen 0,3 und 1,6 MPa, beispielsweise bei 0,6 MPa.
  • Alternativ oder zusätzlich ist an den wenigstens einen Fluidauslass des Steuerventils ein Schalldämpfer angeschlossen. Dadurch werden Geräusche von Fluid (beispielsweise Druckluft), welches aus dem wenigstens einen Fluidauslass strömt, gedämpft.
  • Insbesondere kann die Vorrichtung den Schalldämpfer umfassen.
  • Besonders bevorzugt ist das Steuerventil ein 4/3-Wegeventil. Besonders bevorzugt ist das 4/3-Wegeventil in einer Mittelstellung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand geschlossen.
  • In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Steuerventil ein 5/2-Wegeventil. Diese Lösung ist noch kostengünstiger. Insbesondere kann das Steuerventil in diesem Fall neben dem wenigstens einen Fluidauslass einen zweiten Fluidauslass aufweisen.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung verbindet das Steuerventil in dem ersten Zustand außerdem den Eingang des Schnellentlüftungsventils mit einem Fluidauslass des Steuerventils. Dabei kann es sich beispielsweise um den wenigstens einen Fluidauslass oder einen weiteren Fluidauslass handeln. Dadurch wird vermieden, dass ein erhöhter Fluiddruck an dem Eingang des Schnellentlüftungsventils anliegen bleiben könnte, wenn das Steuerventil in den ersten Zustand geschaltet ist. Ein eventueller Fluidstrom vom Eingang des Schnellentlüftungsventils zu dessen Auslass wird somit während des ersten Zustands sicher ausgeschlossen.
  • Das Steuerventil und die Fluidrückführvorrichtung können als eine Einheit vorgesehen sein. Beispielsweise können beide in ein gemeinsames Gehäuse aufgenommen sein und/oder in einem gemeinsamen Grundkörper ausgebildet sein. Insbesondere kann das Steuerventil in die Fluidrückführvorrichtung integriert sein. Dabei kann die das Steuerventil umfassende Fluidrückführvorrichtung als eine separate Einheit zum Anschließen an den doppeltwirkenden Zylinder vorgesehen sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind das Steuerventil, die Fluidrückführvorrichtung und der doppeltwirkende Zylinder als eine Einheit vorgesehen. Insbesondere können das Steuerventil und die Fluidrückführvorrichtung beide in den doppeltwirkenden Zylinder integriert sein.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
  • Bevorzugt wird für das Verfahren eine Fluidrückführvorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen genutzt.
  • Die für die Fluidrückführvorrichtung, die Kombination der Fluidrückführvorrichtung mit dem doppeltwirkenden (Pneumatik-)Zylinder, die Vorrichtung zum Betreiben des doppeltwirkenden (Pneumatik-)Zylinders sowie für das Verfahren beschriebenen Ausführungen und Vorteile gelten auch für die jeweils anderen Gegenstände entsprechend.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
  • Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Fluidrückführvorrichtung;
    Fig. 2
    eine Vorrichtung zum Betreiben eines doppeltwirkenden Zylinders, welche die Fluidrückführvorrichtung aus Fig. 1 und ein Steuerventil umfasst;
    Fig. 3
    eine Kombination einer erfindungsgemäßen Fluidrückführungsvorrichtung mit einem doppeltwirkenden Zylinder, wobei die Fluidrückführungsvorrichtung in den Zylinder integriert ist.
