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Title:
CONTROL VALVE ASSEMBLY FOR AN INDIRECT PNEUMATIC CONTROL, AND METHOD FOR CONTROLLING A WORKING FLUID PRESSURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/149751
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a control valve assembly (1) for an indirect pneumatic control and to a method for controlling a working fluid pressure. The aim of the invention is to provide a control valve assembly (1) and a method for controlling a working fluid pressure using a control fluid, said assembly and method allowing a precise, sensitive, speed-variable control without large output losses and control delays. This is achieved in that the control valve assembly (1) has two pneumatic valve units (2, 3) which are arranged one behind the other; a working fluid inlet (4); a control fluid inlet; a working fluid channel (6) which connects the working fluid inlet (4) to an outlet (5) by means of the two valve units (2, 3); a respective valve piston (9, 10) which is arranged within each valve cylinder (7, 8) of the first and second valve unit (2, 3) and which can be moved between an open position and a closed position; a respective spring element (11, 12) which biases the first and second valve piston (9, 10) towards the closed position; and a respective control pressure chamber (13, 14) which is connected to the control fluid inlet for applying a control pressure to each valve piston (9, 10), said control pressure counteracting the bias of the spring element (11, 12); wherein the first valve unit (2) is produced such that the first valve piston (9) is moved from the closed position to the open position when a control pressure is applied in the first control pressure chamber (13), and two opposite valve surfaces (16, 17) which are angled relative to each other are arranged on the surface of the valve cylinder (8) and the valve piston (10) so as to extend along the movement direction (V) in the second valve unit (3) in a blocking and control region (15) of the working fluid channel (6) such that the valve surfaces (16, 17) form a valve opening that is opened to varying widths when the valve piston (10) is moved in the valve cylinder (8) as a result of a changing control pressure, and the working pressure can be finely adjusted on the basis of the control pressure according to the valve opening.

Inventors:
KRUPNIK, Piotr (Teichstraße 77, Iserlohn, 58644, DE)
BROSE, Simon (Pottacker 5a, Hattingen, 45525, DE)
Application Number:
EP2019/052247
Publication Date:
August 08, 2019
Filing Date:
January 30, 2019
Export Citation:
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Assignee:
J.D. NEUHAUS HOLDING GMBH & CO. KG (Windenstraße, Witten, 58455, DE)
International Classes:
F15B11/10; B66D1/44; F15B11/042; F15B13/02; F15B13/042
Domestic Patent References:
WO2006111031A12006-10-26
Foreign References:
NL7611360A1978-04-18
EP0092279A21983-10-26
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
KALKOFF & PARTNER (Martin-Schmeisser-Weg 3a-3b, Dortmund, 44227, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Steuerventilanordnung (l) zur indirekten pneumatischen Steuerung, insbesonde re eines pneumatisch betriebenen Lamellenmotors eines Hebezeugs, mit

- zwei pneumatischen, hintereinander angeordneten Ventileinheiten (2, 3),

- einem Arbeitsfluideinlass (4) und einem Steuerfluideinlass,

- einem den Arbeitsfluideinlass (4) durch beide Ventileinheiten (2, 3) hin durch mit einem Auslass (5) verbindenden Arbeitsfluidkanal (6),

- jeweils einem innerhalb eines Ventilzylinders (7, 8) der ersten und zweiten Ventileinheit (2, 3) angeordneten, zwischen einer geöffneten und einer ge schlossenen Stellung verschiebbaren Ventilkolben (9, 10),

- jeweils einem den ersten und den zweiten Ventilkolben (9, 10) auf die ge schlossene Stellung hin vorspannenden Federelement (11, 12),

- jeweils einer mit dem Steuerfluideinlass verbundenen Steuerdruckkam

mer (13, 14) zum Beaufschlagen des jeweiligen Ventilkolbens (9, 10) mit ei nem der Vorspannung des Federelements (11, 12) entgegenwirkenden Steu erdruck, wobei

- die erste Ventileinheit (2) derart gebildet ist, dass beim Anlegen eines Steu erdrucks in der ersten Steuerdruckkammer (13) der erste Ventilkolben (9) von der geschlossenen in die geöffnete Stellung verschoben wird, und wobei

- in der zweiten Ventileinheit (3) in einem Sperr- und Regelbereich (15) des Arbeitsfluidkanals (6) zwei sich gegenüberliegende, zueinander verwinkelte Ventilflächen (16, 17) am Ventilzylinder (8) und am Ventilkolben (10) derart sich entlang der Verschieberichtung (V) erstreckend angeordnet sind, dass die Ventilflächen (16, 17) beim Verschieben des Ventilkolbens (10) im Ven tilzylinder (8) aufgrund eines sich ändernden Steuerdrucks eine unterschied lich weit geöffnete Ventilöffnung bilden und entsprechend der Ventilöff nungsweite der Arbeitsdruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks feinstufig ein stellbar ist.

2. Steuerventilanordnung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass wenigs tens eine der beiden Ventilflächen (16, 17) der zweiten Ventileinheit (3) zwei auf einander folgende Abschnitte (A, B) aufweist, wobei der Winkel (a) zwischen den Ventilflächen (16, 17) im ersten, der geschlossenen Stellung folgenden Ab schnitt (A) kleiner ist als der Winkel (b) der Ventilflächen (16, 17) im zweiten, an die geöffnete Stellung angrenzenden Bereich (B).

3. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilflächen (16, 17) im ersten und/oder zweiten Abschnitt (A, B) li near verlaufend gebildet sind, wobei der Winkel (a, b) zwischen den beiden Ven tilflächen (16, 17) zwischen o,i° und io° beträgt.

4. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Ventilflächen (16, 17) im ersten und/oder zweiten Abschnitt (A, B) nichtlinear verlaufend gebildet ist, wobei der Winkel (a, b) zwischen den beiden Ventilflächen (16, 17) sich zwischen der ge schlossenen und der geöffneten Position vergrößert und dabei zwischen o,i° und 450 beträgt.

5. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Abschnitt (A) und/oder der zweite Ab schnitt (B) der Ventilflächen (16, 17) jeweils über wenigstens 25 % des maximalen Verstellweges (W) des Ventilkolbens (10) in Bezug zum Ventilzylinder (8) er streckt.

6. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der zweite Ventilkolben (10) rotationssymmet risch gebildet ist und der korrespondierende Ventilzylinder (8, 7) einen runden Querschnitt aufweist, sodass die Ventilöffnung die Form eines Ringspalts hat.

7. Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Steuerdruckkammer (13, 14) im Bereich des dem Federelement (11, 12) gegenüberliegenden Endes (E) des jewei- ligen Ventilkolbens (9, 10) angeordnet ist und/oder der Arbeitsfluidkanal (6) in der ersten und/oder in der zweiten Ventileinheit (2, 3) zwischen dem Bereich (F) des Federelements (11, 12) und dem Bereich (S) der Steuerdruckkammer (13, 14) angeordnet ist.

Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Handsteuereinheit vor dem Steuerfluideinlass ange ordnet ist, die einen Handregler aufweist, mittels dem der Steuerdruck des Steu erfluids stufenlos regulierbar ist.

Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch einen einzigen Steuerfluideinlass, der im Inneren der Steuerven tilanordnung (1) mit beiden Steuerdruckkammern verbunden ist.

Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids in einer Steuerventilanordnung (1) zur indirekten pneumatischen Steuerung, mit den Schritten:

- Anlegen eines Arbeitsdrucks mittels eines Arbeitsfluids an einem Arbeits fluideinlass (4),

- Steuerung des Drucks in einem Steuerfluid, insbesondere mittels eines feinfühligen Ventils einer Handsteuerung, und Belasten eines Steuerfluide inlasses mit dem Steuerdruck,

- Einleiten von Steuerfluid in jeweils eine Steuerfluidkammer (13, 14) einer pneumatischen Ventileinheit (2, 3), wobei das Steuerfluid einen durch ein Federelement (11, 12) auf eine geschlossene Stellung vorgespannten, inner halb eines Ventilzylinders (7, 8) angeordneten Ventilkolben (9, 10) auf eine geöffnete Stellung hin verschieben kann, wobei

- das Anlegen eines Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckkammer (13) den ersten Ventilkolben (9) von der geschlossenen in die geöffnete Stellung ver schiebt, wodurch das Arbeitsfluid durch einen mit dem Arbeitsfluidein lass (4) verbundenen Arbeitsfluidkanal (6) durch die erste, geöffnete Venti leinheit (2) zur zweiten Ventileinheit (3) strömen kann, wobei

- das Anlegen des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdruckkammer (14) zu einem Verschieben des zweiten Ventilkolbens (10) entgegen der Kraft des Federelements (12) in eine dem Steuerdruck zugeordneten Position des Ventilkolbens (10) im Ventilzylinder (8) zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung führt, wodurch das Arbeitsfluid durch den Arbeits- fluidkanal (6) in der zweiten Ventileinheit (3) zwischen zwei sich gegen überliegenden, zueinander verwinkelten und sich auf der Oberfläche des Ventilzylinders (8) und des Ventilkolbens (10) entlang der Verschieberich tung (V) erstreckenden Ventilflächen (16, 17) hindurchströmt, wobei eine zwischen den Ventilflächen (16, 17) gebildete Ventilöffnung im Arbeitsflu- idkanal (6) in Abhängigkeit des Steuerdrucks entsprechend feinstufig ein stellbar ist und den am Auslass (5) anliegenden Druck des Arbeitsfluids re gelt.

Description:
Beschreibung

STEUERVENTILANORDNUNG ZUR INDIREKTEN PNEUMATISCHEN STEUERUNG UND VERFAHREN ZUM STEUERN EINES ARBEITS-

FLUIDDRUCKS

Die Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung sowie ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines

Steuerfluids in einer Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung.

Aus dem Stand der Technik sind Steuerventilanordnungen zur pneumatischen Steue rung in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt und werden dabei insbesondere zur Steuerung pneumatischer Aktuatoren verwendet. Ein spezielles Gebiet hierbei betrifft die pneumatische Steuerung pneumatisch betriebener Motoren von Hebezeugen.

Dabei ist zunächst bekannt, den Motor, insbesondere einen Lamellenmotor, eines Hebezeugs direkt zu steuern, wobei der Druck des Arbeitsfluids, zumeist Druckluft, vor der Zuleitung zum pneumatisch betriebenen Motor direkt geregelt wird. Dazu wird typischerweise die zum Antrieb vorgesehene Druckluft von einem zentralen Anschluss über einen Schlauch zu einer Handsteuereinheit geleitet und von dort zur Position des Motors des Hebezeugs, der zumeist im Bereich einer Hallendecke positioniert ist. Dies macht einen langen Druckluftschlauch wenigstens von der Handsteuerung zum an der Hallendecke angeordneten Hebezeug notwendig. Diese Schläuche, die durchgehend den vollen Arbeitsdruck des Arbeitsfluids aushalten müssen, sind jedoch relativ dick und schwer, wodurch diese schlecht handhabbar sind und die Bedienung erschweren. Wei terhin führt ein entsprechend langer Schlauch zwischen Handsteuerung und Hebezeug zu mit der Schlauchlänge zunehmend größeren Leistungsverlusten sowie zu einer Steuerverzögerung, wodurch eine präzise und feinfühlige Steuerung einer Last am Hebezeug nicht mehr möglich ist.

