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Vorrichtung zur Regelung hydraulischer Antriebe, insbesondere für
Schleifmaschinen, durch radiale Verschiebung eines den Rotor der Pumpe umgebenden
Ringes Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung hydraulischer
Antriebe durch radiale Verschiebung eines den Rotor der Pumpe umgebenden Ringes.
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Es sind Vorrichtungen zur Regelung hydraulischer Antriebe, insbesondere
für Schleifmaschinen, durch radiale Verschiebung eines den Rotor der Pumpe umgebenden
Ringes bekannt, der einerseits unter der Wirkung einer Federung und andererseits
unter der Wirkung eines Kolbens steht, dessen beide Seiten mit der Druckleitung
je auf einer Seite eines in diese eingeschalteten Druckminderers in Verbindung stehen.
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Bei den bekannten Regelungsvorrichtungen dieser Art treten leicht
Überhitzungen des Hydrauliksystems sowie Kraftverluste auf, die sich aus einer ungenügenden
Anpassung der Regelvorrichtung an die Erfordernisse des Antriebes ergeben. So strömt
z. B. die geförderte Flüssigkeit bei einer bekannten Ausbildung ohne Rücksicht auf
die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine in die Druckleitung, so daß die bekannte
Pumpe keine hydraulisch veränderbare Förderleistung aufweist.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, das Problem in einer verhältnismäßig
komplizierten Weise zu lösen. Dieser Vorschlag sieht jedoch drei Pumpenaggregate
vor, um die gewünschte Wirkung zu erreichen.
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Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Regelvorrichtung für hydraulische
Pumpen zu schaffen, die eine im wesentlichen gleichmäßige Leistung ohne übermäßige
Erhitzung des geförderten Mittels und ohne wesentlichen Leistungsverlust aufrechterhält.
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Ferner soll durch die Erfindung eine hydraulische Antriebsanordnung
für eine Werkzeugmaschine, z. B. eine Schleifmaschine, erstellt werden, die mit
konstanter Geschwindigkeit arbeitet und in der die Geschwindigkeit leicht vorher
zu bestimmen ist und ohne Leistungsverlust oder Erwärmung des geförderten Mittels
eingehalten wird.
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Außerdem soll mit der Erfindung eine Kombination aus Pumpe und Regelung
geschaffen werden, in der die Pumpenleistung zwischen kleinster und größter Fördermenge
im wesentlichen konstant gehalten werden kann, ohne wesentlichen Leistungsverlust
oder Erwärmung des geförderten Arbeitsmittels.
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Die Erfindung dient außerdem zur Schaffung einer Regeleinheit, die
mit einer Pumpe mit veränderlicher Förderung zusammengebaut werden kann, welche
ein verschiebbares Regelglied aufweist und welches die Pumpenförderung bei wechselnder
Last im wesentlichen konstant zu erhalten gestattet. Erfindungsgemäß ist die Eingangsseite
des Druckminderers mit der Kolbenseite verbunden, die bei Beaufschlagung auf die
Pumpe im Sinne einer verringerten Förderung einwirkt; die Ausgangsseite des Druckminderers
steht wiederum mit der bei Beaufschlagung entgegengesetzt wirkenden Kolbenseite
in Verbindung. Hierdurch ist die Pumpe gemäß der Erfindung in der Lage, einerseits
mit veränderlicher Fördermenge zu arbeiten und andererseits bei wechselnder Belastung
die Fördermenge konstant zu erhalten. Dies ist möglich, ohne das hydraulische System
hierdurch zu erwärmen und ohne daß ein Kraftverlust eintritt. Der die Steuerung
der erfhldungsgemäßen Regelvorrichtung bewirkende Steuerdruck ist eine Funktion
des Druckgefälles im Bereich des Druckminderers, und dieser Steuerdruck ist unabhängig
von dem Druck innerhalb des Systems, indessen abhängig von dem Maß des Durchflusses
durch den Druckminderer.
