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Steuerung für die Antriebsmittel und sonstigen Organe hydraulisch betriebener Arbeitsmasehinen, wie Pressen u. dgl.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern der Antriebsmittel und sonstigen Organe hydraulisch betriebener Arbeitsmaschinen und erstreckt sieh sowohl auf Anlagen, bei welchen die Kraftentnahme aus einem druckluftbelasteten Akkumulator erfolgt, als auch auf solche Anlagen, deren Flüssigkeitspumpe als direkte Kraftquelle ohne Zwischenschaltung eines Akkumulators wirkt. Zweck der Erfindung ist die Erreichung eines Höehstdruekes von stets gleichbleibender Grössenordnung durch
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durch die Anwendung der Erfindung bei zu hydraulischen Anlagen gehörigen Aggregaten-wie z. B.
Druckminderern und Sicherheitsventilen-bestehende Nachteile behoben und darüber hinaus wesent- liche Verbesserungen geschaffen werden.
Die seither bekannten Akkumulator-und Pumpensteuerungen, die zumeist elektrisch unter Anwendung von Einzelteilen verschiedenster Bauart betätigt werden, befriedigen deshalb nicht, weil man stets auf Stromart und Spannung des Aufstellungsortes Bedacht nehmen muss, wodurch eine Lagerhaltung erschwert wird. Besonders aber sind die empfindlichen elektrischen Instrumente dem rauhen Betrieb hydraulischer Anlagen nicht gewachsen, so dass häufig Sicherungen oder Spulen durchbrennen, Kontaktklemmen sieh lösen, Isolierungen beschädigt werden und sonstige Störungen auftreten, durch welche sofort die Gesamtanlage stillgesetzt wird. Es widerspricht auch dem technischen Empfinden, eine ganze Fabrik von einem kleinen Kontaktstift od. dgl. abhängig zu machen.
Es wurdenwohl schon mehrfach hydraulische Einrichtungen gebaut, bei denen ein vom Flüssigkeitsdruck belasteter Kolben teils unmittelbar mechanisch, teils unter Zwisehensehaltungweiterer hydraulischer Elemente zur Steuerung ganzer Anlagen oder der Einzelsicherungen an derartigen Anlagen verwendet wurde. Die Abdichtung solcher Kolben nach aussen war aber stets sehr schwierig zu erreichen und brachte durch grosse Reibung Ungenauigkeiten in der Wirkungsweise mit sich. Überdies war damit etwa bei reinem Pumpenbetrieb ohne Zwischenschalten eines Akkumulators nur ein stossweises Arbeiten möglich.
Bekannt sind auch vom Druck beeinflusste Steuerungen, bei denen gewichtsbelastete Kolbenschieber die Pumpenförderung und gegebenenfalls das Sicherheitsabschlussventil beim höchsten bzw. tiefsten Flüssigkeitsstand auf hydraulischem Wege beeinflussen. Bei diesen Steuerungen ergeben sich wegen der nach aussen notwendigen Abdichtungen Reibungsungenauigkeiten, die schon deshalb gross sind, weil man den Kolbenquerschnitt im Verhältnis zum Kolbenumfang klein halten muss, um keine allzu grossen Gewichtsmassen zu erhalten. Ferner ist eine stufenlose Druckveränderung unmöglich, und der Steuerkolben wird bald undicht. Die Erfahrung hat auch gezeigt, dass man mit eingeschliffenen Schiebern bei solchen Steuerungen nur bis etwa 150 Atm. gehen kann.
Die sich aus den notwendigen Aussenabdichtungen ergebenden Nachteile sind auch bei Druckminderer und Sicherheitsventilen zu verzeichnen. Sind diese durch Federn belastet, so ergeben sich beim Erlahmen derselben Ungenauigkeiten. Nachteilig sowohl für feder-als auch für gewichtsbelastete Aggregate ist die Massenträgheit der Belastungsteile, die insbesondere bei selten ansprechenden Sicherheitsventilen zu Betriebsstörungen führen, zum mindesten aber stossartigen Druckwechsel zur Folge haben kann.
