Steuervorrichtung für ein hydraulisches Arbeitselement Die Erfindung befasst sich mit der Steuerung hy draulischer Arbeitselemente und hat eine Vorrichtung zum Gegenstand, mit der Stösse und Schwingungen beim Umkehren der Bewegungsrichtung von beidseitig be- aufschlagten hydraulischen Arbeitselementen für hin- und hergehende Bewegung gedämpft werden können.
Es ist bekannt, Stösse, die beim Umsteuern der Be wegungsrichtung von hydraulisch betätigten Kolben auftreten können, dadurch zu dämpfen, dass die Steuer kanten der Umkehrschieber mehr oder weniger stark abgefasst werden. Dadurch wird erreicht, dass der Fluss des hydraulischen Mediums zum und vom Zylinder beim Umsteuervorgang allmählich gedrosselt und ebenso allmählich wieder frei gegeben wird.
Es hat sich jedoch gezeigt dass mit dieser Massnah- me der beabsichtigte Erfolg nur in bescheidenem und nicht in allen auftretenden Fällen in ausreichendem Masse zu erreichen ist. Man kann zwar die Umsteue rung des Hydrauhkstromes in beliebigem Masse da durch dämpfen und damit die Bewegungsumkehr stoss- frei machen, dass man die Abfassung der Steuerkanten beliebig verstärkt. Dies führt aber in der Nähe der Um kehrpunkte der Bewegung zu einer Verlangsamung der Hubbewegung, die bei hohen Ansprüchen nicht mehr in Kauf genommen werden konnte.
Es wurde daher versucht, die Bewegung des hydrau lischen Arbeitselementes in den Umkehrpunkten seiner Bewegung dadurch zu dämpfen, dass im Arbeitsele ment selbst hydraulische Polster in verschiedenen be kannt gewordenen Ausführungsformen angeordnet wur den. Auch mit diesen Einrichtungen war jedoch hohen Ansprüchen an die Gleichförmigkeit der Bewegung bis in die äusserste Nähe der Umkehrpunkte nicht zu ge nügen, abgesehen davon, dass die Polster nur bei Ar beitselementen anwendbar sind, deren Umkehrpunkte immer am gleichen Punkt ihres Hubes liegen.
Eine besonders schwierige Aufgabe ist das Vermei den von Stössen und Schwingungen an hydraulischen Arbeitselementen, die die Ringbänke von Ringspinnma- schinen, Ringzwirnmaschinen und Streckzwirnmaschinen bewegen. Die zu bewegenden Maschinenteile besitzen eine Länge von vielen Metern sowie eine geringe Stei- figkeit und neigen daher stark zu Schwingungen.
An die Gleichförmigkeit der Bewegung im Bereich der Umkehr punkte werden insbesondere an Streckzwirnmaschinen die höchsten Ansprüche gestellt, damit das Bilden von Fadenwülsten mit Sicherheit verhindert wird. Der Kopsaufbau bedingt die laufende Verlegung beider Um kehrpunkte der Hubbewegung.
Die Hubbewegung er folgt in senkrechter Richtung; den zum Bewegen der Ringbänke notwendigen Kräften überlagert sich also die Schwerkraft je nach Hubrichtung mit positiven bzw. ne gativen Vorzeichen. Schliesslich sind die Massen, deren Bewegungsrichtung umzukehren ist, insbesondere an Streckzwirnmaschinen erheblich.
Die Erfindung schlägt eine Lösung der gestellten Aufgabe vor, die über den genannten Fall der Spinn- und Zwirnmaschinen hinaus auch auf andere, ähnlich gelagerte Fälle anwendbar erscheint.
Gemäss der Erfindung verlaufen die Zu- und Ablei tungen des hydraulischen Arbeitselementes durch zwei ge trennte Durchlässe eines Umkehrschiebers, dessen frei be weglicher Steuerkolben von dem auf die Stirnflächen des Steuerkolbens wirkenden Druckunterschied des Druck mittelstromes zwischen der Zuleitung und der Ableitung des hydraulischen Arbeitselementes zwischen zwei End- stellungen verschiebbar ist und mit dessen Verschie bung von einer Endstellung in die andere der in den Endstellungen frei fliessende Druckmittelstrom durch Drosselung allmählich vermindert und allmählich <RTI
ID="0001.0054"> wieder vergrössert wird.