Zudem sind aus dem Stand der Technik indirekte Steuerungen bekannt, bei denen das Arbeitsfluid direkt an eine Steuerventilanordnung am Motor angeschlossen wird, wobei die Steuerung mittels eines Steuerfluids, zumeist auch Druckluft mit einem geringeren Druck als der Druck des Arbeitsfluids, erfolgt. Dabei ist es üblich, dass mittels des an einer Handsteuerung anliegenden Steuerfluids lediglich ein Einschalten und Ausschal ten des Arbeitsfluids mittels der Steuerventilanordnung am pneumatischen Motor erfolgt, während der Arbeitsdruck und somit die Geschwindigkeit des Hebezeugs fest vorgegeben und mittels einer Stellschraube an der Steuerventilanordnung einstellbar sind. Daraus ergibt sich jedoch der Nachteil, dass eine Veränderung der Geschwindigkeit des Hebezeugs nicht ohne weiteres möglich ist und somit nur entweder ein langsames Anfahren sowie feinfühliges Heben oder alternativ ein zügiges Heben von Lasten mög lich ist. Insbesondere beim Transport schwerer Lasten über große Höhen ist aber sowohl eine große Hebegeschwindigkeit, als auch eine feinfühlige Steuerung zum Abheben und Absetzen der Last notwendig.

Es kann daher als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, eine Steuerventilanord nung sowie ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuer fluids bereitzustellen, die eine präzise, feinfühlige und geschwindigkeitsvariable Steue rung ohne große Leistungsverluste und Steuerverzögerungen ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuerventilanordnung gemäß An spruch l sowie ein Verfahren gemäß Anspruch io gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung, insbesondere eines pneumatisch betriebenen Lamellenmotors eines Hebezeugs, umfasst zwei pneumatische, funktional hintereinander angeordnete Ventileinheiten, einen Arbeitsfluideinlass und einen Steuerfluideinlass sowie einen den Arbeitsfluideinlass durch beide Ventileinheiten hindurch mit einem Auslass verbindenden Arbeits fluidkanal, wobei der Auslass insbesondere zum Zuleiten des Arbeitsfluids zu einem Lamellenmotor eines Hebezeugs vorgesehen ist. An jeder der beiden Ventileinheiten ist jeweils ein innerhalb eines Ventilzylinders angeordneter, zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbarer Ventilkolben vorgesehen, wobei auf jeden der beiden Ventilkolben ein auf die geschlossene Stellung der Ventileinheit hin vorspan- nendes Federelement wirkt. Beide Ventileinheiten weisen weiterhin jeweils eine mit dem Steuerfluideinlass verbundene Steuerdruckkammer zum Beaufschlagen des jeweiligen Ventilkolbens mit einem der Vorspannung des Federelements entgegenwirkenden Steuerdruck auf, um den Ventilkolben entgegen der Kraft des Federelements in eine zumindest abschnittsweise geöffnete Stellung zu bewegen.

Dabei ist die erste Ventileinheit derart gebildet, dass beim Anlegen eines beliebigen Steuerdrucks größer als o bar in der Steuerdruckkammer der Ventilkolben von der geschlossenen in eine vollständig geöffnete Stellung verschoben wird. In der zweiten Ventileinheit, in einem Sperr- und Regelbereich des Arbeitsfluidkanals, sind zwei sich gegenüberliegende, zueinander verwinkelte Ventilflächen auf der Oberfläche des Ven tilzylinders und des Ventilkolbens sich entlang der Verschieberichtung erstreckend derart zueinander angeordnet, dass die Ventilflächen beim Verschieben des Ventilkol bens aufgrund des angelegten Steuerdrucks in Abhängigkeit der dem Steuerdruck zugeordneten Verschiebeposition des Ventilkolbens im Ventilzylinder eine unterschied lich weit geöffnete Ventilöffnung bilden und entsprechend der Ventilöffnung der Ar beitsdruck in Abhängigkeit des Steuerdrucks feinstufig einstellbar ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Hebezeug mit einem pneumatisch betriebenen Lamel lenmotor und einer davor angeordneten, erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluiddrucks mittels eines Steuerfluids, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung zur indirekten pneumatischen Steuerung, bevorzugt für einen pneumatisch betriebenen Lamellenmotor eines Hebezeugs, wird zunächst ein Arbeitsdruck mittels eines Arbeits fluids auf einen Arbeitsfluideinlass angelegt und ein Steuerdruck in einem Steuerfluid, insbesondere mittels eines feinfühligen Ventils einer Handsteuerung, eingestellt sowie ein Steuerfluideinlass mit dem Steuerdruck belastet. Das unter dem Steuerdruck ste hende Steuerfluid wird in jeweils eine Steuerfluidkammer von zwei pneumatischen Ventileinheiten eingeleitet, wobei das Steuerfluid einen durch ein Federelement auf eine geschlossene Stellung vorgespannten, innerhalb eines Ventilzylinders angeordneten Ventilkolben auf eine geöffnete Stellung hin verschieben kann. Dabei wird durch das Anlegen eines beliebigen Steuerdrucks in der ersten Steuerdruck kammer der erste Ventilkolben von der geschlossenen in die geöffnete Stellung verscho ben, wodurch das Arbeitsfluid durch einen mit dem Arbeitsfluideinlass verbundenen Arbeitsfluidkanal durch die erste, geöffnete Ventileinheit zur zweiten Ventileinheit strömen kann. Dabei führt das Anlegen des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdruck kammer zu einem Verschieben des zweiten Ventilkolbens entgegen der Kraft des Fe derelements in eine dem Steuerdruck zugeordneten Position des Ventilkolbens im Ventilzylinder zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung, wodurch das Arbeitsfluid durch den Arbeitsfluidkanal in der zweiten Ventileinheit zwischen zwei sich gegenüberliegenden, zueinander verwinkelten und sich auf der Oberfläche des Ventilzy linders und des Ventilkolbens entlang der Verschieberichtung erstreckenden Ventilflä chen hindurchströmt, wobei eine zwischen den Ventilflächen gebildete Ventilöffnung im Arbeitsfluidkanal in Abhängigkeit des Steuerdrucks entsprechend feinstufig einstellbar ist.