  • Die in Fig. 1 schematisch abgebildete, erfindungsgemäße Ausführungsform einer Fluidrückführvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, ein Schnellentlüftungsventil 3, einen ersten Fluiddurchgang 7, einen zweiten Fluiddurchgang 8 mit einer Rückschlagarmatur, die als Rückschlagventil 9 ausgebildet ist, eine Hilfsauslassvorrichtung 10 und vier Fluidanschlüsse 11, 12, 13, 14. Die vier Fluidanschlüsse 11, 12, 13, 14 sind in der Ausführungsform als Druckluftanschlüsse ausgebildet. Der zweite Fluiddurchgang 8 stellte eine Fluidverbindung von einer Entlüftung 6 des Schnellentlüftungsventils 3 zu dem ersten Fluiddurchgang 7 her. Das Rückschlagventil 9 in dem zweiten Fluiddurchgang 8 verhindert, dass Fluid von dem ersten Fluiddurchgang 7 durch den zweiten Fluiddurchgang 8 in Richtung der Entlüftung 6 strömen kann. Das Rückschlagventil 9 gibt also eine Strömungsrichtung für Fluid in dem zweiten Fluiddurchgang 8 vor, wobei die Entlüftung 6 in ein stromaufwärtiges Ende des zweiten Fluiddurchgangs 8 mündet und ein stromabwärtiges Ende des zweiten Fluiddurchgangs 8 in den ersten Fluiddurchgang 7 mündet.
  • In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Fluidrückführvorrichtung 1 als eine separate Einheit mit dem Gehäuse 2 ausgebildet. Die Einheit ist dazu eingerichtet, wie in Fig. 2 gezeigt an einen doppeltwirkenden Zylinder 20 angeschlossen zu werden. Als Fluid wird in diesem Fall Druckluft verwendet.
  • Ein erster zylinderseitiger Fluidanschluss 12 dient zum Anschluss einer ersten Zylinderkammer 21 des doppeltwirkenden Zylinders 20 (in Fig. 1 nicht gezeigt, siehe Fig. 2) an die Fluidrückführvorrichtung 1. Ein zweiter zylinderseitiger Fluidanschluss 14 dient zum Anschluss einer zweiten Zylinderkammer 22 desselben Zylinders 20 an die Fluidrückführvorrichtung 1.
  • Ein erster zylinderabgewandter Fluidanschluss 11 dient zum Anschluss an eine erste Fluidanbindung, über die Fluid zur Zuführung in die erste Zylinderkammer 21 bereitgestellt werden kann. Ein zweiter zylinderabgewandter Fluidanschluss 13 dient zum Anschluss an eine zweite Fluidanbindung, über die Fluid zur Zuführung in die zweite Zylinderkammer 22 bereitgestellt werden kann.
  • Der erste Fluiddurchgang 7 stellt eine direkte Fluidverbindung zwischen dem ersten zylinderabgewandten Fluidanschluss 11 und dem ersten zylinderseitigen Fluidanschluss 12 her.
  • Das Schnellentlüftungsventil 3 weist einen Eingang 4, einen Ausgang 5 und die Entlüftung 6 auf.
  • Der Eingang 4 steht in direkter Fluidverbindung mit dem zweiten zylinderabgewandten Fluidanschluss 13. Allgemeiner ist vorgesehen, dass die zweite Fluidverbindung mit dem Eingang 4 verbindbar ist und beim vorgesehenen Gebrauch der Fluidrückführvorrichtung 1 entsprechend verbunden ist.
  • Der Ausgang 5 steht in direkter Fluidverbindung mit dem zweiten zylinderseitigen Fluidanschluss 14. Allgemeiner ist vorgesehen, dass die zweite Fluidverbindung mit der kolbenstangenseitigen, zweiten Zylinderkammer 22 verbindbar ist und beim vorgesehenen Gebrauch der Fluidrückführvorrichtung 1 entsprechend verbunden ist.
  • An die Entlüftung 6 schließt, wie oben erwähnt, der zweite Fluiddurchgang 8 an.
  • Das Schnellentlüftungsventil 3 bietet bezüglich einer Fluidverbindung von dem Eingang 4 zu dem Ausgang 5 eine Rückschlagfunktion. Fluid kann (zumindest im Wesentlichen) ungehindert von dem Eingang 4 kommend zu dem Ausgang 5 und aus dem Ausgang 5 herausströmen. Andererseits verhindert das Schnellentlüftungsventil 3, dass Fluid von dem Ausgang 5 durch den Eingang 4 ausströmen kann. Wenn Fluid durch den Ausgang 5 in das Schnellentlüftungsventil 3 einströmt, strömt es durch die Entlüftung 6 aus dem Schnellentlüftungsventil 3 heraus.