Zur Lösung der Erfindungsaufgabe ist die Anordnung von Steuerkolben vorgesehen, die einerseits von einem gleichbleibenden Druck, z. B. vom luftbelasteten Flüssigkeitsdruck einer Steuerflasche, anderseits von dem in der Verbrauchsleitung jeweils herrschenden veränderlichen
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Flüssigkeitsdruck belastet und dadurch im Augenblick ihrer Bewegung im wesentlichen entlastet sind. Zur Beeinflussung der Pumpenförderung wirkt ein Steuerkolben unmittelbar-oder auf hydraulischem Wege über eine Vorsteuerung-auf ein an sich bekanntes Umlaufventil bzw. die
Saugventile der Pumpe oder setzt den Pumpenmotor still.
Wenn die Entnahme der Arbeitsflüssigkeit über einen druckluftbelasteten Akkumulator erfolgt. wirkt ein zweiter Steuerkolben unmittelbar-oder auf hydraulischem Wege über eine Vorsteuerung-auf das an sich bekannte Sicherheitsventil des Akkumu- lators ein, welches beim tiefsten Flüssigkeitsspiegel den Austritt von Pressluft in das Rohrnetz verhindert.
Die stufenlose Regelung des Steuerdruckes und damit auch des jeweiligen Arbeitsdrucks kann durch kleine, den Steuerflasehen zugeordnete Ablassventile und Ladeventile erfolgen, wobei die Drucksteigerung zweckmässig vom Antriebsmittel aus erfolgt. Der von dem Druckunterschied abhängige zeitliche Zwischen- raum zwischen dem Aussetzen und dem Einsetzen der Pumpenförderung ist dadurch einstellbar, dass das Luftvolumen in den Steuerflaschen durch Hochtreiben bzw. Entzug von Flüssigkeit vergrössert oder verkleinert wird, wodurch die Pumpe erst nach einer grösseren bzw. geringeren Entnahme von Flüssig- keit aus dem Akkumulator wieder zu fördern beginnt.
Neben der Anwendung der den elektrischen Steuerungen anhaftenden Nachteile haben der Er- findung entsprechende Steuerungen noch den Vorteil, dass fast gar keine Abdichtungen nach aussen vor- handen sind, infolgedessen entsteht kaum ein Verschleiss ; es treten weiterhin keine Leckverluste, keine
Reibungen und somit auch keine Ungenauigkeiten auf.
Durch die von beiden Seiten wirkende Druckbelastung - also nahezu vollständige Entlastung- können die Steuerkolben im Querschnitt so gross gehalten werden, dass jede beliebige Kraft verfügbar ist.
Aus dem gleichen Grunde halten die Steuerkolben dicht und haben eine lange Lebensdauer. Anlagen, die mit den neuen Steuerkolben ausgerüstet sind, können für beliebig hohe Drücke verwendet werden. und es lassen sich bei zweckentsprechender Anordnung eine Anzahl von hydraulischen Zwischenorganen und Rohrleitungen einsparen, wodurch die Gesamtanlage vereinfacht und verbilligt wird. Bei der An- wendung der Erfindung auf Druckminderer und Sicherheitsventile ist es vor allem auch von Vorteil, dass man an der Steuerflasehe jederzeit den Druck mit Hilfe eines Manometers ablesen kann.
Als schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen in der Zeichnung Fig. 1 die Anordnung von Steuerkolben bei einer Anlage, bei welcher die Entnahme der Druckflüssigkeit aus einem druckluftbelasteten Akkumulator erfolgt, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Flüssigkeitspumpe als direkte Kraftquelle ohne Zwischenschaltung eines Akkumulators wirkt. Fig. 3 die Anwendung eines Steuerkolbens bei einem Druckminderer und Fig. 4 die Anwendung eines Steuerkolbens bei einem
Sicherheitsventil.