Eine besonders vorteilhafte Wirkungsweise der Vor richtung ergibt sich dann, wenn die Durchtrittsquer- schnitte zwischen Steuerkolben und Schiebergehäuse durch Drosselkolben erweitert sind oder wenn die Durchlassbohrungen ein und desselben Durchlasses im Steuerschieber durch Drosselnuten verbunden sind.
Dabei können die Drosselkerben,des Steuerkolbens negative Überdeckung aufweisen.
An einem Umkehrschieber in den Zuleitungen und Ableitungen eines in beiden Bewegungsrichtungen stets gleich belasteten Arbeitselementes können vorzugsweise alle Drosselkerben des Steuerkolbens gleich läng und tief sein bzw. können die Drosselnuten gleichbleibende Querschnittsfläche aufweisen.
Wenn jedoch das Arbeitselement-in seinen beiden Bewegungsrichtungen ungleich belastet ist, können die abwechselnd wirksam werdenden Drosselkerben des Steuerkolbens vorteilhaft ungleich lang und tief sein bzw. die Drosselnuten zu- oder abnehmende -Querschnitts= Fläche aufweisen. _ Die Bewegung des Steuerkolbens im Umkehr- Dämpfungsschieber kann durch hydraulische Polster ge bremst sein.
Diese Bremsung der Bewegung des Steuer kolbens kann zweckmässig durch Verändern der Ab laufquerschnitte der Hydrauhkpolster mittels Drossel schrauben veränderbar sein.
Eine einfache und wirkungsvolle Dämpfung der Be wegung des Steuerkolbens- lässt sich durch Federn er zielen, die zwischen den Stirnflächen des Steuerkolbens und den Stirnflächen des Schiebergehäuses angeordnet sind.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch ein - Umkehr-Dämpfungsschieber dargestellt, und zwar in Fig. 1 in seinem Längsschnitt zusammen mit Tei len der zugehörigen Hydraulikanlage und in, Fig. 2-5 im Längsschnitt in einer seiner Endstel lungen (Fig. 2)
und in drei Zwischenstellungen (Fig. 3 bis 5), die er beim Umsteuervorgang durchläuft. In Fig: 6 ist eine abgewandelte Ausführung des Um kehr-Dämpfungsschiebers im Längsschnitt dargestellt. An Hand der Fig: 1 sei zunächst der an sich in bekannter Weise aufgebaute Hydraulikkreislauf beschrie ben.
Durch die vom Motor 1 angetriebene Hydraulik pumpe 2 wird aus dem Behälter 3 das Druckmittel an gesaugt und auf den nötigen Druck gebracht. Der Druck wird durch ein Maximaldruckventil 4 begrenzt. Ein beispielsweise durch Elektromagnete 5 betätigter Um kehrschieber 6 gestattet, die Fliessrichtung des Druck mittels zu dem hier als ein im Zylinder 8 laufender Kol ben 9 dargestellten hydraulischen Arbeitselement um zukehren.
Das Arbeitselement kann jedoch auch ein an deres den Fluss des Druckmittels in eine hin- und her bewegende Bewegung umwandelndes Arbeitselement sein. In dem Rücklauf des Druckmittels zum Behäl ter 3 ist ein Vorspannventil 10 eingeschaltet; :das den Druck des Druckmittels auf der nicht beaufschlagten Seite des Arbeitselementes auf einer vorgesehenen Höhe hält.
In: den Zu- und Ableitungen 13, 21 bzw. 14, 22 des hydraulischen Arbeitselementes 9 ist ein Umkehr Dämpfungsschieber 7 eingeschaltet. Dieser besteht aus einem Schiebergehäuse 11, in dem ein Steuerkolben 12 frei beweglich verschiebbar ist. Die vom Umkehrschie ber 6 kommenden Zuleitungen 13 und 14 münden so in der Stirnfläche des Schiebergehäuses 11 öder in des= sen Nähe, dass der Druck des Druckmittels auf die Stirnfläche des Steuerkolbens 12 wirkt.
Von den Stirn flächen des Steuerkolbens 12 verläuft je eine- axiale Bohrung 15 und 16 in den Steuerkolben 12, in die je weils mehrere . in je zwei auf der Achse des Steuerkol bens senkrechten Ebenen angeordnete, radiale Bohrung 17 und 18 münden. Im Schiebergehäuse 11 sind zwei Ringkanäle 19 und 20 so angeordnet, dass die radialen Bohrungen 17 bzw. 18 in den beiden Endstellungen des Kolbens 12 in diese Ringkanäle münden.