  • Bevorzugt sind einzelne oder alle der Fluidanschlüsse 11, 12, 13, 14 als Druckluftkupplungen ausgeführt, um ein einfaches und sicheres Anschließen der Fluidrückführverbindung 1 zu ermöglichen. Entsprechend kann die Fluidrückführverbindung 1 auch einfach wieder entfernt werden.
  • Die Funktionsweise und Verwendung der Fluidrückführvorrichtung 1 werden nun unter Bezug auf Fig. 2 genauer erläutert.
  • Für gleiche Elemente werden in den unterschiedlichen Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet und die entsprechenden Erläuterungen gelten gleichermaßen für die unterschiedlichen Figuren.
  • In Fig. 2 sind der doppeltwirkende Zylinder 20 und ein Steuerventil 30 an die Fluidrückführvorrichtung 1 aus Fig. 1 angeschlossen.
  • Bei dem in Fig. 2 gezeigten Zylinder 20 handelt es sich um einen doppeltwirkenden Pneumatikzylinder mit einseitiger Kolbenstange 24. Als Fluid zur Bewegung des Kolbens wird Druckluft verwendet. Ein Innenraum des Zylinders 20 ist durch einen Kolben 23 in eine erste Zylinderkammer 21 und eine zweite Zylinderkammer 22 unterteilt. Der Kolben 23 ist entlang einer Längsrichtung des Zylinders 20 beweglich in den Innenraum des Zylinders 20 aufgenommen. An dem Kolben 23 ist eine Kolbenstange 24 angebracht. Die genau eine Kolbenstange 24 des Zylinders 20 erstreckt sich von dem Kolben 23 entlang der Längsrichtung des Zylinders 20 durch die zweite Zylinderkammer 22 und steht aus dem Innenraum des Zylinders 20 hervor. Die Kolbenstange 24 überträgt die Bewegungen des Kolbens 23 somit nach außen. Folglich können externe Objekte mittels der Kolbenstange 24 durch den Zylinder 20 bewegt werden.
  • In Fig. 2 ist die kolbenstangenabgewandte, erste Zylinderkammer 21 wie vorgesehen an den ersten zylinderseitigen Fluidanschluss 12 der Fluidrückführvorrichtung 1 angeschlossen und die kolbenstangenseitige, zweite Zylinderkammer 22 ist wie vorgesehen an den zweiten zylinderseitigen Fluidanschluss 14 der Fluidrückführvorrichtung 1 angeschlossen. Somit steht die erste Zylinderkammer 21 in direkter Fluidverbindung mit ersten Fluiddurchgang 7 und die zweite Zylinderkammer 22 steht in direkter Fluidverbindung mit dem Ausgang 5 des Schnellentlüftungsventils 3.
  • Das Steuerventil 30 ist in dieser Ausführung ein 5/2-Wege-Steuerventil für Druckluft. Ein zweiter Fluidanschluss 32 (Druckluftanschluss) des Steuerventils 30 ist über eine erste Fluidverbindung 51 mit dem ersten zylinderabgewandten Fluidanschluss 11 der Fluidrückführvorrichtung 1 verbunden. Ein vierter Fluidanschluss 34 des Steuerventils 30 ist über eine zweite Fluidverbindung 52 mit dem zweiten zylinderabgewandten Fluidanschluss 13 der Fluidrückführvorrichtung 1 verbunden.
  • Wie noch ersichtlich werden wird, dient die erste Fluidverbindung 51 insbesondere als die erste Fluidanbindung zur Zuführung von Fluid (genauer Druckluft) zu der kolbenstangenabgewandten, ersten Zylinderkammer 21 des Zylinders 20. Die zweite Fluidverbindung 52 dient insbesondere als die zweite Fluidanbindung zur Zuführung von Fluid (genauer Druckluft) zu der kolbenstangenseitigen, zweiten Zylinderkammer 22 des Zylinders 20.