Der Akkumulator 1 und die Steuerflaschen 2 und. 3 werden mit der den gewünschten Druckverhältnissen entsprechenden Menge Luft und Flüssigkeit gefüllt und die Ventile 4, 5, 6 und 7 werden geschlossen. Das dem Akkumulator 1 zugeordnete Ventil 8 ist normalerweise geöffnet und wird nur nach Bedarf abgesperrt, um Instandsetzungen an sämtlichen Organen vornehmen zu können. Von der Druckleitung 9 werden die Arbeitsmaschinen-z. B. Pressen-gespeist und die Druekflüssigkeit wird durch den Pumpenkolben 10 unter Anheben des Ventilkegels 11 über die Rohrleitung 12 aus dem Flüssigkeitsbehälter 13 angesaugt und beim Druekhub unter Anheben des Ventilkegels 14 in die Rohrleitung 9 gefördert, in welcher das Steuerkolbengehäuse 15 des auf den Ventilkegel 16 wirkenden Steuerkolbens 17 eingeordnet ist.
Mit dem Innenraum des Steuergehäuses 15 oberhalb des Steuerkolbens ist unter Zwischenschaltung des Absperrventils 8 der Akkumulator 1 verbunden, während von dem unterhalb des Steuerkolbens befindlichen Innenraum aus durch eine Rohrleitung 18 die Verbindung mit der Steuerflasche 3 hergestellt ist. Ein auf den Ventilkegel H wirkender zweiter Steuerkolben 19 bewegt sich in dem mit der Pumpe verbundenen oder an diese anschliessenden Gehäuse 20. In diesem Falle ist der oberhalb des Steuerkolbens befindliehe Raum durch eine Rohrleitung 21 mit der Steuerflasche 2 verbunden, während eine Rohrleitung 22 den unterhalb des Steuerkolbens befindlichen Raum an die Entnahmeleitung 9 anschliesst.
Der beständige Druck in der Steuerflasche 2 entspricht dem Druck im Akkumulator 1 bei dessen höchstem Flüssigkeitsstand, während der beständige Druck in der Steuerflasche 3 dem Druck im Akkumulator bei dessen tiefstem Flüssigkeitsstand gleichkommt. Die Drücke sind stufenlos regelbar, u. zw. aufwärts durch die Ladeventile 5 bzw. 7 und abwärts durch die Ablassventile 4 bzw. 6. Wenn der höchste Flüssigkeitsspiegel erreicht wird, so bewegt sich der Steuerkolben 19 nach oben und öffnet den Ventilkegel H, so dass die Pumpe leerläuft. Beim Erreichen des tiefsten Flüssigkeitsspiegels bewegt sich der Steuerkolben 17 nach oben und schliesst die Verbindung zum Akkumulator 1 ab, so dass aus diesem keine weitere Flüssigkeitsentnahme erfolgt und infolgedessen jeder Luftaustritt ins Flüssigkeitsnetz vermieden wird.
Die Anlage nach Fig. 2 arbeitet ohne Zwischenschaltung eines Akkumulators. Die Steuerflasche 23 ist durch die Rohrleitung 24 mit dem unter dem Steuerkolben 25 befindlichen Raum des Steuerkolben- gehäuses 26 verbunden. Der oberhalb des Steuerkolbens befindliche Innenraum des Steuerkolbengehäuses steht einerseits mit der beispielsweise zu einer Presse führenden Entnahmeleitung 27 und anderseits mit einer Rohrleitung 28 in Verbindung, in welche ein Rückschlagventil 29 eingebaut ist. Die Rohrleitung 28 mündet ebenso wie die von der Pumpe 30 kommende Druekwasserleitung 31 in dem Ventil-
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gehäuse 32.
Der Steuerkolben 25 wirkt federnd über ein Gestänge 33 auf den Ventilkegel 34 ein, u. zw. in der Weise, dass bei Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens das Ventil geschlossen wird. Der Druck in der Steuerflasche 23 entspricht dem normalen Arbeitsdruck in der Entnahmeleitung 27. Da die Pumpenförderung immer den durchschnittlichen Verbrauch übertrifft, wird sich bis zur Angleichung an den Verbrauchsdruck der Steuerkolben 25 nach unten bewegen und dadurch über das Gestänge 33 den Ventilsitz des Ventilkegels 34 freilegen, so dass die Mehrförderung im Umlauf zur Pumpe zurückgeführt wird.
