CH520273A

CH520273A - Hydraulisches Steuergerät

Info

Publication number: CH520273A
Application number: CH279770A
Authority: CH
Inventors: Engeler Markus
Original assignee: Engeler Markus
Priority date: 1970-02-25
Filing date: 1970-02-25
Publication date: 1972-03-15

Description

Hydraulisches Steuergerät
Die an Werkzeugmaschinen-Automaten verwendeten herkömmlichen Steuerungen mit elektrischen Endschaltern, Schützen, Verzögerungsrelais und elektromagnetischen Hydraulikventilen haben bis heute nicht in jedem Fall die gestellten Anforderungen erfüllt und mussten in einem solchen Fall entsprechend kompliziert und teuer gebaut werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein hydraulisches Steuergerät. Erfindungsgemäss zeichnet sich dasselbe dadurch aus, dass ein in einem doppelwirkenden Arbeitszylinder angeordneter Arbeitskolben an einer Seite ständig unter dem Druck eines Druckmediums steht und bei Druckanstieg, der beim Erreichen einer Endstellung des Arbeitskolbens entsteht, eine Umsteuerung des Ventilsystems bewirkt.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch das Steuergerät nach beendetem Rücklauf des Arbeitskolbens,
Fig. 2 einen ebensolchen Schnitt nach beendetem Eilgang und beginnendem Arbeitshub des Arbeitskolbens,
Fig. 3 einen weiteren Schnitt nach beendetem Arbeitshub des Arbeitskolbens und
Fig. 4 einen vierten Schnitt, den Arbeitskolben auf dem Rückweg zeigend.

In den Ölleitungen des dargestellten Steuergerätes herrscht in den fein punktierten Leitungen der durch die Pumpe erzeugte volle Flüssigkeitsdruck, in den grob punktierten Leitungen ein reduzierter Flüssigkeitsdruck und in den leer gezeichneten Leitungen herrscht angenähert Drucklosigkeit.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist nach Fig. 1 in einem vom Arbeitszylinder 1 mit Arbeitskolben 2 getrennten Ventilblock 3 in einer mit verschiedenen Querdurchlässen versehenen Führungsbohrung 4 ein als Stufenkolben ausgebildeter Umsteuerschieber 5 in zwei Endstellungen bewegbar angeordnet. 6 ist eine mit einer Fliissigkeitspumpe verbundene, in den Ventilblock 3 führende Druckflüssigkeitsleitung, welche dauernd auf das den kleineren Kolbenquerschnitt aufweisende Ende des Umsteuerschiebers 5 einwirkt.

Im Druckflüssigkeitskanal 6 ist ein als Stufenkolben mit einem Querschnittsverhältnis von 8:10 gebildetes Druckverhältnisventil 7 angeordnet, dessen Kolben mit seiner kleineren Querschnittsfläche dauernd unter der Wirkung der Druckflüssigkeit steht, die über eine axiale Verbindungsbohrung 7' auch auf die grössere Querschnittsfläche des Ventilkolbens 7 wirkt, dieses in die Schliesstellung zu drücken sucht und dadurch eine druckerzeugende Drosselung der Druckflüssigkeit auf ca. 80 /o in der Leitung 8 bewirkt. 9 ist eine die Druckleitung 6 mit der Leitung 8 verbindende enge Bohrung, die das Druckverhältnisventil 7 überbrückt. Der Stellungswechsel des Umsteuerschiebers 5 wird durch ein Einsteuerventil 10 und ein Aussteuerventil 11 bewirkt.