  • Ein erster Druckluftanschluss des Steuerventils 30 dient als ein Fluideinlass 31 und steht in Fluidverbindung mit einer Fluidzufuhrquelle 40, die in der vorliegenden Ausführung als Druckluftquelle ausgebildet ist. Ein dritter Fluidanschluss des Steuerventils 30 dient als ein erster Fluidauslass 33a des Steuerventils 30. An den ersten Fluidauslass 33a ist ein erster Schalldämpfer 41a angeschlossen, durch welchen Druckluft in die Atmosphäre ausgelassen werden kann.
  • Ein fünfter Fluidanschluss des Steuerventils 30 dient als ein zweiter Fluidauslass 33b des Steuerventils 30. An den zweiten Fluidauslass 33b ist ein zweiter Schalldämpfer 41b angeschlossen, durch welchen Druckluft in die Atmosphäre ausgelassen werden kann.
  • Das Steuerventil 30 kann zwei Zustände annehmen.
  • In einem in Fig. 2 gezeigten, ersten Zustand zum Ausfahren des Zylinders 20 verbindet das Steuerventil 30 den Fluideinlass 31 mit dem zweiten Druckluftanschluss 32 und demnach (über die erste Fluidverbindung 51 und den ersten zylinderabgewandten Druckluftanschluss 11) mit dem ersten Fluiddurchgang 7.
  • In einem zweiten, nicht gezeigten Zustand zum Einfahren des Zylinders 20 verbindet das Steuerventil 30 den Fluideinlass 31 mit dem vierten Druckluftanschluss 34 und demnach (über die zweite Fluidverbindung 52 und den zweiten zylinderabgewandten Druckluftanschluss 13) mit dem Eingang 4 des Schnellentlüftungsventils 3. Zugleich verbindet es in seinem zweiten Zustand seinen zweiten Fluidanschluss 32 (und damit über die erste Fluidverbindung 51 und den ersten zylinderabgewandten Fluidanschluss 11 den ersten Fluiddurchgang 7) mit seinem ersten Fluidauslass 33a.
  • Beim Ausfahren des doppeltwirkenden Zylinders 20 könnte es zu einem Restüberdruck in der zweiten Zylinderkammer 22 kommen, wenn das Rückschlagventil 9 schließt, bevor der Zylinder 20 vollständig ausgefahren ist. Dieser Restüberdruck könnte ein vollständiges Ausfahren der Kolbenstange 24 behindern oder zumindest verlangsamen. Zwischen der Entlüftung 6 und dem Rückschlagventil 9 ist deshalb die Hilfsauslassvorrichtung 10 an den zweiten Fluiddurchgang 8 angeschlossen. Die Hilfsauslassvorrichtung 10 ist folglich parallel zu dem Rückschlagventil 9 an die Entlüftung 6 angeschlossen. Die Hilfauslassvorrichtung 10 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer kleinen Auslassöffnung. Die Auslassöffnung kann eine kleine Bohrung in der Entlüftung 6 selbst oder in dem zweiten Fluiddurchgang 8 zwischen der Entlüftung 6 und dem Rückschlagventil 9 sein. Durch diese Auslassöffnung kann Fluid (Druckluft) in die Umgebung ausströmen. Ein Strömungsquerschnitt der Auslassöffnung ist wesentlich kleiner als der Strömungsquerschnitt des zweiten Fluiddurchgangs 8. Deshalb strömt nur ein vernachlässigbar kleiner Anteil der beim Ausfahren aus der zweiten Zylinderkammer 22 verdrängten Luft durch die Auslassöffnung nach außen, solange das Rückschlagventil 9 geöffnet ist. Die Auslassöffnung genügt aber, um nach dem Schließen des Rückschlagventils 9 den Restüberdruck ausreichend schnell und kontrolliert abzubauen. Folglich wirkt die Hilfsauslassvorrichtung 10 dem Restüberdruck entgegen. Dadurch verhindert oder vermindert sie eine Behinderung des Ausfahrens des Zylinders 20 durch einen solchen Restüberdruck.
  • In Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere, erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher die Fluidrückführvorrichtung 1 aus Fig. 1 und 2 direkt in einen Zylinder 200 integriert ist. Die erste Zylinderkammer 21, die zweite Zylinderkammer 22, der Kolben 23 und die Fluidrückführvorrichtung 1 sind hier gemeinsam in einem Grundkörper 202 des Zylinders 200 ausgebildet. Entsprechend ist die Fluidrückführvorrichtung 1 hier nicht als separate Einheit ausgebildet.