Die erfindungsgemäße Steuerventilanordnung sowie das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen in besonders einfacher Weise eine präzise, feinfühlig und stufenlose Steue rung, wobei der Druck des Arbeitsfluids am Auslass beispielsweise über einen weiten Bereich proportional zum Druck des Steuerfluids gesteuert werden kann. Zudem wird in einfacher Weise eine Variation des Drucks des Arbeitsfluids im Betrieb durch eine Druckeinstellung des Steuerfluids ermöglicht, wodurch beispielsweise die Geschwindig keit eines mittels des Arbeitsfluids betriebenen Motors eines Hebezeugs stufenlos und feinfühlig variierbar ist. Weiterhin wird durch die indirekte Ansteuerung mittels eines Steuerfluids ein von der Hebezeughöhe bzw. von dem Abstand zur Handsteuerung abhängiger Leistungsverlust vermieden. Schließlich kommt es auch zu keinen Steuerver zögerungen aufgrund einer direkten Steuerung des Arbeitsfluiddrucks mit einem nach folgenden großen Arbeitsfluidvolumen in einem langen Schlauch oder dergleichen.

Bei der Steuerventilanordnung handelt es sich grundsätzlich um eine Baueinheit, innerhalb der der Druck eines durchgeleiteten und ggf. gesperrten Arbeitsfluids mittels des Drucks eines Steuerfluids gesteuert werden kann. Somit handelt es sich erfindungs gemäß um eine Vorrichtung zur indirekten Steuerung. Dabei kann die Steuerventilan ordnung eine eigenständige Vorrichtung und dabei insbesondere in einer Zuleitung für ein Arbeitsfluid zu einem Aktuator, insbesondere einem pneumatischen Motor, ange ordnet sein. Alternativ kann die Steuerventilanordnung aber auch Teil einer weiteren Vorrichtung und dabei insbesondere in einem Hebezeug integriert sein. Bevorzugt ist die Steuerventilanordnung eine ausschließlich pneumatisch betriebene Vorrichtung, d.h., zum Betrieb ist kein weiteres Betriebsmedium und/oder keine Elektrizität notwendig.

Jede der pneumatischen Ventileinheiten umfasst jeweils wenigstens ein, bevorzugt genau ein Ventil, das mittels eines Fluid-, insbesondere eines Gasdrucks umgeschaltet bzw. gesteuert werden kann. Besonders bevorzugt ist jede Ventileinheit durch ein Ventil gebildet, das ausschließlich pneumatisch betrieben wird, wobei dies bevorzugt keine Federelemente im Inneren der Ventileinheit ausschließt, sondern sich besonders bevor zugt lediglich auf den Betrieb von außen bezieht. Die erste und zweite Ventileinheit sind, bevorzugt unmittelbar aneinander angrenzend, in einem gemeinsamen Gehäuse ange ordnet, wobei besonders bevorzugt die beiden Ventilzylinder parallel zueinander und/oder nebeneinander angeordnet sind und ganz besonders bevorzugt bezüglich Länge und/oder Durchmesser identisch zueinander gebildet sind. Dabei sind die Venti leinheiten funktional hintereinander angeordnet, d.h., dass das der Steuerventilanord nung zugeleitete Arbeitsfluid erst zur ersten Ventileinheit und anschließend, bevorzugt mit der ersten Ventileinheit in einer geöffneten Stellung, in die zweite Ventileinheit gelangt.

Bei den Druckfluiden, dem Arbeitsfluid und/oder dem Steuerfluid, kann es sich grund sätzlich um eine beliebige Flüssigkeit oder ein beliebiges Gas handeln. Zwar ist ein Betrieb mit einem hydraulischen Arbeits- und/oder Steuerfluid denkbar, jedoch wird ein rein pneumatischer Betrieb bevorzugt. Besonders bevorzugt sind die Druckfluide jeweils Druckluft. Grundsätzlich kann dabei der Druck des Arbeits- und/oder Steuerfluids beliebig gewählt sein. Bevorzugt beträgt der Druck des bereitgestellten Arbeits- bzw. Betriebsfluids zwischen o bar und io bar, besonders bevorzugt maximal 6 bar und ganz besonders bevorzugt genau 6 bar, sodass am Arbeitsfluideinlass der Steuerventilanord nung ein konstanter Druck von etwa 6 bar anliegt. Der maximale Steuerdruck, d.h., der Druck des Steuerfluids, beträgt bevorzugt ebenfalls 6 bar, wobei der Steuerdruck beson ders bevorzugt zwischen l bar und 6 bar mittels eines Steuerventils, insbesondere in einer Handsteuerung, variierbar ist. Entsprechend liegt bevorzugt auch am Steuerfluide- inlass der Steuerventilanordnung ein Druck von maximal 6 bar und bevorzugt zwischen l bar und 6 bar an.

Der Arbeitsfluidkanal hat grundsätzlich die Aufgabe, den Arbeitsfluideinlass mit dem Auslass für das Arbeitsfluid innerhalb der Steuerventilanordnung zu verbinden und dabei das Steuerfluid durch beide Ventileinheiten derart zu leiten, dass die Durchfluss menge bzw. der Volumenstrom des Arbeitsfluids mittels beider Ventileinheiten verän derbar ist. Dazu verläuft der Arbeitsfluidkanal bevorzugt durch jeweils einen Sperr- und Regelbereich der beiden Ventileinheiten und dabei insbesondere durch die jeweilige Ventilöffnung, die durch die beiden Ventilflächen des Ventilzylinders und des Ventilkol bens gebildet wird. Bevorzugt verbindet der Arbeitsfluidkanal die erste und zweite Ventileinheit derart miteinander, dass das Arbeitsfluid unmittelbar von der ersten in die zweite Ventileinheit strömen kann. Besonders bevorzugt sind im Arbeitsfluidkanal zwischen der ersten und der zweiten Ventileinheit keine weiteren Bauteile, insbesondere keine Ventile und/oder Verzweigungen angeordnet.