Beide Steuerventile 10 und 11 sind als Stufenkolben ausgebildet, welche mit ihrem kleineren Kolbenquerschnitt über die Leitungen 12, 13 dauernd mit der Druckflüssigkeit der Druckleitung 6 in Verbindung stehen und mit ihrem grösseren Kolbenquerschnitt ab wechslungsweise mit dem druckfreien Flüssigkeitsrücklauf 14 und mit der Druckflüssigkeit in Verbindung stehen. Je nach der Stellung des Arbeitskolbens 2 steht seine den kleineren Kolben querschnitt aufweisende Seite unter vollem oder reduziertem Flüssigkeitsdruck und die den grösseren Kolbenquerschnitt aufweisende Seite unter vollem oder reduziertem Flüssigkeitsdruck oder unter völliger Druckentlastung, je nach Stellung des Umsteuerschiebers. Die den kleineren Kolbenquerschnitt aufweisende Seite des Arbeitskolbens 2 steht über die Leitungen 15 und 8 mit der Druckleitung 6 in Verbindung.

Eine Leitung 16 verbindet die Leitung 8 über den Umsteuerschieber 5 mit der den grösseren Kolbenquerschnitt aufweisenden Seite des Einsteuerventiles 10. Eine Leitung 17 verbindet die Leitung 8 über den Umsteuerschieber 5 mit dem den grösseren Kolbenquerschnitt aufweisenden Ende des Aussteuerventiles 11, wobei in die Leitung eine Drossel 18 eingebaut ist. Die Leitung 17 ist ferner über die Drossel 18 und eine Leitung 19 mit der den grösseren Kolbenquerschnitt aufweisenden Seite des Arbeitskolbens 2 verbunden. In eine die Leitung 8 über den Umsteuerschieber 5 mit der Leitung 19 verbindende Zweigleitung 20 der Leitung 17 ist ein Zylinder 21 mit Eilgangkolben 22 eingebaut. Der Eilgangkolben 22 weist ein unter Federvorspannung stehendes Rückschlagventil 23 auf und ist in der Grösse seines Hubes durch eine Verstellschraube 24 regulierbar.

Die Vorschubgeschwindigkeit des Arbeitskolbens 2 ist durch die Drossel 18 regulierbar. Der Druckflüssigkeitsrücklauf 14 ist über den Umsteuerschieber 5 je nach dessen Stellung mit den Leitungen 17, 20 verbunden. 25 sind dauernd mit dem Flüssigkeitsrücklauf 14 verbundene Entlüftungsleitungen der Steuerventile 10 und 11 sowie des Druckverhältnisventiles 7. Eine Leitung 26 verbindet die Druckleitungen 6, 12 über das Einsteuerventil 10 mit den Zylinderbohrungen des Umsteuerschiebers 5 und des Aussteuerventiles 11. Durch eine axiale Bohrung 27 des Umsteuerschiebers 5 wird der Raum auf der linken Kolbenseite mit der Leitung 20 verbunden.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Steuergerätes bzw. dessen Ventilsystem ist an Hand der Fig. 14 nachfolgend beschrieben:
Fig. 1 zeigt die Ausgangslage. In dieser befindet sich der Arbeitskolben 2 in der Rückstellung. Das Drucköl von der Pumpe hält den Schieber 5 in der nach links geschobenen Stellung. Durch die Bohrung 9 gelangt Drucköl in die Leitung 8 und über den Schieber 5 in die Leitung 16 zum Einsteuerventil 10, dessen Kolben sich dadurch nach links bewegt hat. Nun wird Drucköl über die Leitungen 26, 26' auf die linke Kolbenseite des Umsteuerschiebers 5 geleitet. Da der Umsteuerschieber 5 als Stufenkolben gebaut ist, bewegt er sich nach rechts. Dadurch wird die Wirkungsrichtung der Ventilkombination gewechselt.