  • Dadurch ist der Gesamtaufbau kompakter, leichter handhabbar und kostengünstiger. Hier ist der erste Fluiddurchgang 7 unmittelbar an die erste Zylinderkammer 21 angeschlossen. Des Weiteren ist der Ausgang 4 des Schnellentlüftungsventils 3 über einen dritten Fluiddurchgang 25 direkt mit der zweiten Zylinderkammer 22 verbunden. Ansonsten entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise der Fluidrückführungsvorrichtung 1 aus Fig. 1 und Fig. 2 und des Zylinders 20 aus Fig. 2.
  • Mit den vorgeschlagenen Fluidrückführung 1 wird der Druckluftverbrauch für die doppeltwirkenden Zylinder 20, 200 erheblich reduziert. Gleichzeitig bleiben die Ein- und Ausfahrkraft der Zylinder 20, 200 voll erhalten. Zudem ist die zum Einfahren benötigte Zeit praktisch unverändert und die zum Ausfahren erhöhte Zeit ist nur geringfügig erhöht.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Fluidrückführvorrichtung
    2
    Gehäuse
    3
    Schnellentlüftungsventil
    4
    Eingang
    5
    Ausgang
    6
    Entlüftung
    7
    erster Fluiddurchgang
    8
    zweiter Fluiddurchgang
    9
    Rückschlagventil
    10
    Hilfsauslassvorrichtung
    11, 12, 13, 14
    Fluidanschluss
    20, 200
    Zylinder
    21
    erste Zylinderkammer
    22
    zweite Zylinderkammer
    23
    Kolben
    24
    Kolbenstange
    25
    dritter Fluiddurchgang
    30
    Steuerventil
    31
    Fluideinlass
    32, 34
    Fluidanschluss
    33a, 33b
    Fluidauslass
    40
    Fluiddruckquelle
    41a, 41b
    Schalldämpfer
    51, 52
    Fluidverbindung
    202
    Grundkörper

Claims (10)

  1. Fluidrückführvorrichtung (1) für einen doppeltwirkenden Pneumatikzylinder (20, 200),
    die mit einer ersten Fluidanbindung (51) zur Zuführung von Fluid zu einer kolbenstangenabgewandten, ersten Zylinderkammer (21) des Pneumatikzylinders (20, 200) und
    mit einer zweiten Fluidanbindung (52) zur Zuführung von Fluid zu einer kolbenstangenseitigen, zweiten Zylinderkammer (22) des Pneumatikzylinders (20, 200) verbindbar beziehungsweise verbunden ist,
    wobei die Fluidrückführvorrichtung (1) umfasst:
    einen ersten Fluiddurchgang (7) zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen der ersten Fluidanbindung (51) und der ersten Zylinderkammer (21);
    eine Hilfsauslassvorrichtung (10); und
    eine Rückschlagarmatur (9);
    gekennzeichnet durch ein Schnellentlüftungsventil (3) mit
    einem Eingang (4) zur Verbindung mit der zweiten Fluidanbindung (52),
    einem Ausgang (5) zur Verbindung mit der kolbenstangenseitigen, zweiten Zylinderkammer (22) des Pneumatikzylinders (20, 200), und
    einer Entlüftung (6), die durch einen zweiten Fluiddurchgang (8) mit dem ersten Fluiddurchgang (7) verbunden ist;
    wobei die Rückschlagarmatur (9) in dem zweiten Fluiddurchgang (8) angeordnet ist und verhindert, dass Fluid von dem ersten Fluiddurchgang (7) zu dem Schnellentlüftungsventil (3) strömt,
    wobei die Hilfsauslassvorrichtung (10) parallel zu der Rückschlagarmatur (9) an die Entlüftung (6) des Schnellentlüftungsventils (3) angeschlossen ist.
  2. Fluidrückführvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagarmatur (9) als Rückschlagventil ausgebildet ist.
