Kolbensteuerventil zur mindestens teilweise stufenlosen Änderung der Geschwindigkeit in einem Druckmediumantrieb Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein. Kolben steuerventil zur mindestens teilweise stufenlosen Än derung der Geschwindigkeit in einem Druckmedium antrieb. Seine Anwendungsmöglichkeit ist mannig- fachster Art. Es kann z. B. in Werkzeugmaschinen gebraucht werden, wenn es sich darum handelt, dem hydraulisch angetriebenen Werkzeugschlitten eine stu fenlos sich verringernde oder steigende Geschwindig keit zu erteilen. Es ist z. B. weiter geeignet in Brems einrichtungen, wo ruckweises Anfahren oder Anhalten von Transportmitteln vermieden werden soll.
Die Erfindung verfolgt das Ziel, für solche und ähnliche Zwecke ein möglichst einfaches und be triebssicheres Kolbensteuerventil zu schaffen. Das erfindungsgemässe Ventil ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben mit dem festen Ventilteil einen den Eintritt für das Druckmedium, wie z. B. Öl oder Luft, mit dessen Austritt verbindenden Durchlass sol cher Art bildet, dass bei der Steuerbewegung des Kol bens die in den Austritt mündende Lichtweite des Durchlasses sich allmählich ändert.
Beiliegende Zeichnung zeigt einige beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Kolben steuerventils. Darin ist Fig. 1 ein Axialschnitt durch den Zylinder des ersten Beispiels.
Fig. 2 ist in grösserem Massstab ein Längsschnitt durch den Kolben des Ventils gemäss Fig. 1.
Fig. 3 und 4 zeigen je den gleichen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 bei zwei verschiedenen Steuerstellungen des Axialkolbens.
Fig. 5 veranschaulicht in Ansicht den Kolben der zweiten Ausführungsform, und Fig. 6 ist ein Axialschnitt durch den Zylinder des dritten Beispiels. Fig. 7 zeigt, teilweise .im Schnitt, die Anordnung verstellbarer Anschläge zur Begrenzung der Steuer bewegung des Ventilkolbens.
Fig. 8 ist ein Axialschnitt durch eine weitere Aus führungsform mit Axialkolben.
Fig. 9 ist ein Axialschnitt durch ein Beispiel mit Drehkolben, und Fig. 10 ist eine Draufsicht auf den Drehkolben der Fig. 9.
Fig. 11 zeigt im Axialschnitt eine weitere Aus führungsform mit Drehkolben, und Fig. 12 veranschaulicht in der Abwicklung die Zusammenarbeit des Drehkolbens der Fig. 11 mit der Austrittsöffnung des Ventils.
Das Kolbensteuerventil gemäss Fig. 1 bis 4 hat einen Zylinder 1, dessen Bohrung 2 über ihre ganze Länge gleichen Durchmesser aufweist. Das Drucköl oder ein anderes Druckmedium, z. B. Druckluft, das zum Antrieb eines Maschinenteiles, z. B. des Arbeits kolbens eines Werkzeugmaschinenschlittens dienen soll, gelangt durch den Eintritt 3 in die Zylinderboh rung 2 und verlässt diese durch den Austritt 4, wel cher mit dem nicht dargestellten Arbeitszylinder ver bunden ist. In der Zylinderbohrung 2 läuft der Kol ben 5 des Steuerventils. Dieser Kolben hat einen Teil 6 kleineren Durchmessers als der übrige Kolbenteil. In die Mantelfläche des Teiles 7 des Kolbens ist ein Durchlass in Form einer längs einer Kolbenmantel linie verlaufenden Nut 8 eingearbeitet.
Diese Nut 8 hat an ihrer Verbindungsstelle mit dem den Teil 6 umgebenden Ringraum 9, in welchen der Eintritt 3 einmündet, den grössten Querschnitt und nimmt dann allmählich ab, bis der Querschnitt bei 10 den Wert 0 erreicht. Die Nut 8 ist also keilförmig, das heisst hat einen kontinuierlich von rechts nach .links (Fig. 1) ab nehmenden Querschnitt. Ihr Querschnitt könnte aber je nach dem Verwendungszweck abwechselnd längs der Nutlänge allmählich zu- oder abnehmen.. Die Zy linderbohrung 2 ist an ihren beiden Enden durch Schraubstopfen 11 abgeschlossen. In diesen Stop fen sind mittels Handrad 60 drehbare An schlagbolzen 61 zur verstellbaren Begrenzung des Weges des Kolbens 5 eingeschraubt.
