本发明涉及一种气动驱动系统，具有至少一个气动驱动装置，它具 有一个驱动装置外壳和一个与此相关通过压力空气加载运动的从动单 元，其中该从动单元包括一个从动活塞，它使驱动装置外壳相互分成两 个工作室，其中一个或两个工作室连接在用于控制压力空气加载气路的 控制阀门机构上，它们可以在多个工作位置之间转换，其中具有一个给 定节流横截面的节省空气位置。

由WO 02/14698A1已知的这种气动驱动系统在铝加工中用于破碎 硬皮(krustenbrecher)。它包括一个由破碎硬皮缸构成的气动驱动装置， 其从动单元可以驱动振动的工作运动，在工作运动使从动单元穿过可能 建立的材料壳的条件下暂时浸入到铝熔液池里面。一个换向阀负责各自 的工作运动，该换向阀控制压力空气在两个由从动单元的从动活塞分开 的工作室中的输入和排出。在压力空气加载的控制器上还一起作用双重 存在的控制阀机构，它们接通在换向阀与各工作室之间的连接里面。这 些控制阀机构可以占据不同的工作位置，其中一个工作位置负责引起工 作运动，通过使该工作位置释放一个空气通道。为了减少空气消耗，使 这个工作位置由节省空气位置构成，通过使流体通道具有一个节流横截 面，它只允许有限的流量。由此使所连接的的工作室的充满度保持在一 个尽可能微小的水平。如果从动单元进入到一个铝硬皮并因此一个增加 的运动阻力反作用于从动单元，超过节流横截面逐渐在所连接的工作室 中建立越来越高的操纵压力，直到达到所需的透穿力。在进入行程终端 位置时从动单元最终引起控制阀机构转换到截止位置，用于中断继续输 入压力空气到气动驱动装置。

在从动单元要破碎熔液硬皮时，由于在气动驱动装置中建立压力所 需的时间需求在各个工作循环中根据情况出现不规则的时间延迟。

EP 0771396 B1描述了类似的装置。在那里尽管作为可选择的结构 形式也描述了可能性，放弃在控制管道中建立的节流。但是这导致工作 室持续强烈地压力空气加载，这对于压力空气消耗产生不利影响。

本发明的主要目的是提出措施，它们能够没有过多的额外压力空气 消耗地减少循环时间。

为了实现这个目的规定，所述控制阀机构作为其它工作位置具有给 定一个与节流横截面相比更大的通流横截面的强力位置，并且对于控制 阀机构附设操纵机构，它们在压力空气输入到工作室里面期间根据在至 少一个工作室中存在的空气压力控制连接在这个工作室上的控制阀机 构的转换，使得当且至少只要从动单元处于增加的运动阻力时，就从正 常占据的节省空气位置转换到强力位置。

通过这种方式使从动单元只要没有处于增加的运动阻力下在节省 空气模式中运动。由于在此作用的节流横截面使所连接的工作室充满度 限制到最小、并由此也限制空气消耗。但是一旦在从动单元上出现增加 的运动阻力，则使负责将压力馈入到相关工作室里面的控制阀机构根据 在气动驱动装置中产生的压力变化转换到强力位置并且能够以加大的 通流横截面实现更快的空气输入并由此快速提高所连接的工作室中的 压力。这导致加大调整力并且克服作用于从动单元的运动阻力。在运动 阻力减小后可以使控制阀机构可能再接回到节省空气位置。因此只从实 际上也需要提高的操纵压力的运行阶段或期间产生空气额外消耗。否则 使空气消耗保持在节流的正常水平。同时减小循环时间，因为在强力位 置中的充气时间远短于在现有技术中总是保持的节省空气位置中的充 气时间。

如果使所述气动驱动系统作为破碎硬皮系统在铝生产或加工时使 用，所述的优点已经证实是特别突出的。由于短的运行循环时间在这里 节省空气被证实是巨大的。同时在需要时只以短时间延迟提供提高的调 整力供使用，用于例如破碎铝硬皮或者用于去除粘附在从动单元上的、 凝固的铝材料。由于压力控制的操纵还得出优点，考虑要被克服的运动 阻力大小地变化地在负责目前工作运动的工作室中建立压力。因此能够 实现在强力阶段总是在气动驱动装置中馈入这样多的压力空气，它与克 服正在出现的运动阻力所需的压力空气一样多。