  3. Fluidrückführvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsauslassvorrichtung (10) integral mit dem Schnellentlüftungsventil (3), insbesondere mit dessen Entlüftung (6), mit dem zweiten Fluiddurchgang (8) und/oder mit der Rückschlagarmatur (9) ausgebildet ist.
  4. Fluidrückführvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsauslassvorrichtung (10) einen Auslass-Volumenstrom, mit dem Fluid aus der Hilfsauslassvorrichtung (10) ausströmen kann, begrenzt.
  5. Fluidrückführvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidrückführvorrichtung (1) als eine separate Einheit zum Anschließen an den doppeltwirkenden Pneumatikzylinder (20) ausbildet ist.
  6. Doppeltwirkender Pneumatikzylinder (200), umfassend
    eine Fluidrückführvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei der erste Fluiddurchgang (7) in Fluidverbindung mit einer kolbenstangenabgewandten, ersten Zylinderkammer (21) des Pneumatikzylinders (200) steht und
    wobei der Ausgang (5) des Schnellentlüftungsventils (3) in Fluidverbindung mit einer kolbenstangenseitigen, zweiten Zylinderkammer (22) des Pneumatikzylinders (200) steht.
  7. Doppeltwirkender Pneumatikzylinder (200) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidrückführvorrichtung (1) in den Pneumatikzylinder (200) integriert ist.
  8. Vorrichtung für den Betrieb eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders (20, 200), umfassend:
    eine Fluidrückführvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 oder einen doppeltwirkenden Pneumatikzylinder (200) nach einem der Ansprüche 6 oder 7; und
    ein Steuerventil (30) mit einem Fluideinlass (31) und wenigstens einem Fluidauslass (33a), das mindestens zwei Zustände annehmen kann;
    wobei das Steuerventil (30)
    - in einem ersten Zustand den Fluideinlass (31) mit dem ersten Fluiddurchgang (7) der Fluidrückführvorrichtung (1) verbindet und
    - in einem zweiten Zustand den Fluideinlass (31) mit dem Eingang (4) des Schnellentlüftungsventils (3) der Fluidrückführvorrichtung (1) verbindet sowie den ersten Fluiddurchgang (7) der Fluidrückführvorrichtung (1) mit dem wenigstens einen Fluidauslass (33a) verbindet.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Schalldämpfer (41a) umfasst, der an den Fluidauslass (33a) des Steuerventils (30) angeschlossen ist.
  10. Verfahren zum Betreiben eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders (20, 200) mit einer kolbenstangenabgewandten, ersten Zylinderkammer (21) und einer kolbenstangenseitigen, zweiten Zylinderkammer (22), wobei ein erster Fluiddurchgang (7) eine Fluidverbindung zwischen einer Fluidanbindung (51) zur Zuführung von Fluid zu der ersten Zylinderkammer (21) und der ersten Zylinderkammer (21) herstellt,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil einer Druckluft in der zweiten Zylinderkammer (22) über eine Entlüftung (6) eines Schnellentlüftungsventils (3) in die erste Zylinderkammer (21) zurückgeführt wird, wenn ein Volumen der zweiten Zylinderkammer (22) verkleinert wird, wobei
    ein Eingang (4) des Schnellentlüftungsventils (3) verbunden ist mit einer zweiten Fluidanbindung (52) zur Zuführung von Fluid zu der zweiten Zylinderkammer (22), ein Ausgang (5) des Schnellentlüftungsventils (3) mit der zweiten Zylinderkammer (22) verbunden ist,
    die Entlüftung (6) des Schnellentlüftungsventils (3) durch einen zweiten Fluiddurchgang (8) mit dem ersten Fluiddurchgang (7) verbunden ist,
    wobei eine Rückschlagarmatur (9), in dem zweiten Fluiddurchgang (8) angeordnet ist und verhindert,
    dass Fluid von dem ersten Fluiddurchgang (7) zu dem Schnellentlüftungsventil (3) strömt, wobei eine Hilfsauslassvorrichtung (10) parallel zu der Rückschlagarmatur (9) an die Entlüftung (6) des Schnellentlüftungsventils (3) angeschlossen ist.
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