Die Bohrungen und Kanäle 15, 17 bzw. 16, 18 bilden zwei Durchlässe des Umkehr-Dämpfungsschie- bers 7, die in allen Stellungen des Steuerkolbens 12 ge trennt bleiben.
Von den Ringkanälen 19 und 20 aus verlaufen die Zuleitungen 21 und 22 zu den beiden zu beaufschla- genden Seiten des hydraulischen Arbeitselementes 9. Die Stirnflächen des Steuerkolbens 12 weisen ring förmige Erhöhungen 23 auf, die sich in den Endstel- lungen des Kolbens 12 über zylindrische Vorsprünge 24 auf der Innenseite der Stirnflächen des -Schieber gehäuses 11 schieben.
Dadurch wird zwischen der Erhö hung 23, dem Vorsprung 24, der Stirnfläche und der Wandung des Schiebergehäuses 11 ein Druckmittelpol- - ster 25 gebildet, das sich durch. die Bohrungen 26 füllen bzw. entleeren kann. Die Durchtrittsquerschnitte der Bohrungen 26 können durch nicht näher dargestellte Drosselschrauben veränderbar und die Erhöhungen 23 und die Vorsprünge 24 können, wie in Fig. 6 dar gestellt, mit ringförmigen Nuten 28 bzw. 29 versehen sein.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 erfolgt die Dämpfung des Steuerkolbens 12 durch Druckfedern 30, die zwischen den Stirnflächen von Schiebergehäuse 11 und Steuerkolben 12 angeordnet sind.
Von den radialen Bohrungen 17 und 18 gehen Dros selkerben 31 aus, die allmählich in Richtung auf die radialen Bohrungen desselben Durchlasses in der Man telfläche des Steuerkolbens 12 verlaufen. Wie in Fig. 6 dargestellt, können diese Drosselkerben auch als durch gehende Nuten 32 zwischen den radialen Bohrungen 17 bzw. 18 desselben Durchlasses ausgebildet sein.
Die se Drosselkerben 31 bzw. die Querschnitte der Dros selnuten 32 sind in einem Umkehr-Dämpfungsschieber, der in den Zuleitungen eines in beiden Bewegungsrich- tungen stets gleich belasteten Arbeitselementes liegt, gleich bzw. gleichbleibend ausgeführt.
Wenn davon aus zugehen ist, dass das hydraulische Arbeitselement 9 in seinen beiden Bewegungsrichtungen immer ungleich be lastet sein wird, beispielsweise dadurch, dass es sich selbst oder von ihm bewegte Teile in Richtung der Schwerkraft bewegt, so sind - wie nicht näher dar gestellt - die Drosselkerben 31 des Steuerkolbens 12 vorteilhafterweise ungleich ausgeführt bzw. der Quer schnitt der Drosselnuten 32 vermindert sich über deren Länge.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vor richtung ist die folgende: Unmittelbar nach dem Ümsteuern des Umkehr schiebers 6 (Fig. 2) kehrt sich der Druckunterschied in den Zuleitungen 13 und 14 zum hydraulischen Arbeits element 9 um. Diese, vom Umkehrschieber 6 ausgehen de Druckumkehr erreicht den Dämpfungssteuerschieber 7, bevor sie sich auf das hydraulische Arbeitselement 9 auswirken kann.
Da der Druckunterschied im Druck mittelkreislauf unmittelbar auf die Stirnflächen des Steu erkolbens 12 wirkt; wird der Steuerkolben 12 aus seiner Endstellung heraus' in Bewegung gesetzt (Fig. 3). Da bei vermindert sich der Durchlassquerschnitt der noch in die Ringkanäle 19 und 20 mündenden radialen Bohrun gen 17 und 18-zu den Zuleitungen 21 und 22 zum hy draulischen Arbeitselement -9. allmählich bis auf den.
Querschnitt der Drosselkerben 31 bzw. der Drosselnuten 32. Die Drosselung nimmt mit weitergehender Verschie bung des Steuerkolbens 12 zu (Fig. 4) und bringt dadurch den Druckmittelzu- und abfluss zum hydraulischen Ar beitselement 9 allmählich, d. h. gedämpft zunächst zum Stillstand und dann zur Umkehr (Fig. 5).
In den bewegten Teilen dabei gegebenenfalls auftre tende Schwingungen, die sich über das hydraulische Arbeitselement 9 als Schwingungen der Druckmittelsäu- len in den Zu- und Ableitungen 21 und 22 des hydrau lischen Arbeitselementes 9 auswirken, werden durch den stark verminderten Durchtrittsquerschnitt der Durch- lassöffnungen rasch gedämpft. Die geringe negative Überdeckung der sich verjüngenden Drosselkerben 31 bewirkt ein allmähliches, stossfreies Umkehren der Fluss richtung des Druckmittels, wobei in keinem Augenblick des Umsteuerns die Zuleitungen 21 und 22 zum Ar beitselement vollständig blockiert sind.