由从属权利要求给出本发明的有利改进方案。

尽管按照本发明的思想也能够在旋转或摆动驱动装置中使用，但是 其应用首先是在直线驱动装置中被证实是特别有利的。

所述至少一个直线驱动装置优选是具有活塞杆的气动驱动缸，它可 以作为硬皮破碎缸使用。但是使用不局限于硬皮破碎应用的范围。

尤其设计用于控制阀机构的操纵机构，使得它们根据连接在控制阀 机构上的工作室中存在的空气压力控制转换过程。在出现运动阻力时提 高这个空气压力并且引起从节省空气位置到强力位置的转换。

所述控制阀机构的工作位置以适宜的方式通过控制阀机构的控制 阀件的目前占据的位置给定。对这个控制阀件以适宜的方式在节省空气 位置的方向上接到在入口侧在控制阀机构上存在的输入压力上。在控制 阀机构的出口侧、即在所连接的工作室一侧上存在的输出压力向着强力 位置的方向地加载控制阀件。同时存在在这个方向上作用的弹性机构。 如果弹性机构的作用力以及由输出压力引起的调整力总体上大于由输 入压力引起的调整力，则转换到强力位置。如果弹性机构的调整力能够 变化地给定，则存在个性地调整转换阈值的可能性。

弹性机构以适宜的方式使控制阀机构在无压力状态占据强力位置。 如果(尤其通过前置的方向给定阀)接上运行压力，可以通过接入到截 取输出压力的加载通道里面的节流位置延迟地建立由输出压力引起的 调整力，由此使控制阀机构立刻占据节省空气位置。

如果控制阀机构具有第三工作位置，在该位置压力空气提供一个与 节流横截面相比更小的通流横截面供使用，则可以实现另一优点。这个 工作位置称为保持位置，因为它有效地使从动单元可靠地固定在其行程 终端位置上。控制阀机构的保持位置根据从动单元的位置变得有效，如 果从动单元接近行程终端位置或者已经达到这个位置。可以机械地、例 如根据与从动单元共同作用的顶杆形调整部件引起转换，但是也电的、 在使用适合的位置传感器的条件下转换。在保持位置在存在的减小的通 流横截面防止太剧烈地充满所连接的工作室同时补偿可能的泄漏损失， 由此使从动单元保持恒定并且不产生振动运动。被视为最佳的设计是， 使在保持位置释放的通流横截面具有一个程度，它在考虑存在的运行压 力的条件下给定一个流量，它至少基本对应于在气动驱动装置中产生的 泄漏。通过这种方式不提高或者只略微提高在所连接的工作室中的空气 充满度，尽管象在现有技术中所要求的那样不截止空气连接。

下面借助于附图详细解释本发明。唯一的附图(图1)以简化的气 路图示出气动驱动系统的优选实施例，它尤其、但是不仅仅适用于破碎 硬皮。

在其总体上以附图标记1表示的气动驱动系统包括至少一个气动驱 动装置2，该驱动装置以适宜的方式是一个直线驱动装置。对该驱动装 置附设一个用于控制其运行的、总体上以附图标记3表示的控制装置。

气动驱动装置2的类型原则上是任意的。例如可以是一个无活塞杆 的直线驱动装置。它例如由配备活塞杆4的气动缸构成。

该气动驱动装置2包括一个称为驱动外装置壳5的、具有一定长度 的外壳，一个可直线移动的从动活塞6位于其内部，该活塞与上述的活 塞杆4组成一个称为从动单元7的运动单元。这个从动单元7在进行或 者驶出的或者驶入的工作运动的8a，8b的情况下可相对于驱动装置外 壳5直线运动。

通过从动活塞6使驱动装置外壳5的内室分成后面的第一工作室12 和前面的、由活塞杆4透穿的第二工作室13。

第一工作室12与第一流体控制管道14连接，第二工作室13与第 二流体控制管道15连接。两个控制管道14，15与方向给定阀16同样 是控制装置3的组成部分，两个控制管道14，15通过控制管道的与气 动驱动装置2相反的端部连接在方向给定阀。

通过方向给定阀16可以控制两个工作室12，13的压力空气加载， 用于引起从动单元7的目前所期望的的工作运动8a，8b。方向给定阀 16可以根据其占据的工作位置或者使控制管道14或者使另一控制管道 15与压力空气源17连接，而它同时使相应另一控制管道15，14排气到 大气18。通过压力空气源17提供处于确定的运行压力下的压力空气供 使用。

所述方向给定阀例如是一个5/2换向阀。它通过弹性装置22预紧在 由图1所示的基本位置，在该位置第二控制管道15连接在压力空气源 17上并且使第一控制管道14排气。通过电或电磁的操纵装置23可以使 方向给定阀16转换到相反的工作位置。