Das Federelement kann grundsätzlich ein beliebiges Bauteil oder eine beliebige Bau gruppe sein, die geeignet ist, den Ventilkolben innerhalb des Ventilzylinders auf eine geschlossene Stellung der Ventileinheit hin vorzuspannen. Bevorzugt ist das Federele ment dabei eine Druckfeder, besonders bevorzugt eine Spiralfeder, und/oder einstückig gebildet. Weiterhin bevorzugt ist eine Seite des Federelements gegen eine Stirn- bzw. Endseite des Ventilzylinders und/oder die andere Seite des Federelements an einem Ende bzw. einer Stirnseite des Ventilkolbens abgestützt. Ganz besonders bevorzugt ist ein Ende des Federelements zumindest abschnittsweise in einer Bohrung des Ventilkol bens angeordnet. Ebenfalls bevorzugt ist die Bohrung am Ende bzw. an der Stirnseite des Ventilkolbens derart angeordnet und/oder weist insbesondere eine so gewählte Tiefe auf, dass das Federelement vollständig in die Bohrung eingedrückt werden und dann die Stirnseite des Ventilkolbens mit einer Stirnseite des Ventilzylinders in Anlage kommen kann, wodurch in besonders einfacher Weise die maximale Verschiebbarkeit des Ventil kolbens in Bezug zum Ventilzylinder in diese Richtung festgelegt wird.

Bevorzugt wird die Stärke des ersten Federelements derart gewählt, dass der Ventilkol ben den Arbeitsfluidkanal ohne anliegenden Druck des Steuerfluids zuverlässig schließt und besonders bevorzugt zugleich derart, dass beim Erreichen eines vorbestimmten Mindestdrucks des Steuerfluids, bevorzugt von 1,2 bar bis 1,3 bar, der Ventilkolben entgegen der Kraft des Federelements soweit in Richtung der geöffneten Stellung im Ventilzylinder gedrückt wird, dass ein vollständiges Öffnen mittels des ansteigenden Drucks des Arbeitsfluids in der ersten Ventileinheit ermöglicht wird. Grundsätzlich kann der Mindestdruck zum Öffnen des Ventilkolbens jedoch auch beliebig anders gewählt werden. Bevorzugt wird die Stärke des zweiten Federelements derart gewählt, dass eine Verschiebung des Ventilkolbens in gewünschtem Maße bei einem vorgegebenen Steuer druck erfolgt, insbesondere eine vollständige Verschiebung genau innerhalb der mögli chen Druckgrenzen des Steuerdrucks, beispielsweise zwischen 1 bar und 6 bar. Damit eine Steuerung des Drucks des Arbeitsfluids mittels der Steuerventilanordnung möglich ist, muss wenigstens die zweite Steuerdruckkammer vollständig von dem Arbeitsfluidka nal getrennt sein. Bevorzugt ist auch die erste Steuerfluidkammer vollständig vom Arbeitsfluidkanal getrennt.

Bevorzugt reicht ein beliebig starker Steuerdruck bzw. ein beliebiger Steuerdruck ober halb eines Mindestdrucks in der ersten Steuerdruckkammer aus, um die erste Ventilein heit vollständig zu öffnen. Die erste Ventileinheit wird somit als Sperrventil der zweiten Ventileinheit vorgeschaltet betrieben und sorgt u.a. in vorteilhafter Weise dafür, dass kein dauerhafter Druck an der zweiten Ventileinheit anliegt, wenn kein Steuerdruck auf die Steuerventilanordnung wirkt. Zudem bildet die erste Ventileinheit ein Sicherheits ventil, um eine doppelte Sicherheit neben der zweiten Ventileinheit gegen eine uner wünschte Freigabe von Arbeitsdruck am Auslass zu bieten. Bevorzugt kann die erste Ventileinheit dazu nur zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand geschaltet werden, d.h., es handelt sich um ein Zweizustandsventil.