Der Steuerkolben 5 ist ein Axialkolben, also ein sol cher mit hin und her gehender geradliniger Bewegung, und wird im vorliegenden Beispiel durch ein Druck medium, z. B. Drucköl, verstellt. Zu diesem Zwecke münden in den Raum links vom Kolben 5 (Fig. 1) eine Druckölleitung 12 und in den Raum rechts vom Kolben 5 eine Druckölleitung 13. Das den Steuer kolben 5 bewegende Druckmedium kann dem gleichen hydraulischen Steuersystem entnommen werden wie das den Arbeitskolben bewegende Drucköl, dessen Durchflussmenge zur Änderung der Geschwindigkeit des Arbeitskolbens auf unten beschriebene Weise all mählich, und zwar, im vorliegenden Falle, stetig ge ändert werden soll.
Das oben beschriebene Steuerventil arbeitet z. B. folgendermassen: Es sei die Aufgabe gestellt, gewölbte Uhrzifferblätter auf einer Werkzeugmaschine so zu bearbeiten, dass die Geschwindigkeit des radial von der Mitte des Zifferblattes nach dessen Rand sich bewegenden Werkzeuges von innen nach aussen all mählich von einem Höchstwert auf einen vorgeschrie benen Mindestwert abnimmt. Es sei weiter angenom men, der Steuerkolben 5 liege, anders als in Fig. 1 dargestellt, am linken Anschlagbolzen 61 an, und der rechte Anschlagbolzen 61 sei so eingestellt, dass der Kolben 5 bei seinem Rechtshub an diesen Anschlag in dem Moment anstösst, wo die vorgeschriebene Mini malgeschwindigkeit des Werkzeuges erreicht ist.
In dieser Ausgangsstellung, die in Fig. 4 dargestellt ist, liegt der grösste, für diesen Fall in Frage kommende Querschnitt 14 der Nut 8 im Bereiche der mit dem Austritt verbundenen Ringnut 15 des Zylinders 1. Gibt man nun durch Hand- oder automatische Steue rung Drucköl durch den Eintritt 3 in den Ringraum 9, so tritt die vorgeschriebene maximale Druckölmenge aus dem Raume 9 durch die Nut 8 in den Ringraum 15, weil die grösste vorgeschriebene Lichtweite der Nut 8 im Bereiche des Ringraumes 15 liegt. Der Arbeits kolben der Werkzeugmaschine beginnt also mit maxi maler Geschwindigkeit seinen Arbeitshub.
Es wird auch Drucköl durch Hand- oder automatische Steue rung durch die Leitung 12 in den Raum links vom Kolben 5 eingelassen und dieses bewegt letztern, bei spielsweise mit gleichförmiger Geschwindigkeit, nach rechts in Fig. 1, während das Öl im Raume rechts vom Kolben 5 durch die Leitung 13 abfliesst. Bei dieser Rechtsbewegung des Steuerkolbens 5 verrin gert sich die jeweils im Bereiche der Ringnut 15 lie gende Lichtweite des Querschnittes des keilförmigen Durchlasses 8 kontinuierlich und lässt immer weniger Öl durch den Austritt 4 zum Arbeitskolben gelangen.
die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens verringert sich somit ebenfalls kontinuierlich, bis der Kolben 5 an den rechten Bolzen 51 anschlägt, worauf die mini male Geschwindigkeit des Arbeitskolbens bis zu des sen Stillstand durch Anschlag oder Unterbruch der Öllieferung aus dem Ventil erhalten bleibt. Hierauf bewegt man den Steuerkolben 5 zurück nach links in die Ausgangslage, indem durch Hand- oder auto matische Steuerung Drucköl durch die Leitung 13 ein- und durch die Leitung 12 ausgelassen wird.
Für den Fall, dass man für irgendwelchen Arbeitsvorgang die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens von einem minimalen Anfangswert allmählich auf einen maxi malen Endwert steigern will, geht man entweder um gekehrt vor, indem man den Kolben 5 in der An fangslage am rechten Bolzen 51 anschlagen lässt und die oben beschriebenen Druckölsteuerungen in um gekehrter Richtung vornimmt, oder indem man den Kolben 5 herausnimmt und, um 180 gedreht, wieder in die Bohrung 2 zurückbringt, so dass sich die keil förmige Nut 8, in Fig. 1 gesehen, von links nach rechts verengt.
Das Beispiel der Fig. 5 zeigt eine Nut 8, die längs einer Schraubenlinie auf dem Kolbenmantel verläuft. Auch der Kolben 5 dieses Beispiels ist ein sich axial verschiebender Kolben. Die schraubenlinienförmige Form der Keilnut 8 hat den Vorteil, dass man bei gleicher Differenz zwischen Maximal- und Minimal geschwindigkeit des Arbeitskolbens oder eines an deren Maschinenteiles mit einer geringeren Länge des Kolbens 5 auskommt als mit einer gerade verlau fenden Nut. Alles andere ist gleich wie in Fig. 1.