所述方向给定阀11可以是一个直接操纵的阀门或者先导阀门。为 了实现所期望的功能也可以由多个功能上连接的单个阀门组成，例如由 两个3/2换向阀组成。

在优选的使用情况中气动驱动装置2设计成硬皮破碎缸。在此在位 于驱动装置外壳5外部的活塞杆4端部部位上设置一个冲击部件24，它 适用于打穿在铝熔液池或其它金属熔液池表面上存在的硬皮。在此气动 驱动装置2一般配备竖纵向且向下伸出的活塞杆4。对于驶入的从动单 元7(这个状态由图1给出)冲击部件24占据以间隔位于材料硬皮上方 的位置。为了打穿硬皮使从动单元7被驱动进行驶出的工作运动8a，其 中该工作运动以冲击部件24向前、在打穿可能存在的硬皮的条件下浸 入到铝熔液池里面。

在两个工作室12，13上连接相互独立工作的第一和第二控制阀机 构25，26。第一控制阀机构25连接在第一控制管道14的走向上，第二 控制阀机构26连接在第二控制管道15的走向上。它们能够补充方向给 定阀16地实现各自所连接的工作室12，13的以特殊方式控制的压力空 气加载。

所述控制阀机构25，26分别具有一个连接到方向给定阀16上的阀 门入口27和一个连接到要被控制的工作室12，13上的阀门出口28。

两个控制阀机构25，26可以在不同的工作位置之间转换。在此两 个控制阀机构25，26可以有选择地占据强力位置29、节省空气位置30 和保持位置31。示出一个运行状态，在该状态中第一控制阀机构25位 于强力位置而第二控制阀机构26位于节省空气位置。

以适宜的方式使两个控制阀机构25，26分别由控制阀构成，它具 有一个可选择地定位在三个位置中的一个位置中的控制阀件32，它在附 图中纯粹象征地表示。所述控制阀件32例如可以是一个活塞滑阀。

所有三个工作位置共同的是，它们释放方向给定阀16与所连接的 工作室12，13之间的压力空气连接。不同的仅仅是所释放的通流横截 面的大小。没有工作位置使空气通道完全截止。

在节省空气位置30上释放的通流横截面称为节流横截面。它比所 连接的各控制管道14，15的标称横截面更小并且起到节流通流的压力 空气的作用。当从动单元7可以无阻碍地运动时，因此在阀门出口28 上存在与馈入的运行压力相比更低的输出压力，它作为当前的工作压力 也在所连接的工作室12，13中存在。

在强力位置29上释放的通流横截面大于节流横截面。它尤其能够 实现无节流的空气通流并且以适宜地对应于控制管道14，15的标称横 截面。

最小的通流横截面在保持位置31供使用。这个横截面甚至还远小 于在节省空气位置30中有效的节流横截面，对此下面还要详细描述。

两个控制阀机构25，26附属有相互独立工作的第一或第二操纵机 构36，37。它们负责，对应的控制阀机构25，26是否占据强力位置29 或节省空气位置30。但是它们不能起到转换到保持位置31的作用。

第一和第二其它操纵机构38，39负责转换到保持位置31，操纵机 构38，39以适宜的方式纯粹根据从动单元7的直线位置而与纯粹取决 于压力工作的第一和第二操纵机构36，37不同地被激活或无效，其中 它们与第一和第二操纵机构36，37相比具有优先权。如果从动单元7 达到一个对于转换到保持位置31重要的位置，则不关注控制阀机构25， 26是否已经占据强力位置29或节省空气位置30地开始转换过程。

第一和第二操纵机构36，37根据在至少一个工作室中存在的空气 压力控制相应的控制阀机构25，26转换。该控制尤其以在目前以压力 空气馈入的工作室12，13中存在的压力为基础并且该压力目前与在阀 出口28上存在的输出压力一致。以适宜的方式这样形成敷设，在正常 情况下当从动单元7可以不受干扰地偏移时，出现节省空气位置并且由 此开始当从动单元7在其工作运动8a，8b处于增加的运动阻力时并由 此使目前以压力空气馈入的工作室12，13中存在的工作压力一直提高 到给定的转换阈值，则转换到强力位置29。

为了以特别简单的方式实现这个转换过程，对每个控制阀件32在 本实施例中附设两个相互间相反取向的第一和第二空气加载面42，43。 第一空气加载面42的加载导致在节省空气位置30方向上的调整力，第 二空气加载面43的加载导致在强力位置29方向上有效的调整力。

对第一空气加载面42通过第一加载通道44输送在阀入口27上存 在的输入压力。通过第二加载通道45使第二空气加载面43以在阀出口 28上存在的输出压力加载。附加地存在弹性机构46，它施加一个同样 在强力位置方向上作用的调整力到控制阀件32上。