Durch den Stellungswechsel des Umsteuerschiebers 5 gemäss Fig. 2 wird einerseits das Einsteuerventil 10 entlüftet, dadurch dessen Kolben nach rechts bewegt, was eine Sperrung des Drucköls in der Leitung 26 zur Folge hat. Andererseits strömt nun druckreduziertes Öl über das Druckverhältuisventil 7, 7' in die Leitung 8 und über die Leitung 20 zum Eilgangkolben 22. Dieser bewegt sich nach links, und das verdrängte Öl, das dieser vor sich herschiebt, gelangt über die Leitung 19 zur Deckelseite des Arbeitszylinders 1 und wirkt auf die den grösseren Kolbenquerschnitt aufweisende Seite des Arbeitskolbens 2. Dieser bewegt sich nun mit Eilganggeschwindigkeit nach rechts.

Durch die Steuerbohrung 27 des Umsteuerschiebers 5 wird der Druck auf der linken Kolbenseite des Umsteuerschiebers 5 aufrecht erhalten und ein eventueller Leckverlust ersetzt (Selbsthaltung). Anschliessend an die Eilgangbewegung des Arbeitskolbens 2 setzt nun die Vorschubbewegung ein, da das Drucköl nun über die Leitungen 17 und 19 und über die Drossel 18 zum Arbeitskolben 2 gelangt.

Durch die Leitung 15 wird der Arbeitskolben 2 auf seiner den kleineren Kolbenquerschnitt aufweisenden Seite ständig von der Öldrucksäule belastet, so dass er während des Arbeitshubes zwischen 2 Drucksäulen eingespannt ist und sich mit der durch die Drossel 18 stufenlos einstellbaren Vorschubgeschwindigkeit nach rechts bis in die Endstellung bewegt.

Der Arbeitskolben 2 ist unterdessen weiter gefahren und steht nun gemäss Fig. 3 am rechten Anschlag des Zylinders 1 an. Das Druckverhältnisventil 7, 7' schliesst und über die Bohrung 9 fliesst das Drucköl aber weiter und verschiebt den Kolben des Aussteuerventils 11 nach unten. Dadurch wird über die Leitungen 26', 25 die linke Kolbenseite des Umsteuerschiebers 5 entlüftet und mit dem Ölrücklauf 14 verbunden.

Der Umsteuerschieber 5 bewegt sich nun unter dem Druck der von rechts auf diesen wirkenden Druckflüssigkeit aus der Leitung 6 nach links, was einen Stellungswechsel der Ventilkombination nach sich zieht.

Nach Fig. 4 bewirkt dieser Stellungswechsel den Rücklauf des Arbeitskolbens 2, indem dieser über die Leitungen 19, 20, 14 entlüftet wird. Über die Leitungen 8, 15 fliesst weiterhin Drucköl zum Zylinder 1 und verschiebt den Arbeitskolben 2 nach links. Das andererseits aus dem Zylinder 1 über die Leitungen 19, 20, 14 zurückfliessende Öl passiert das Rückschlagventil 23 im Eilgangkolben 22, wobei der infolge der Über- windung der Federvorspannung des Rückschlagventils 23 im Zylinderraum 21' noch bestehende niedrige Öldruck nach Passieren des Rückschlagventiles 23 ganz abfällt, so dass der Zylinderraum 21" praktisch drucklos ist. Dadurch wird der Eilgangkolben 23 nach rechts in seine Ausgangslage geschoben.

Mit der Verstellschraube 24 ist eine Hubbegrenzung des Eilgangkolbens 23 möglich, so dass damit die Lage der Eilgang Vorschub-Umsteuerung des Arbeitskolbens 2 im Verlauf einstellbar ist. Das von der Pumpe durch die Druckleitung 6 zufliessende Öl gelangt wiederum über das Druckverhältnisventil 7, 7' und die Leitungen 8 und 15 zur rechten Seite des Arbeitszylinders 1, so dass sich der Arbeitskolben 2 nach links verschiebt, bis er seine Ausgangsstellung erreicht hat. Dadurch steigt der Druck in den Leitungen 15, 8 auf die maximale Höhe und bewirkt gemäss Fig. 1 die Schliessung des Druckverhältnisventils 7. Nur durch die Bohrung 9 strömt noch Öl über die Leitungen 8 16 zum Einsteuerventil 10, welches sich dadurch nach links verschiebt, wie Fig. 1 zeigt. In dieser Stellung des Einsteuerventils 10 wird ein neuer Arbeitszyklus ausgelöst.