In Fig. 6 tritt anstelle der keilförmigen Nut der vorangehenden Beispiele ein konischer Teil 16 des Steuerkolbens 5. Alles andere kann gleich sein wie im ersten Beispiel. Bewegt sich in Fig. 6 der Kolben 5 von seiner linken Endlage in die rechte Endlage, so verringert sich die jeweils im Bereiche der Ringnut 15 liegende Lichtweite. des Querschnittes des zwischen der Wandung des Zylinders 1 und dem konischen Kolbenteil 16 befindlichen Ringraumes allmählich auf den vorgeschriebenen Endwert.
Im Beispiel der Fig. 1 befindet sich an den Enden des Weges des Kolbens 5 je nur ein Anschlagbolzen 61, der von Hand verstellt wird. Es wäre möglich, diesen Anschlagbolzen automatisch verstellbar zu machen. Im Beispiel der Fig. 7 tritt anstelle eines ein zigen Anschlagbolzens ein drehbarer, mit Handgriff versehener Revolver 17, der mehrere Anschlagbolzen 61 verschiedener Länge trägt. Dieser Revolver 17 sitzt auf einer Welle 18, die über ein Kegelradgetriebe 19, 20, 21 auf nicht dargestellte Weise entweder von Hand oder automatisch gedreht werden kann, um den jeweils gewünschten Anschlagbolzen 61 in die Achse der Stange 22 des Kolbens 5 zu bringen. In Fig. 7 sind nur auf der einen Zylinderseite Anschlagbolzen vorgesehen.
Dies trifft z. B. auch zu für die Ausfüh rungsform gemäss Fig. B.
In der Ausführungsform der Fig. 8 sind anstelle von vier Leitungsanschlüssen nur drei solche An schlüsse 23, 24 und 25 am Zylinder 1 vorgesehen. Das rechte Ende der Zylinderbohrung 2 ist durch einen Gewindestopfen 26 verschlossen, während die Kolbenstange 22 am andern Zylinderende durch eine Stopfbüchse 27 hindurchgeht. Der Kolben 5 hat ausser der keilförmigen, auf einer Mantellinie des Kolbens 5 verlaufenden Durchlassnut 8 eine zentrale Bohrung 28, die am linken Ende durch Radialboh rungen 29 mit der Zylinderbohrung 2 und am rech ten Ende durch eine Radilbohrung 30 mit dem gröss ten Querschnitt der Keilnut 8 in Verbindung steht. Die zentrale Bohrung 28 ist rechts durch einen Ge windestopfen 31 abgeschlossen.
Die Arbeitsweise der Ausführung gemäss Fig. 8 entspricht im wesentlichen derjenigen der vorangehenden Beispiele, mit dem Unterschied, dass das durch den Anschluss 23 ein tretende Drucköl nicht nur dem Antrieb eines Arbeitskolbens oder eines andern Maschinenteiles, sondern auch der Verstellung des Steuerkolbens 5 des Ventils dient. Dazu wirkt das bei 23 eintretende Öl zum Teil auf die linke Stirnfläche des Steuerkolbens 5 und tritt zum andern Teil durch die Radialbohrun gen 29, die zentrale Bohrung 28 und die Radialboh rung 30 in die keilförmige Durchlassnut 8 und von dieser in die Ringnut 15 und weiter in den zum Arbeitszylinder führenden Auslass 24.
Bei einer Bewegung des Steuerkolbens 5 von links nach rechts verringert sich die jeweils im Bereiche der Ringunt 15 liegende Lichtweite der keilförmigen Nut 8 in ana loger Weise wie in den vorangehenden Beispielen. Zur Rückführung des Steuerkolbens 5 lässt man Drucköl durch den Anschluss 25 ein- und durch den Anschluss 23 austreten. Will man umgekehrt die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens von einer an fänglichen Minimalgeschwindigkeit allmählich bis zu einer maximalen Endgeschwindigkeit beschleunigen, so gibt man durch den Anschluss 25 einen Druck, dessen Wirkung diejenige des durch den Anschluss 23 gegebenen Druckes überwiegt, so dass der Kolben von rechts nach links bewegt wird, wobei sich die Ge schwindigkeit des Arbeitskolbens erhöht.
Die bisherigen Beispiele beziehen sich auf Axial kolben, also auf geradlinig hin und her gehende Kol ben. Fig. 9 zeigt nun ein Beispiel, wo das Steuerven til einen Drehkolben hat. Dieser Drehkolben bildet eine Scheibe 32, die am Ende der drehbaren Kolben stange 33 sitzt. Der Drehkolben kann mechanisch oder durch ein Druckmedium durch Hand- oder automatische Steuerung gedreht werden. Die obere Stirnfläche des Drehkolbens 32 legt sich an eine Scheibe 34, die im Zylinder 35 durch einen in eine Kerbe 36 eingreifenden Stift 37 gegen Drehung ge sichert ist. Diese Scheibe 34 hat eine Bohrung 38, durch welche das Druckmedium in den Zylinderraum 39 und von diesem in den zum nicht dargestellten Arbeitskolben führenden Auslass 40 gelangt.