以适宜的方式可以调节弹性机构46的调整力，这通过倾斜的箭头 象征性表示。

在第二加载通道45的走向中以适宜的方式接通一个节流位置47， 它起到在第二空气加载面43上延时地建立压力的作用。

如果首先不考虑保持位置31，则尤其能够实现气动驱动系统1在下 面解释的运行流程。

以尽可能远地驶入到驱动装置外壳5里面的从动单元7的基本位置 和无压力的系统开始解释。在这里两个控制阀机构25，26通过弹性机 构46的作用力保持在允许最大流量的强力位置29，如果不存在其它的 操纵机构38，39的话。

由此开始在接通压力空气源17时使方向给定阀16转换到未示出的 第二工作位置，由此对第一控制管道14输送处于运行压力下的压力空 气并同时使第二控制管道15排气。通过第一控制管道14流入的压力空 气通流位于强力位置的第一控制阀机构25并且在驶出的意义上加载从 动单元7，由此使从动单元被驱动到驶出的工作运动8a。在此由从动活 塞6从第二工作室13推出的压力空气通过由弹性机构46保持在同样能 够实现全流量的强力位置上的第二控制阀机构26和衔接在其上的方向 给定阀16进入大气18。因为在控制管道15中存在大气压力，因此第二 控制阀机构26的该工作位置在排气状态期间不受影响。

紧接着在空气馈入到第一控制管道14里面以后第一控制阀机构25 转换到节省空气位置30。这源于，目前在整个第一控制管道14里面存 在的运行压力尽管可以不受限制地加载第一空气加载面42，但是在第二 空气加载面43上由于中间连接节流位置47存在首先只微小的操纵压 力。这样形成敷设，使通过第一空气加载面42产生的、向节省空气位 置方向上作用的压力大于由在第二空气加载面43上存在的压力与弹性 机构46的调整力的总和。

在转换到节省空气位置30以后由于现在起作用的节流横截面，调 整一个与输入压力相比更低的输出压力，它也作用在所连接的第一工作 室12中并且在那里负责使从动单元7向前运行。

尽管现在在一定的时间过后在整个第二加载通道45中存在恒定的 操纵压力，第一控制阀机构25还保持在节省空气位置，因为这样选择 第一和第二操纵机构36，37的敷设，使上述的、最大对应于最大阀门 输出压力的操纵压力与弹性机构46一起可以施加最大的调整力，它位 于以阀门输入压力为基础的、相反的操纵力以下。

只要从动单元7不遇到阻碍，它现在以第一控制阀机构25的降低 的输出压力驶出，其中第一工作室12的充满度对应于低的输出压力同 样是相当微小的。

如果从动单元7不受干扰地达到其最大驶出的行程终端位置，通过 方向给定阀16的转换促使一个相反的运动过程，其中第二控制阀机构 26与前面的第一控制阀机构25一样动作并且第一控制阀机构25与前面 的第二控制阀机构26一样动作。

但是当从动单元7在一个或另一个工作运动8a，8b期间遇到增加 的运动阻力时，则运行特性变化。在驶出时这可能由于从动单元7通过 其冲击部件24碰到要被打穿的材料硬皮而引起。在驶入时这种阻力例 如可能由于来自熔液池的凝固的材料引起，它们沉积在活塞杆4的驶出 的端部段上。

在这种运行状态中在目前以压力空气加载的工作室12或13中存在 的工作压力提高。压力增加的速度取决于在节省空气位置释放的节流横 截面的横截面大小。

因为在加载的工作室12或13中升高的工作压力通过第二加载通道 45也作用于控制阀件32，向强力位置方向上作用的操纵力在某时超过 通过第一空气加载面42作用的相反的操纵力。对于转换时刻重要的转 换阈值能够通过相互协调两个空气加载面42，43的面积尺寸以及弹性 机构46的调整力施加影响和给定。

在典型的应用情况下运行压力是6bar，由该压力在节省空气位置得 到2bar的工作室压力，其中用于转换到强力位置的转换阈值对于工作室 压力约为2.5bar。

通过转换到强力位置对馈入的压力空气提供一个明显更大的通流 横截面供使用。因此在所连接的工作室12或13中存在的工作压力在短 时间内一直提高到最大在控制阀机构中馈入的运行压力，由此使从动单 元7以显著增加的流体调整力加载，由此使从动单元能克服运动阻力， 即，现在例如破碎材料硬皮。

一旦从动单元7又能够以更低的阻力运动，通常工作室压力由于系 统动态性再下降，由此在控制阀件32上重新建立有助于转换到节省空 气位置的合成的操纵力并且开始相应接回到节省空气位置30。