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Die Erfindung wird an Hand der nachstehenden Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Oberflächenschleifmaschine
mit einem Schubkolbenmotor, der einen Schlitten hin- und herbewegt und der mit
einer
hydraulischen Pumpe veränderlicher Förderung verbunden ist, Fig. 2 in vergrößertem
Maßstab die mit der Pumpe verbundene Regeleinheit, Fig. 3 eine abgewandelte Form
einer Regeleinheit, Fig.4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Regeleinheit und zeigt auch eine Leitung, die zur Verwendung mit den vorliegend
beschriebenen Regeleinheiten verwendet werden kann, und Fig. 5 eine schematische
Erläuterung nach der Erfindung, worin mehr als ein Schubkolbenmotor verwendet wird.
-Fig. 1 zeigt einen Schleifscheibentisch 10, der sich unter einer Schleifscheibe
12 hin- und herbewegen kann, so daß das Werkstück 14 auf dem Tisch von der Schleifscheibe
bearbeitet werden kann.
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Mit dem Tisch 10 ist eine Kolbenstange 16 verbunden, die einen Kolben
18, der sich in einem Zylinder 20 befindet, trägt: Die entgegengesetzten Enden des
Zylinders 20 sind durch Leitungen 22 mit den Kanälen eines Umschaltventils 24 verbunden.
Ein Ventilkolben 26 in dem Ventil ist beweglich, um abwechselnd eine der Leitungen
22 mit der Druckleitung 28 zu verbinden, während die andere Leitung 22 mit der Abflußleitung
29 verbunden wird. Die Leitung 28 kommt von der Druckseite einer regelbaren Pumpe
30, die einen beweglichen Teil 32 zur Regelung der Fördermenge aufweist.
Die Saugseite der Pumpe ist mit einem Behälter 36 durch die Leitung 34 verbunden.
Der Teil 32 zur Regelung der Fördermenge kann normalerweise durch die Feder 38 auf
der linken Seite der Pumpe nach rechts bis zur maximalen Stellung verschoben werden.
Die anfängliche Vorspannung der Feder 38 kann durch eine einstellbare Kappe
40 eingeregelt werden. An der entgegengesetzten Seite des verschiebbaren Ringes
32 greift ein Tauchkolben 42 ein, der sich durch eine öffnung in der Mitte der Platte
44 in einen Zylinder 46 erstreckt. Ein Kolben 48 in dem Zylinder 46 liegt am äußeren
Ende des Tauchkolbens 42 an. In der Leitung 28 ist ein Druckminderer, beispielsweise
ein Drosselventil 50, und die Einströmseite dieses Ventils und die Druckseite der
Pumpe wird durch die Leitung 52 mit der rechten Seite des Kolbens 48 verbunden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Leitung 52 mit dem rechten Ende des Zylinders
46 durch den Kanal 54 verbunden sein, der in der Platte 56, welche das rechte Ende
des Zylinders verschließt, vorgesehen ist. Die Verbindung der rechten Seite des
Zylinders 46 mit der Druckseite der Pumpe kann jedoch im Innern der Pumpe bewerkstelligt
werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, wo gezeigt wird, daß der Kanal 54 in der
Platte 56 durch einen Stopfen 58 an dessen äußerem Ende verschlossen ist, während
ein Kanal 60 sich vom Kanal 54 längs durch die Wand des Zylinders erstreckt und
dann durch die Platte 44 zum Pumpenkörper und dort mit der Pumpendruckseite verbunden
ist.
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Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird der Kanal 60 von einem Dichtungsring
62 umgeben, wo der Zylinder die Platten trifft und wo die Platte 44 mit dem Pumpenkörper
verbunden ist. In gleicherWeise sind Dichtungsringe 64 zwischen den vorgenannten
Platten und dem Zylinder und dem Pumpengehäuse vorgesehen. Hierdurch sollen Leckverluste
vermieden werden.
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Die beschriebene Anordnung sorgt für die Aufrechterhaltung einer -
im wesentlichen konstanten Förderung der Pumpe mit einem geringen Druckabfall durch
das Drosselventil 50.