Auch die zweite Ventileinheit ist bevorzugt derart gebildet, dass diese das Arbeitsfluid vollständig sperren kann. Um das Arbeitsfluid in gewünschtem Umfang durchlassen zu können, weist die zweite Ventileinheit eine durch Verschieben des Ventilkolbens in dem Ventilzylinder einstellbare Ventilöffnung auf. Dabei wird die Ventilöffnung an einer Seite durch eine Ventilfläche des Ventilkolbens und an einer gegenüberliegenden Seite durch eine Ventilfläche des Ventilzylinders gebildet. Um mit einer Verschiebung des Ventilkolbens eine Veränderung der Größe der Ventilöffnung ermöglichen zu können, sind die beiden Ventilflächen verwinkelt zueinander angeordnet, sodass sich der Ab stand beider Ventilflächen bei einem Verschieben des Kolbens vergrößert bzw. verklei nert. Um eine feinfühlige Verstellung zu ermöglichen, erstreckt sich jeder der Ventilflä chen auf einer Oberfläche des Ventilkolbens bzw. des Ventilzylinders zumindest ab schnittsweise entlang der Verschieberichtung. Bei einer geeigneten Auswahl der Feder stärke der Ventileinheit ist es so möglich, für jeden möglichen Steuerdruck eine spezifi sche Position des Ventilkobens im Ventilzylinder zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung vorzusehen, sodass entsprechend der Ventilöffnung der Arbeits druck in Abhängigkeit des Steuerdrucks entsprechend feinstufig einstellbar ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung weist wenigstens eine der beiden Ventilflächen der zweiten Ventileinheit wenigstens zwei, bevorzugt genau zwei aufeinander folgende Abschnitte auf, wobei besonders bevorzugt der Winkel zwischen den Ventilflächen im ersten, der geschlossenen Stellung folgenden Abschnitt kleiner ist als der Winkel der Ventilflächen im zweiten, an die geöffnete Stellung angrenzenden Bereich, wodurch ein besonders feinfühliges Anfahren sowie langsames Heben und Senken bei einem Hebezeugs möglich ist. Bevorzugt weist eine der beiden Ventilflächen dabei einen sich ändernden Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt auf und besonders bevorzugt ist die andere Ventilfläche dabei ohne Winkeländerung gebildet. Weiterhin bevorzugt sind die beiden Abschnitte einer Ventilfläche deutlich voneinander abgegrenzt, d.h., der Winkel zwischen den Abschnitten ändert sich nicht kontinuierlich, sondern sprunghaft bzw. an einer Position. Ebenfalls bevorzugt ist der Winkel der Ventilflächen im zweiten Abschnitt wenigstens doppelt so groß, besonders bevorzugt wenigstens fünfmal so groß und ganz besonders bevorzugt wenigstens zehnmal so groß wie der Winkel der Ventilflächen im ersten Abschnitt. Entsprechend ist im zweiten Abschnitt der Ventilflächen bevorzugt der Durchmesser des Ventilkolbens bzw. der Abstand der beiden sich gegenüberliegenden Ventilflächen wenigstens doppelt, besonders bevorzugt wenigstens fünfmal und ganz besonders bevorzugt wenigstens zehnmal so groß wie im ersten Abschnitt. Besonders bevorzugt sind beide Abschnitte derart gebildet, dass diese eine Steuerung der Durch flussmenge des Arbeitsfluids zwischen einem voll gesperrten Zustand und einem voll geöffneten Zustand ermöglichen, wobei zunächst ein langsames und feinfühliges Anfah ren und mit höherem Steuerdruck ein zügiges Heben einer Last mittels eines Hebezeugs möglich ist. Ganz besonders bevorzugt sind die beiden Abschnitte zusätzlich zum ge schlossenen und zum geöffneten Zustand ansteuerbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung sind die beiden Ventilflächen im ersten und/oder zweiten Abschnitt, wenigstens in Bezug zueinander, bevorzugt jeweils linear verlaufend gebildet, wobei der Winkel zwischen den beiden Ventilflächen des ersten Abschnitts bevorzugt zwischen o,i° und 15 0 , besonders bevorzugt zwischen i° und io° und ganz besonders bevorzugt zwischen 2° und 7° und der Winkel des zweiten Abschnitts zwischen 5 0 und 85°, besonders bevorzugt zwischen io° und 75 0 und ganz besonders bevorzugt zwischen 20° und 6s°beträgt.

Insbesondere bevorzugt beträgt der Winkel im ersten Abschnitt 2 0 und/oder der Winkel im zweiten Abschnitt 45 0 . Weiterhin bevorzugt erstrecken sich beide Ventilflächen im ersten und/oder zweiten Abschnitt mit gleichbleibendem Winkel zueinander entlang der Oberfläche des Ventilzylinders bzw. des Ventilkolbens, sodass sich der Abstand beider Ventilflächen zueinander kontinuierlich, insbesondere von der geschlossenen Position zur geöffneten Position hin, vergrößert.

Eine Ausführung der Steuerventilanordnung sieht vor, dass wenigstens eine der beiden Ventilflächen im ersten und/oder zweiten Abschnitt nichtlinear verlaufend gebildet ist, wobei der Winkel zwischen den beiden gegenüberliegenden Ventilflächen des Ventilkol bens und des Ventilzylinders sich bevorzugt zwischen der geschlossenen und der geöff neten Position vergrößert und dabei der Winkel des ersten Abschnitts weiterhin bevor zugt zwischen o,i° und 15 0 , besonders bevorzugt zwischen i° und io° und ganz beson ders bevorzugt zwischen 2 0 und 7 0 und der Winkel des zweiten Abschnitts zwischen 5 0 und 85°, besonders bevorzugt zwischen io° und 75 0 und ganz besonders bevorzugt zwischen 20° und 6s°beträgt. Ganz besonders bevorzugt ist eine der Ventilflächen des Ventilkolbens oder des Ventilzylinders in einem oder beiden Abschnitten nichtlinear verlaufend gebildet, während die gegenüberliegende Ventilfläche des Ventilzylinders oder des Ventilkolbens linear verläuft.

Generell wird ein Verlauf der Ventilflächen in Bezug zueinander mit einer zur geöffneten Position des Ventilkolbens hin sich vergrößernden Ventilöffnung bevorzugt. Ebenfalls wird generell bevorzugt, dass in wenigstens einem Abschnitt und besonders bevorzugt in beiden Abschnitten die Ventilfläche des Ventilkolbens oder des Ventilzylinders parallel zur Verstellrichtung des Ventilkolbens im Ventilzylinder angeordnet ist, während die andere, gegenüberliegende Ventilfläche in einem Winkel dazu mit einem linearen oder nichtlinearen Verlauf angeordnet ist. Besonders bevorzugt wird eine Ausführung mit einem Verlauf der Ventilfläche mit einem ersten linearen Abschnitt mit kleinem Winkel und einem zweiten linearen Abschnitt mit einem größeren Winkel.

Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung erstreckt sich der erste Abschnitt und/oder der zweite Abschnitt der Ventilflächen über wenigstens 15 %, bevorzugt wenigstens 25 %, besonders bevorzugt wenigstens 30 % und ganz besonders bevorzugt über wenigstens 40 % des maximalen Verstellweges des Ventilkolbens in Bezug zum Ventilzylinder, wodurch eine besonders feinfühlige Steue rung erreicht werden kann. Ebenfalls bevorzugt erstreckt sich der erste Abschnitt über maximal 80 %, bevorzugt 60 %, besonders bevorzugt 50 % und ganz besonders bevor zugt 40 % des maximalen Verstellweges. Weiterhin bevorzugt erstrecken sich beide Abschnitte zusammen über wenigstens 50 %, besonders bevorzugt wenigstens 75 % und ganz besonders bevorzugt wenigstens 80 % der maximalen Verstelllänge des Ventilkol bens.