既使控制阀机构25，26在转换到强力位置以后在继续工作运动期 间由于系统的动态特性不再可以接回到节省空气位置，但是保留明显的 空气消耗优点，因为对于单个工作运动总是只有当出现增加运动阻力时 才转换到强力位置。在许多情况下不是这样，因此能够在充分利用节省 空气功能的情况下实现运行。

更加有利的是，控制阀机构25，26能够实现上述的到保持位置31 的附加转换性。

与此相关这样设计其它操纵机构38，39，使得它们将目前将压力空 气馈入到工作室12或13中的控制阀机构25或26进入能够明显减少流 量的保持位置，如果从动单元7达到行程终端位置或者紧靠行程终端位 置之前的位置。通过这个与位置有关的转换保证，在行程终端位置上当 从动单元7不能再继续运动时压力空气以继续减小的流量流入到所连接 的工作室12或13里面，只要方向给定阀16不转换。

通过持续地保证空气加载与完全截止相比可以实现大的优点，在系 统中产生的泄漏被补偿并且使在被加载的工作室中存在的空气压力一 般绝不下降到允许从动单元7相对于驱动装置外壳5相对运动的阈值以 下。

当涉及可靠地固定驶入的且因此被向上移动的从动单元7并且也防 止即使很小的下降时，这一点尤其在作为硬皮破碎缸使用时是重要的。

以适宜的方式这样选择控制阀机构25，26的在保持位置31上被释 放的通流横截面，从而关于存在的运行压力，使允许的流量至少基本对 应于在气动驱动装置2中产生的泄漏。最好使允许的流量至少等于或略 大于例如在从动活塞6与驱动装置外壳5之间产生的泄漏流量。

为了检测从动单元7的那个轴向位置，在该位置要将控制阀机构 25，26转换到保持位置31，使其它操纵机构38，39配备适合的响应机 构48，49。这些响应机构48，49以适宜的方式位于驱动装置外壳5上， 其中它们在本实施例中设计成用于产生纯机械的控制阀机构25，26的 转换。

为了机械激活，它们以适宜的方式分别包括至少一个顶杆形调整部 件48a，49a。它这样伸进从动单元7的行程里面，使它通过从动单元在 达到所期望的转换位置时被加载并偏移。

适宜地响应机构48，49是控制阀机构25，26的直接组成部分。这 一点能够以特别有利的方式，使控制阀机构25，26直接装配到驱动装 置外壳5上，如同在图1中虚线表示的那样。出于更加清晰的原因控制 阀机构25，26在图1中与驱动装置外壳5分开地示出并且分别通过双 重给出的附图标记48，49表示，哪些响应机构48，49属于哪些控制阀 机构25，26。

纯机械转换的优点是，可以省去电结构。尽管如此可以轻易地使无 接触地响应从动单元7的要被检测的位置的传感器作为响应机构48， 49，它们激活时输出电传感器信号，借助于它们接着使控制阀机构25， 26电转换到保持位置31。

在此要提及，原则上也可以通过电信号引起在强力位置29与节省 空气位置30之间的转换，如果通过压力开关或压力传感器获得重要的 压力参数的话。

与其它操纵机构38，39相结合也在起动上述运行过程时如下产生 变化，使从动单元7开始时短时间地以降低的速度运动，因为附属于连 接在排气部上的工作室的控制阀机构通过其它操纵机构保持在保持位 置31，直到从动单元离开响应机构48，49的响应范围。

只要从动单元7位于响应机构48或49的响应范围里面，从属的控 制阀机构25，26就不考虑在工作室12，13中存在的工作压力地占据保 持位置31。在这里工作位置与位置有关地由从动单元7的位置给定。只 有在这个响应范围以外控制阀机构25，26的工作位置才与压力有关地 在节省空气位置30与强力位置29之间被控制。

如同已经表明的那样，至少所述两个控制阀机构25，26可以由具 有气动驱动装置2的结构单元构成。方向给定阀16也可以是这个结构 单元的组成部分。

气动的驱动系统1可以包括多于所述只一个的气动驱动装置2，其 中每个气动驱动装置2以适宜的方式附设自身的第一和第二控制阀机构 25，26。而方向给定阀16原则上可以用于同时触发多个并联的气动驱 动装置2。

与所示实施例不同也可以使附属于一个气动驱动装置2的控制阀机 构25，26只单一地存在。根据在哪个行程方向上致力于与此相关的功 能，它们可以以适宜的方式或者接入第一控制管道14或者接入第二控 制管道15。