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Der Ausgang des vorgenannten Drosselventils 50 ist durch die Leitung
66 mit einem Kanal verbunden, der durch die Zylinderwand zum äußeren linken Ende
des Zylinders 46 führt. So erhält die linke Seite des Kolbens 48 einen Druck gleich
dem, der dem Antrieb zugeführt wird und der durch das Drosselventil niedriger ist
als der Förderdruck der Pumpe.
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Die beschriebene Anordnung sorgt für eine im wesentlichen konstante
Geschwindigkeit der Bewegung des Tisches 10, der unabhängig ist vom Systemdruck
und im wesentlichen unabhängig von den Schwankungen im Systemdruck. Die Tischgeschwindigkeit
ist somit im wesentlichen unabhängig von der Belastung und kann danach gerichtet
sein, den Tisch bei einer konstanten Geschwindigkeit während der Bearbeitung zu
halten, insbesondere, wo die Belastung sich nicht in größerem Umfang ändert, wie
es bei Schleifmaschinen der Fall ist.
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Vorstehende Arbeitsweise wird erreicht bei einem verhältnismäßig geringen
Druckabfall im Drosselventil 50, wobei nur wenig Leistung verlorengeht und sich
auch das geförderte Mittel nicht überhitzt.
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Fig.1 zeigt, daß der Druck auf der Eintrittsseite des Drosselventils
auf die rechte Fläche des Kolbens 48 wirkt, wodurch der Kolben nach links gedrückt
wird und den Hub der Pumpe verringert. Gleichzeitig wird der Druck auf der Austrittsseite
des Drosselventils der linken Fläche des Kcäbens 48 zugeführt, und dieser Druck
hält die Pumpe in größter Hubstellung. Die tatsächlich wirksame Kraft ergibt sich
aus der Beziehung: Fläche des Kolbens 48, vermindert um die Fläche des Kolbens 42,
multipliziert mit dem Druckabfall durch das Drosselventil. Es ist offensichtlich,
daß die Wahl des Kolbens 48 so getroffen werden kann, daß der Druckabfall durch
das Drosselventil ganz gering ist. Der Leistungsverlust, den die Drosselung des
Pumpendrucks bewirkt, ist somit verhältnismäßig gering, und die Pumpe wird ihre
Leistung vermindern, wenn der Regeldruck einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei
die dem Motor zugeführte Leistung verringert wird, anstatt die überschüssige Kraft
in Wärme umzuwandeln. Da der Regeldruck eine Funktion des Druckabfalls des Drosselventils
ist, ist es offensichtlich, daß dieser Regeldruck im wesentlichen unabhängig von
dem Systemdruck ist und dafür lediglich von der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes
durch das Drosselventil abhängt und der Geschwindigkeit der Bewegung der angetriebenen
Maschine, die geregelt werden soll, entspricht.
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Die Konstruktion der Fig. 3 ist gleich der bereits beschriebenen,
mit der Ausnahme, daß in Fig. 3 der Zylinder 70 aus einem Stück mit dem Teil gebildet
wird, der mit der Pumpe verbunden ist und daß der Verschluß am äußeren Ende des
Zylinders bei 72 teleskopartig in das Ende des Zylinders eingesetzt ist. Der Teil
72 trägt auch eine mit Gewinde versehene Buchse 74, in welcher eine Stellschraube
eingeschraubt ist, die den äußersten Hub der Pumpe begrenzt. Die Mutter 78 hält
die Schraube 76 in ihrer Stellung, und die Kappe 80, die auf das Ende der Buchse
74 befestigt ist, dichtet die Einheit gegen Leckverluste ab.