Damit der Umsteuerschieber 5 durch eventuell einsikkerndes Drucköl auf die linke Kolbenfläche desselben mit der Zeit nicht verschoben werden kann, wird dieser Druckraum durch die axiale Bohrung 27 des Umsteuerschiebers 5 entlüftet.

Das Druckverhältnisventil 7, 7' erfüllt in der beschriebenen Arbeitsweise eine sehr wichtige Funktion.

Es reguliert den Öldruck auf ca. 80 /o des Pumpendrukkes zum Arbeitszylinder. Das ist deshalb nötig, weil sonst die Steuerschieber 10 und 11 beim Anfahren des Arbeitskolbens 2 durch dessen Massenträgheit sofort schalten könnten. Weil aber die Steuerschieber 10 und 11 erst bei mindestens 90 /o des Pumpendruckes ansprechen, schliesst dies eine Fehlfunktion aus. Erst wenn der Arbeitskolben 2 am Anschlag im Zylinder 1 ansteht (Fig. 1 und 3) kann sich der Druck in der ganzen Anlage durch die Bohrung 9 neben dem Druckverhältnisventil 7, 7' auf 1000/o erhöhen, was die Schaltung der Steuerschieber 10 und 11 veranlasst.

Der Arbeitskolben wird erst nach einer kleinen Verzögerung umgeschaltet, welche durch den über die Bohrung 9 ermöglichten Anstieg des Drucköles auf den maximalen Pumpendruck bedingt ist. Dies ermöglicht dem Werkzeug den Span auszuschneiden.

Der Eilgang des Arbeitskolbens 2 ist stufenlos von 0-1000/o des Kolbenweges einstellbar.

Das beschriebene hydraulische Steuergerät ist hier in Einzel ausführung gezeigt, das sich selber am Hubende des Arbeitskolbens umschaltet. Selbstverständlich kann das Steuergerät in eine Kette zu einer Steueranlage zusammengebaut sein, wobei z. B. jedes Ventilsystem seinen Impuls an ein anderes Ventilsystem weitergibt und so ein folgegesteuerter automatischer Ablauf eines bestimmten Zyklus erreicht werden kann.

Es werden die folgenden, zum Betrieb wichtigen Anforderungen erfüllt: Die Steuerung wird weder durch die Späne noch durch die Kühlmittel beeinträch zeigt. Die Steuerelemente sind klein und nicht am Arbeitszylinder angebaut. Der Arbeitshub des Arbeitskolbens ist z. B. beim Bohren von Sacklöchern oder bei Andrehungen etc. auf jedes gewünschte Mass einstellbar. Der Arbeitshub wird am Hubende erst nach kurzem Stillstand zurückgeschaltet, um dem Werkzeug die Ausschneidung des Spans zu ermöglichen. Für die Zustellung des Werkzeuges erlaubt die Steuerung die Einschaltung des Eilganges. Beim Arbeitshub ist der Arbeitskolben zwischen 2 Druckflüssigkeitssäulen eingespannt.