Weiterhin ist eine Ausführung der Steuerventilanordnung bevorzugt bei der wenigstens der zweite Ventilkolben, bevorzugt auch der erste Ventilkolben, rotationssymmetrisch um eine Achse entlang der Verstellrichtung gebildet ist und der korrespondierende Ventilzylinder einen runden Querschnitt aufweist, sodass die Ventilöffnung die Form eines Ringspalts hat. Entsprechend weist wenigstens eine Ventilfläche bevorzugt eine konische Form auf, während die zweite Ventilfläche ebenfalls bevorzugt zylindrisch oder auch konisch gebildet ist.

Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführung der Steuerventilanordnung bei der die erste und/oder zweite Steuerdruckkammer im Bereich des dem Federelement gegenüberlie genden Endes des jeweiligen Ventilkolbens angeordnet ist und/oder der Arbeitsfluidka nal in der ersten und/oder in der zweiten Ventileinheit zwischen dem Bereich des Federelements und dem Bereich der Steuerdruckkammer angeordnet ist. Besonders bevorzugt umgibt der Arbeitsfluidkanal den jeweiligen Ventilkolben innerhalb des Ventilzylinders abschnittsweise allseitig. Weiterhin bevorzugt ist der Arbeitsfluidkanal abschnittsweise durch den Ventilzylinder gebildet.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung ist eine Handsteuereinheit vor dem Steuerfluideinlass angeordnet, die einen Handregler aufweist, mittels dem der Steuerdruck des Steuerfluids stufenlos regulierbar ist, wobei der Handregler besonders bevorzugt ein handbetätigbares Gasventil umfasst, mittels dem der Steuerdruck stufenlos und feinfühlig einstellbar ist.

Schließlich weist die Steuerventilanordnung bevorzugt genau einen einzigen Steuerflui deinlass auf, der im Inneren der Steuerventilanordnung mit den beiden Steuerdruck kammern verbunden ist, sodass der Steuerdruck stets in beiden Steuerdruckkammern gleich ist. Insbesondere bevorzugt weist die Steuerventilanordnung auch nur genau einen Arbeitsfluideinlass und/oder einen Arbeitsfluidauslass auf.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung wird nachste hend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. l eine Schnittansicht einer Steuerventilanordnung mit zwei geschlossenen Venti leinheiten,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Sperrbereichs der zweiten Ventileinheit der in Fig. l dargestellten Steuerventilanordnung,

Fig. 3 eine Schnittansicht der in Fig. l dargestellten Steuerventilanordnung mit einer geöffneten ersten Ventileinheit und einer geschlossenen zweiten Ventileinheit, und

Fig. 4 eine Schnittansicht der in Fig. l dargestellten Steuerventilanordnung mit einer voll geöffneten ersten Ventileinheit und einer teilweise geöffneten zweiten Venti leinheit,

Fig. 5 eine Schnittansicht der in Fig. l dargestellten Steuerventilanordnung mit zwei geöffneten Ventileinheiten.

Bei einer in Figur l dargestellten Steuerventilanordnung l zur indirekten pneumatischen Steuerung des Arbeitsdrucks für einen pneumatischen Lamellenmotor eines Hebezeugs sind eine erste und eine zweite Ventileinheit 2, 3 parallel zueinander in einem gemein samen Gehäuse angeordnet.

Jede der beiden Ventileinheiten 2, 3 ist als federvorgespanntes, pneumatisch betriebenes Ventil gebildet. Entsprechend ist in jeder der Ventileinheiten 2, 3 ein verschieblicher Ventilkolben 9, 10 in einem Ventilzylinder 7, 8 derart angeordnet, dass ein durch die Ventileinheit 2, 3 geleitetes Druckfluid, insbesondere Druckluft, mittels eines Oberflä chenabschnitts des Ventilzylinders 7,8 und des Ventilkolbens 9, 10 gesperrt bzw. geregelt werden kann.

Der Ventilkolben 9, 10 ist an einer Seite mit einer Spiralfeder 11, 12 auf eine geschlossene Stellung hin vorgespannt, wobei ein Ende der Spiralfeder 11, 12 gegen eine runde Stirn fläche des Ventilzylinders 7, 8 abgestützt ist, während das andere Ende innerhalb einer Bohrung im Ventilkolben 9, 10 festgelegt ist. Am anderen Ende E des Ventilkolbens 9,10 ist im Ventilzylinder 7, 8 eine Steuerdruckkammer 13, 14 gebildet. Die Steuerdruckkam mern 13, 14 beider Ventileinheiten 2, 3 sind gemeinsam mit einem Einlass für einen Steuerdruckluftstrom verbunden, sodass in der Steuerdruckkammer 13, 14 ein Druck aufgebaut werden kann, der der Federspannung der Spiralfeder 11, 12 entgegenwirkt und durch eine Beaufschlagung der Stirnfläche des Ventilkolbens 9, 10 mit dem Steuer druck ein Verschieben des Ventilkolbens 9, 10 ermöglicht.

Die Steuerventileinheit 1 weist einen Arbeitsdrucklufteinlass 4 sowie einen entsprechen den Auslass 5 auf, der einen druckgesteuerten Druckluftstrom für den Lamellenmotor des Hebezeugs bereitstellt. Der Auslass 5 ist über einen Arbeitsdruckluftkanal 6 mit dem Arbeitsdrucklufteinlass 4 verbunden, wobei der Arbeitsdruckluftkanal 6 hintereinander durch beide Ventileinheiten 2, 3 führt und dabei jeweils mittels der Ventileinheiten 2, 3 in einem Sperr- und Regelbereich 15 sperr- und regelbar ist.