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Es ist indessen möglich, daß unter bestimmten Bedingungen, wo der
Förderdruck der Pumpe sich in weitem Umfang ändert oder sehr hohe Drücke auftreten,
eine
zusätzliche Kompensation der Druckunterschiede erforderlich wird, um zu vermeiden,
daß die Pumpe bei Belastung in Richtung Leerlauf regelt. Dies ist ein Charakteristikum
einer Flügelpumpe des in Fig. 1 dargestellten Typs und gewisser anderer Pumpentypen,
wie Radialkolbenpumpen. Bei diesen Pumpen ist die Leistung nach ihrer Bauart direkt
abhängig vom Förderdruck und kann bei dessen Abfall zur Einstellung der Förderung
führen.
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Die Schaltung der Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur Kompensation von
Druckschwankungen in der Pumpe. Dies wird bewerkstelligt, indem man den Steuerkolben
82 mit einem Ansatzbolzen 84 von solcher Größe vorsieht, daß der Unterschied im
Querschnitt zwischen dem Ansatzbolzen 84 und der Kolbenstange 86 gerade ausreichend
ist, um die Tendenz der Pumpe auszugleichen, bei sinkendem Druck die Förderung einzustellen.
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Bei der Anordnung nach der Fig. 4 wird somit der Eingangsdruck des
Drosselventils 88 auf eine Fläche ausgeübt, die der Differenz der Querschnitte des
Kolbens 82 und des Ansatzbolzens 84 gleich ist.
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Der Ausgangsdruck des Drosselventils wird auf eine Fläche ausgeübt,
die gleich ist dem Querschnitt des Kolbens 82 minus dem Querschnitt der Kolbenstange
86, wobei die Kolbenstange 86 um einen vorbestimmten Wert kleiner ist als der Ansatzbolzen
84. Die Anordnung nach der Fig. 4 ist gänzlich unabhängig vom Systemdruck und seinen
Schwankungen und hält die Pumpe auf einer bestimmten Förderung, die ganz von der
Belastung des Motors abhängt, selbst wenn der Pumpendruck zu seinem Maximum ansteigt.
Aus diesem Grund ist es wünschenswert, Mittel zur Verhinderung eines Überdrucks
in dem System zu schaffen. Dies wird dadurch erreicht, daß man ein Rückschlagventi192
vorsieht, das zwischen der Leitung, die zu der linken Fläche des Kolbens 82 führt.
und die Abfiußleitung eingeschaltet ist, und das sich bei einem bestimmten Druck
öffnet, um die linke Fläche des Kolbens 82 zu entlasten, wodurch die Pumpe schnell
heruntergeregelt wird.
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Ein Drosselventil 94 in der Leitung von der Ausgangsseite des Drosselventils
88 zu der Regeleinrichtung sorgt für einen Druckabfall, sobald sich das Überdruckventil
92 öffnet, so daß die Pumpe im wesentlichen ohne Widerstand schnell die Förderung
verringert. Das Überdruckventil 92 kann durch das handbetätigte Ventil 96
umgangen werden, so daß die Pumpe von Hand entlastet werden kann und nach Öffnen
des Ventils 96 bei Druck und Förderung gleich Null leer laufen wird.
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Es ist augenscheinlich, daß die Ventile 92, 94 und 96 bei irgendeinem
der erwähnten Systeme benutzt wzrden können, um die gleichen zusätzlichen Regelmerkmale
zu erhalten, die bei der Anordnung gemäß Fig. 4 beschrieben worden sind.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung genügt, wo beispielsweise nur
ein einzelner Schubkolbenmotor angetrieben werden soll. Jedoch wird in einer großen
Zahl von Fällen die Pumpe verwendet werden, um die Antriebsflüssigkeit zu mehr als
einem Hydromotor zu befördern, und diese Hydromotoren werden häufig zeitlich verschieden
arbeiten.
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Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung bewirkt das Anhalten eines
der Schubkolbenmotoren, daß die Pumpe herunterregelt, so daß keine Druckflüssigkeit
für den anderen Hydromotor zur Verfügung steht. Die Schaltungsanordnung gemäß Fig.5
behandelt ein hydraulisches System, in dem die vorliegende Erfindung mit mehr als
einem Hydromotor verwirklicht werden kann, wobei eine wahlweise Geschwindigkeitsregelung
bei jedem einzelnen Hydromotor erreicht wird.