Selbstverständlich kann auch bei dieser Anlage an Stelle des Umlaufventils direkt das Saugventil der Pumpe angehoben werden.
Der in Fig. 3 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Druckminderer besteht aus einer druckluftbelasteten Steuerflasche 35 und einem Steuergehäuse 36, in welchem sich der gegen den Ventilkegel 37 wirkende Steuerkolben 38 bewegt. Oberhalb des Ventilkegels 37 mündet die von der Kraftquelle kommende Flüssigkeitsleitung 39 in das Steuergehäuse ein. Eine Rohrleitung 40 verbindet über ein Reparaturventil41 die Steuerflasche mit dem unter dem Steuerkolben befindlichen Raum des Steuergehäuses. Von der Flüssigkeitsleitung 39 aus führt eine weitere Rohrleitung 42 in die Rohrleitung 40.
Durch Öffnen des in der Rohrleitung 42 angeordneten Ventils 43 kann eine Drucksteigerung in der Steuerflasche 35 bewirkt werden, während eine Druckverminderung durch Öffnen des Ventils 44 erreichbar ist. Von dem oberhalb des Steuerkolbens 38 befindlichen Raum des Steuergehäuses aus führt eine Rohrleitung 45 zu der Arbeitsmaschine, beispielsweise zu einer Presse. Der Steuerkolben 38, dessen Unterseite unter dem beständigen Druck der Steuerflasche 35 steht, öffnet den Ventilkegel 37 so lange, bis der gleiche Druck, der aber geringer ist als der Flüssigkeitsdruck in der Zuleitung 39, auf die Oberseite des Steuerkolbens wirkt. In diesem Augenblick schliesst der Ventilkegel 37 automatisch die weitere Flüssigkeitszufuhr ab.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Sicherheit- ventils ist die Verbrauchsleitung durch eine Rohrleitung 46 mit dem Steuergehäuse 47 verbunden. Eine
Zweigleitung 48 verbindet die Flüssigkeitsleitung 46 mit dem unter dem Steuerkolben 49 befindlichen
Raum des Steuergehäuses. Eine weitere Zweigleitung 50 verbindet die Steuerflasche 51 über ein Reparatur- ventil 52 und ein Ladeventil JJ mit der Flüssigkeitsleitung 46 und durch einen Stutzen 54 mit dem ober- halb des Steuerkolbens 49 befindlichen Raum des Steuergehäuses.
Das an der Steuerflasche 51 angebrachte
Ventil 55 dient für das Auslassen von Flüssigkeit zum Zwecke einer etwa gewünschten Druckverminderung.
Die Spindel des Steuerkolbens 49 wirkt auf einen Ventilkegel 56, und von dem unter diesem Ventilkegel befindlichen Raum aus führt eine Rohrleitung 57 ins Freie. Die Steuerflasche 51 ist auf den Druck abgestimmt, der in der zur Arbeitsmaschine führenden Rohrleitung gewünscht wird. Bei einer darüber hinausgehenden Erhöhung des Druckes im Pressennetz bewegt die über die Rohrleitungen 46 und 48 in den Raum unterhalb des Steuerkolbens gelangende Flüssigkeit den Steuerkolben aufwärts. Hiedurch öffnet sich der Ventilkegel 56, und durch den Ablauf einer gewissen Flüssigkeitsmenge ins Freie wird im Pressennetz der normale Flüssigkeitsdruck wiederhergestellt, worauf sich das Ventil wieder schliesst.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Steuerung für die Antriebsmittel und sonstigen Organe hydraulisch betriebener Arbeitsmaschinen, wie Pressen u. dgl., gekennzeichnet durch die Anordnung von einfachen doppelseitig beaufschlagen Steuerkolben (17, 19, 25, 38, 49), die einerseits von einem gleichbleibenden Flüssigkeitsdruck z. B. vom mit Hilfe einer Druckluftsteuerflasehe (2, 3,23, JJ, 5 erzeugten Flüssigkeitsdruck und anderseits von dem in der Verbrauchsleitung (9, 27, 45, 46) jeweils herrschenden Flüssigkeitsdruck belastet werden, so dass sie im Augenblick der Bewegung im wesentlichen entlastet sind.