An dem zweiten Ventilkolben 10 sowie dem zugehörigen Ventilzylinder 8 ist jeweils eine Ventilfläche 16, 17 angeordnet, die im geschlossenen Zustand der Ventileinheit 2, 3 aneinander anliegen. Beide Ventilflächen 16, 17 sind derart verwinkelt zueinander angeordnet, dass bei einem Verschieben des Ventilkolbens 10 im Ventilzylinder 8 mit zunehmender Verschiebung sich eine vergrößernde Ventilöffnung in Form eines Ringspalts bildet.

In Fig. l ist eine Steuerventilanordnung l mit beiden Ventileinheiten 2, 3 in der ge schlossenen Position dargestellt, sodass die erste Ventileinheit 2 den Arbeitsdruckluft- strom bereits kurz hinter dem Arbeitsdrucklufteinlass 4 absperrt und an der zweiten Ventileinheit 3 kein Druck im Bereich des Arbeitsdruckluftkanals 6 anliegt. In diesem Zustand der Steuerventilanordnung 1 liegt ebenfalls kein Steuerdruck an bzw. der Steuerdruck der Steuerdruckluft in den Steuerdruckkammern 13, 14 liegt unterhalb eines festgelegten Schwellenwerts von etwa 1,2 bar zum Öffnen der Ventileinheiten 2, 3.

In Fig. 3 ist eine Steuerventilanordnung 1 in einem Zustand dargestellt, der nur kurzfris tig bzw. exakt beim Erreichen eines Schwellenwerts des Steuerdrucks zum Öffnen der Ventileinheiten 2, 3 auftritt. Die erste Ventileinheit 2 ist voll geöffnet, während die zweite Ventileinheit 3 noch geschlossen ist. Der in der ersten Steuerluftdruckkammer 13 anliegende Steuerdruck wirkt der ersten Spiralfeder 11 soweit entgegen, dass die Ventil öffnung der ersten Ventileinheit 2 gerade geöffnet wird, indem die beiden Ventilflächen 16, 17 der ersten Ventileinheit 2 außer Kontakt geraten.

Mit steigendem Steuerdruck wird nun auch der zweite Ventilkolben 10 der zweiten Ventileinheit 3 gegen die Federkraft der Spiralfeder 12 auf die geöffnete Stellung hin verschoben, wobei die Federkraft derart gewählt ist, dass in einem vordefinierten Druck bereich, bevorzugt zwischen 1 bar und 6 bar, der Ventilkolben 10 über den maximalen Verstellweg W verschoben wird. Um zunächst eine feinfühlige Steuerung und mit steigendem Steuerdruck dann eine zügige und kraftvolle Freigabe des Arbeitsluftdrucks zu ermöglichen, sind die Ventilflä chen 16, 17 der zweiten Ventileinheit 3 mit einem sich innerhalb der Steuerfläche 17 des Ventilkolbens 10 verändernden Winkel a, b gebildet (siehe Fig. 2). Dabei ist die Ventil fläche 16 des Ventilzylinders 8 als linear verlaufende Zylinderfläche als Teil der Wan- düng des Ventilzylinders 8 gebildet. Die Ventilfläche 17 des Ventilkolbens 10 weist zwei zueinander verwinkelte Abschnitte A, B auf, die jeweils auch in einem Winkel a, b zur gegenüberliegenden Ventilfläche 16 angeordnet sind. Beide Abschnitte A, B weisen einen linearen Verlauf auf. Der Winkel a des ersten Abschnitts der Ventilfläche 17 zur gegen- überliegenden Ventilfläche 16 beträgt 5 0 , während der entsprechende Winkel b des zweiten Abschnitts B 45 0 beträgt. Die beiden Abschnitte A, B erstrecken sich über 85 % des maximalen Verstellweges W des Ventilkolbens 10 im Ventilzylinder 8. In Fig. 4 ist eine Steuerventilanordnung 1 mit der ersten Ventileinheit 2 in der vollstän dig geöffneten Position und der zweiten Ventileinheit 3 in einer teilweise geöffneten Position dargestellt, wobei die Arbeitsdruckluft durch einen durch die Steuerflächen 16, 17 der zweiten Ventileinheit 3 gebildeten Ringspalt geleitet wird und ein reduzierter Volumenstrom durch diesen Ringspalt durch den Arbeitsdruckluftkanal 6 von dem Arbeitsluftdruckeinlass 4 zum Auslass 5 der Steuerventilanordnung strömen kann.

In Fig. 5 ist schließlich eine Steuerventilanordnung 1 mit beiden Ventileinheiten 2, 3 in der vollständig geöffneten Position dargestellt, wobei die Arbeitsdruckluft durch die Steuerflächen 16, 17 der beiden Ventileinheiten 2, 3 ungehindert durch den Arbeits- druckluftkanal 6 von dem Arbeitsluftdruckeinlass 4 zum Auslass 5 der Steuerventilan ordnung strömen kann.

Bezugszeichenliste

1 Steuerventilanordnung

2 erste Ventileinheit

3 zweite Ventileinheit

4 Arbeitsfluideinlass

5 Auslass

6 Arbeitsfluidkanal

7 erster Ventilzylinder

8 zweiter Ventilzylinder

9 ersten Ventilkolben

10 zweiter Ventilkolben

11 erstes Federelement

12 zweites Federelement

13 erste Steuerdruckkammer

14 zweite Steuerdruckkammer

15 Sperr- und Regelbereich

16 erste Ventilfläche

17 zweite Ventilfläche

A erster Abschnitt

B zweiter Abschnitt

E Ende des Ventilkolbens

F Bereich des Federelements

S Bereich der Steuerdruckkammer

V Verstellrichtung

W maximaler Verstellweg

a Winkel des ersten Abschnitts

b Winkel des zweiten Abschnitts