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In der Fig. 5 entspricht das mit 100 bezeichnete Organ der Pumpe 30
der Fig. 1. Diese Pumpe fördert Druckflüssigkeit zu einer Leitung 102, die durch
eine Vordrosse1104 zu einem Umsteuerventi1106, das mit einem ersten Hydromotor M
1 verbunden ist, führt.
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Die Leitung 102 führt durch eine zweite Vordrossel 108 zu einem zweiten
Umsteuerventil 110, mit welchem ein zweiter Hydromotor M2 verbunden ist.
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Die Ausgangsseite der Vordrossel 104 ist durch die Leitung 112 über
das Rückschlagventil 114 mit der Leitung 116 verbunden, die zur linken Seite des
Regelkolbens 118 führt.
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In gleicher Weise ist die Ausgangsseite der Vordrossel 108 durch die
Leitung 120 über ein Rückschlagventil 122 mit der Leitung 116 verbunden.
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Von der Leitung 116 zweigt zwischen den Rückschlagventilen und dem
Steuerkolben 118 eine Leitung 124 zu dem Behälter 126 über ein überdruckventil 128
oder über ein Anzapfventil 130 ab.
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Die rechte Seite des Regelkolbens 118 ist mit der Druckseite der Pumpe
100 durch die Leitung 132 verbunden. Die Anordnung der Fig. 5 sorgt für die wahlweise
Geschwindigkeitsregelung der beiden Flüssigkeitsmotoren in der Weise, daß die Pumpe
herunterregelt, wenn beide Motoren stillgesetzt werden. Die Pumpe fördert jedoch,
wenn eines der Umsteuerventile den betreffenden Hydromotor anläßt.
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Dies erfolgt, da der Raum auf der linken Seite des Steuerkolbens 118
entweder fortlaufend durch die Anzapfverbindung 130 oder durch Öffnen des überdruckventils
128 entleert wird. Wenn eines der Umsteuerventile geöffnet wird und der betreffende
Hydromotor anläuft, so wird ein Druckabfall im zugehörigen Drosselventil 104 oder
108 entstehen und das vorher beschriebene Regelsystem in Tätigkeit setzen.
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Während der Tätigkeit jedes der Motoren wird eines oder das andere
der Rückschlagventile 114 und 1.22 den zu dem stillstehenden Hydromotor gehörenden
Kreislauf sperren, so daß die Geschwindigkeitsregelung des laufenden Hydromotors,
der betätigt wird, völlig von dem zugehörigen Drosselventil abhängt, also wahlweise
arbeitet.
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Die Anordnung nach Fig.5 veranschaulicht, in welcher Weise die vorliegende
Erfindung verwirklicht werden kann, wenn mehr als ein Hydromotor in Tätigkeit sein
soll. Bei einer Schleifmaschine z. B. würde ein Hydromotor den Schlitten der Maschine,
wie es in Fig. 1 dargestellt wird, hin- und herbewegen, während ein zweiter Hydromotor
die Schleifscheibe hebt oder senkt bzw. quer zum Aufspanntisch bewegt.
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Es ist offensichtlich, daß das vorgesehene Sy3tem auf mehr als zwei
Hydromotoren erstreckt werden kann, und es ist daher selbstverständlich, daß so
viel Motoren, wie erforderlich, mit der Pumpe verbunden und individuell nach der
Erfindung geregelt werden können.
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Die Ausführungsbeispiele lassen erkennen, daß die Erfindung eine Pumpenregelung
darstellt, bei der die Pumpenförderung im wesentlichen ohne Leistungsverluste oder
Überhitzung der Arbeitsflüssigkeit in dem System aufrechterhalten wird. Die Regeleinrichtung
kann
getrennt zum Anbau an vorhandene Pumpen geliefert werden oder mit der Pumpe bei
der Herstellung zusammengebaut werden.