Wie Fig. 10 veranschaulicht, hat die an der Scheibe 34 anliegende Stirnfläche des Drehkolbens 32 eine längs einem Kreisbogen verlaufende Nut 41, deren Quer schnitt vom Ausgangspunkt allmählich bis zum End punkt abnimmt. Am Ausgangspunkt steht die Nut 41 mit einer durchgehenden Bohrung 42 des Drehkol- bens 32 in Verbindung. Das dem Arbeitskolben zu zuführende Druckmedium gelangt durch eine Leitung 43 in den unter dem Drehkolben 32 liegenden Teil des Zylinderraumes 39, von wo es durch die Bohrung 42 und durch den durch die Nut 41 und die Scheibe 34 gebildeten Kanal zur Bohrung 38 gelangen kann.
Will man dem Arbeitskolben eine sich allmählich ver ringernde Ölmenge zuführen, so bringt man zuerst diejenige Lichtweite des Querschnittes der Nut 41 in den Bereich der Bohrung 38, die der gewünschten maximalen Ölmenge entspricht. Hierauf dreht man den Kolben 32, beispielsweise mit gleichförmiger Geschwindigkeit, im Uhrzeigersinn der Fig. 10 so weit, bis die der minimalen Ölmenge entsprechende Lichtweite des Querschnittes der Nut 41 im Bereiche der Bohrung 38 liegt. Will man für einen bestimmten Arbeitsgang die Geschwindigkeit des angetriebenen Maschinenteils steigern, so geht man in umgekehrtem Sinne vor.
Die Fig. 11 und 12 zeigen auch eine Ausfüh rungsform mit Drehkolben, nur dass dieser keinen nutförmigen Durchlass mehr hat. Der am Ende der drehbaren Kolbenstange 44 sitzende Drehkolben 45 läuft im Zylinder 46 und ist durch den Ring 47 axial gesichert. Ein in der Zylinderstirnwand ein geschraubter Zapfen 48 greift mit Gleitsitz in eine Bohrung 49 des Drehkolbens 45. Dieser Zapfen 48 hat eine seitliche, schlitzförmige, in den Zylinder raum mündende Austrittsöffnung 50. Dieser Schlitz steht in Verbindung mit der an den Zapfen 48 an geschlossenen Auslassleitung 51 für das Druck medium.
Der Eintritt des Druckmediums in den Zy linderraum erfolgt durch den Anschluss 56. Die der Leitung 51 zugekehrte Stirnseite des Drehkolbens 45 hat einen in axialer Richtung verlaufenden, auf einer Zylinderfläche liegenden Vorsprung 52, dessen Höhe, gemessen von der Fläche 53 des Zylinders, sich allmählich ändert, und zwar kontinuierlich, wie dies in der Abwicklung der Fig. 12 dargestellt ist. Die Innenfläche dieses Vorsprunges 52 arbeitet mit der Austrittsöffnung 50 zur allmählichen Änderung der durchtretenden Ölmenge zusammen.
In Fig. 11 liegt ein höherer Teil des Vorsprunges 52 im Bereiche der Öffnung 50, so dass die Lichtweite des Durch lasses 55 zwischen der Stirnfläche 54 des Vorsprun ges 52 und der Stirnwand des Zylinders 46 klein ist. Dreht man nun den Kolben 45 durch Hand- oder automatische Steuerung so, dass die Höhe des mit der Öffnung 50 zusammenarbeitenden Teiles des Vorsprunges 52 kleiner wird, so vergrössert sich ent sprechend die Lichtweite des Durchlasses 55. Will man die Geschwindigkeit eines Maschinenteiles im Verlaufe seiner Bewegung verkleinern, so dreht man den Kolben 45 in umgekehrtem Sinne.
In einer weitem Ausführungsform kann die Form der Durchlassnut 8 oder 41, des konischen Teiles 16 oder der Fläche 54 Absätze aufweisen, so d'ass zwi schen aufeinanderfolgenden Stufen allmählichen Ge schwindigkeitswechsels Punkte brüsker Geschwindig keitsänderungen auftreten. Anstelle einer einzigen Nut 8 können mehrere solcher Nuten auf der Kol benmantelfläche verteilt angeordnet sein.
Die beschriebenen Kolbensteuerventile können bei den mannigfachsten Steuerproblemen Anwendung finden. So sind sie z. B auch geeignet in Bremsein richtungen, wo ein ruckweises Anfahren oder An halten von Transportmitteln vermieden werden soll.