Dadurch wird erreicht, dass der Zeitpunkt, zu dem sich die Flussrichtung des Druckmittels umkehrt, nicht allein durch die Stellung des Steuerschiebers 6, sondern auch durch die sich im Druckmittelkreislauf einstellenden Druckverhältnisse bestimmt wird und diese Umkehr da durch weitgehend stossfrei erfolgt. Die gleiche Wir kung wird mit einer durchgehenden Nut 32 zwischen den radialen Bohrungen 17 bzw. 18 erzielt, die in allen Stellungen des Steuerkolbens 12 einen geringen Durch- lassquerschnitt zu den Ringkanälen 19 und 20 und da mit zum Arbeitselement 9 frei lässt.
Beim Verschieben des Steuerkolbens 12 bilden sich vor seinen beiden Stirnflächen Druckmittelspeicher 25, deren Einzelvolumen infolge der freien Verschiebbarkeit des Steuerkolbens 12 in gegenläufigem Sinne veränder bar sind. Dadurch ist das Gesamtvolumen des Druck mittels im Arbeitskreislauf nicht elastisch, für Druck schwankungen infolge von Stosswellen im Druckmittel vor und hinter dem hydraulischen Arbeitselement 9 ist dadurch jedoch ein Puffer geschaffen.
Die - wie Messungen ergeben haben - sehr rasch, beispielsweise in weniger als 3/10 Sek. erfolgende Um steuerung des Steuerkolbens 12 kann durch geeignete Einrichtungen entweder nur in der Nähe ihrer Endstel- lung gedämpft oder über den ganzen Verlauf ihrer Bewegung beeinflusst werden.
Das Dämpfen oder Abbremsen der Bewegung des Steuerkolbens 12 vor allem in der Nähe seiner End- stellungen erfolgt beispielsweise durch die ringförmigen Erhebungen 23 und die Vorsprünge 24 in den Stirn flächen von Schiebergehäuse 11 und Steuerkolben 12, die in diesem Falle so kurz ausgeführt sind, dass sie sich nur in der Nähe der Endstellungen des Steuerkol bens 12 übereinander schieben.
Federn 30 als Dämp- fungsmittel bieten den Vorteil, dass nur die Abbremsung des Steuerkolbens 12 zum Stillstand gebremst wird, die Beschleunigung aus dem Stillstand jedoch durch die je weils gespannte der beiden Federn 30 unterstützt wird.
Wenn die ringförmigen Erhebungen 23 und die Vor sprünge, wie in der Fig. 2 bis 5 dargestellt, so lang ausgeführt sind, dass sie sich in allen Stellungen des Steuerkolbens 12 überdecken wird die Bewegung des Steuerkolbens 12 über seinen ganzen Weg gleichmäs- sig gebremst.
Es ist jedoch auch möglich, durch die ringförmigen Nuten 28 und 29 in den ringförmigen Erhebungen 23 und den Vorsprüngen 24 die Bewegung des Steuer kolbens 12 nur in der Nähe seiner Endstellungen und in seiner Mittelstellung, in der die Zuleitungen 21 und 22 zum Arbeitselement 9 auf den Querschnitt den Dros- selkerben 31 bzw. der Drosselnut 32 verengt sind, zu verlangsamen.
In diesem Falle ist die Dämpfung nur wirksam, wenn der kleine, nicht durch die Nut 29 er weiterte Innendurchmesser der ringförmigen Erhebung 23 auf der Stirnseite des Steuerkolbens 12 über den grossen, nicht durch die Nut 30 verkleinerten Aussen durchmesser des Vorsprunges auf der inneren Stirnseite des Schiebergehäuses 11 liegt.
Dazwischen, d. h. in dem Bereich des Weges des Steuerkolbens 12, in dem die radialen Bohrungen 17 und 18 abgedeckt bzw. freigegeben werden, erfolgt die Be wegung des Steuerkolbens 12 rascher.
Die Stärke der Dämpfung bzw. die mittlere Ge schwindigkeit des Steuerkolbens 12 kann jeweils durch Drosselschrauben zweckentsprechend eingestellt oder durch die Wahl der Bohrung 26 bestimmt werden.