Claims

PATENTANSPRUCH

Hydraulisches Steuergerät mit einem Ventilsystem für die Steuerung von Arbeitszylindern oder Druckverbrauchern, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem doppelwirkenden Arbeitszylinder (1) angeordneter Arbeitskolben (2) an einer Seite ständig unter dem Druck eines Druckmediums steht und bei Druckanstieg, der beim Erreichen einer Endstellung des Arbeitskolbens entsteht, eine Umsteuerung des Ventilsystems bewirkt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Steuergerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Stufenkolben ausgebildeter Umsteuerschieber (5) an seinem den kleineren Kolbenquerschnitt aufweisenden Ende dauernd unter der Wirkung der Druckflüssigkeitsquelle (6) steht und an seinem den grösseren Kolbenquerschnitt aufweisenden Ende abwechselnd mit einer durch ein Einsteuerventil (10) beherrschten Druckflüssigkeitsleitung (26) und einer durch ein Aussteuerventil (11) beherrschten druckfreien Flüssigkeits-Rücklaufleitung (14) in Verbindung steht, wobei auch die beiden Steuerventile (10, 11) je als Stufenkolben mit ihrem kleineren Kolbenquerschnitt dauernd unter der Wirkung der Druckflüssigkeitsquelle (6) und mit ihrem grösseren Kolbenquerschnitt abwechselnd mit der Druckflüssigkeitsquelle bzw.

einem reduzierten Druck derselben und mit druckfreiem Flüssigkeitsrücklauf (14) in Verbindung stehen, und ferner in die, die Druckflüssigkeitsquelle (6) mit dem als Stufenkolben gebildeten Arbeitskolben (2) verbindende Leitung (6, 8) ein Druckverhältnisventil (7, 7') zur Erzeugung eines reduzierten Druckes und eine das letztere überbrückende enge Bohrung (9) eingebaut sind, wobei der Umsteuerschieber (5) in seiner einen Stellung den Arbeitskolben (2) und das Aussteuerventil (11) und in seiner anderen Stellung das Einsteuerventil (10) je auf seiner grösseren Kolbenquerschnittsfläche mit dem Flüssigkeitsrücklauf (14) verbindet und durch die axiale Bohrung (27) im Umsteuerschieber (5) in seinen beiden Stellungen selbstgehalten wird.

2. Steuergerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die auf die grössere Kolbenquerschnittsfläche des Arbeitskolbens (2) Druckflüssigkeit zuführende Leitung (17, 19) eine der Regulierung der Vorschubgeschwindigkeit dienende Drossel (18) und eine den Eilgang bis zum Beginn des Vorschubes gestattender Eilgangkolben (22) mit verstellbarem Hub- und Rückschlagventil (23) eingebaut sind, wobei die Einstellung des Arbeitshubes des Arbeitskolbens (2) durch Verstellung des Hubes des Eilgangkolbens (22) mittels einer Schraubenspindel (24) bewirkbar ist.

3. Steuergerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (2) während des Arbeitshubes auf beiden Seiten von Druckflüssigkeit beaufschlagt ist.

4. Steuergerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Regulierung der Vorschubgeschwindigkeit des Arbeitskolbens (2) eine die stufenlose Regulierung erlaubende Drossel (18) dient, welche in die zur grösseren Querschnittsfläche des Arbeitskolbens (2) führende Leitung (17, 19) eingebaut ist, wobei die Vor- und Rückbewegung des Arbeitskolbens (2) unter reduziertem Flüssigkeitsdruck beim beendeten Rücklauf des Arbeitskolbens über das Druckverhältnisventil (7, 7') bzw. über eine enge Bohrung (9) erfolgt.

5. Steuergerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellungswechsel des Umsteuerschiebers (5) beim beendeten Rücklauf des Arbeitskolbens in den beiden Endlagen des Arbeitskolbens (2) durch Druckanstieg von ca. 90 auf 1000/o des Pumpendruckes bewirkt wird, welcher Druck in der einen Endstellung des Arbeitskolbens (2) am Ende des Arbeitshubes das Aussteuerventil (11) und in der anderen Endstellung des Arbeitskolbens (2) am Ende des Rückwärtsganges das Einsteuerventil (10 und 11) bei mindestens 900/o des Pumpendruckes ansprechen.

6. Steuergerät nach Unteranspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Rückweg und bei beendetem Rücklauf des Arbeitskolbens das Druckverhältnisventil (7, 7') den Flüssigkeitsdruck auf ca. 80 /o des Pumpendruckes zum Arbeitskolben (2) reguliert.