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Anordnung zum weggenauen und lastunabhängigen Verzögern und Wiederbeschleunigen
von hydraulischen Getrieben Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum weggenauen
und lastunabhängigen Verzögern und Wiederbeschleunigen bei unveränderter Pumpenleistung
und ungedrosselter Strömung der Hydraulikflüssigkeit von hydraulischen Getrieben
mit einem hydraulischen Schubkolbenmotor und einer den Motor während des Arbeitsspiels
speisenden Druckölpumpe von - gegebenenfalls regelbarer - konstanter volumetrischer
Leistung sowie einer Ventileinrichtung zum Steuern des Druckölstromes zwischen Arbeitsmotor
und Pumpe. In vielen Anwendungsfällen von hydraulischen Getrieben wird die Forderung
erhoben, daß der Schubkolbenmotor oder der von diesem bewegte Teil an vorbestimmten
Stellen seines Arbeitsweges zum Halt kommt und von diesem Haltepunkt aus wieder
in der einen oder der anderen Richtung beschleunigt werden kann.
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Ein Beispiel für solche hydraulischen Getriebe sind Getriebe für Aufzüge
und Hebebühnen, bei denen ein Tauchkolben als Schubkolbenmotor dient. Hierbei ist
es bekannt, die Pumpe bei Hubfahrt über ein Sicherheitsventil in den Hubzylinder
fördern zu lassen und über den Pumpenmotor auf Halt zu schalten, während bei Senkfahrt
die Last sich auf einer über ein Drosselventil in den Behälter abfließenden Ölsäule
abstützt, wobei das Ventil magnetisch geschaltet wird. Um einen möglichst stoßfreien
Halt zu bekommen, ist es weiter bekannt, vor dem Halt einen Schleichgang mit Hilfe
eines weiteren Drosselventils einzuschalten. In den Drosselventilen treten jedoch
erhebliche Verluste auf. Durch den Drosselvorgang steigt die Temperatur des Öles
und nehmen damit auch die Leckverluste zu. Vor allem aber arbeiten Drosseln bekanntlich
lastabhängig. Es wirken also zahlreiche Einflüsse auf das Verhalten von Drosselorganen
ein. Derartige Regelorgane sind daher auch nur bei kleinen Leistungen und Belastungen
und geringen Genauigkeitsanforderungen verwendbar. Es sind zwar auch Drosselregeleinrichtungen
bekannt, die einen Teil dieser Einflüsse selbsttätig kompensieren. Diese Einrichtungen
benötigen jedoch in der Regel einen merklichen Gegendruck, so daß mit ihnen eine
Regelung in der Nähe der Geschwindigkeit »Null« ungenau wird.
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Aus den genannten Gründen werden daher zur Geschwindigkeitsregelung
hydraulischer Getriebe regellose Pumpen verwendet. So hat man sich für hydraulische
Getriebe für Werkzeugmaschinen, bei denen der Schubkolbenmotor rasche Wechselbewegungen
ausführen muß, regelbarer, über Null umsteuerbarer Pumpen, z. B. von der Radialkolbenbauart,
bedient. Die Genauigkeit der Regelung ist aber auch in diesen Fällen in starkem
Ausmaß von der Größe und der Veränderlichkeit der Leckverluste, insbesondere in
der Pumpe selber, abhängig. Solange die Geschwindigkeit konstant bleibt ist zwar
die Regelung nicht schwierig, sobald aber die Geschwindigkeit zum Verzögern oder
Beschleunigen geändert wird, macht sich der relative Leckaustausch an der Gesamtfördermenge
der Pumpe erheblich bemerkbar. Man kann zwar die Leckölverluste ersetzen, z. B.
durch Regeleinrichtungen, die auf Änderungen der Drücke ansprechen. Diese Regeleinrichtungen
sind aber bei Geschwindigkeiten in der Nähe des Wertes »Null« nicht brauchbar.
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Es ist weiterhin eine Anordnung für hydraulische Aufzüge bekannt,
bei der die Istgeschwindigkeiten des Aufzuges und eines mit Sollgeschwindigkeit
angetriebenen lastunabhängig bewegten Gliedes verglichen und der gefühlte Differenzwert
zur Beeinflussung einer Ventileinrichtung der regelbaren Pumpe herangezogen wird.
Hier werden also etwaige, z. B. auf Laständerungen oder Lecköländerungen zurückzuführende
Geschwindigkeitsänderungen mit Hilfe von einer Art hydraulischen Folgeeinrichtungen
kompensiert. Abgesehen von dem technischen Aufwand versagt die Einrichtung, sobald
der Gesamtförderstrom in die Größenordnung des Leckölstromes gelangt. Eine Regeleinrichtung
dieser Art kann ja nur bei Auftreten einer merklichen Differenz zwischen Sollwert
und Istwert arbeiten. Bei dem angenommenen Zustand wird diese notwendige Differenz
aber größer als der Istwert der Geschwindigkeit überhaupt. Auf Grund der Leckverluste
muß dem Sollwert
»Null« außerdem eine Pumpenstellung zugeordnet
sein, bei der die Pumpe noch Öl fördert.
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Wenn die Pumpe über Null umsteuerbar sein soll, muß der Sollwertgeber
zwei »Null«-Stellungen aufweisen, welche den Leckölmengen in den beiden Arbeitsrichtungen
der Pumpe entsprechen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs bezeichneten
Art zu schaffen, die universell verwendbar ist und eine genaue stoßfreie Ansteuerung
eines vorbestimmten Haltepunktes gestattet, ohne daß der Steuervorgang an zeitliche
Grenzen oder besondere Vorsteuervorgänge, z. B. an das Einschalten eines Schleichganges,
Drosselung des Ölstromes, gebunden ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß durch die Kombination
der Merkmale, daß die Ventileinrichtung einen Dosierzylinder aufweist, dessen Zylinderkammer
mit der Druckleitung zwischen Pumpe und Arbeitszylinder zumindestens während des
Verzögerungs- und Beschleunigungsvorganges verbindbar ist und einen in der Kammer
verschiebbaren Dosierkolben aufweist, und daß eine Steuervorrichtung zum zwangsweisen
Verschieben des Dosierkolbens in seinem Dosierzylinder vorgesehen ist, die nur während
des Verzögerungs- und des Beschleunigungsvorganges arbeitet und den Dosierkolben
mit einer sich nach einer-vorgegebenen Charakteristik zwischen dem Wert Null und
einem Maximalwert ändernden Geschwindigkeit derart verschiebt, daß bei dem Maximalwert
die Volumenänderung der Dosierzylinderkammer pro Zeiteinheit etwa gleich der konstanten
volumetrischen Leistung der Druckölpumpe ist. Vorteilhafterweise dient zum zwangsweisen
Verschieben des Dosierkolbens ein mit - gegebenenfalls regelbarer - konstanter Geschwindigkeit
antreibbarer Sinustrieb. -Die Verwendung eines ähnlichen zwangläufigen Antriebs
mit Hilfe einer Antriebkurve ist an sich von einem hydraulischen Getriebe bekannt,
bei dem ein Schubkolbenmotor über ein während des Hubes starres hydraulisches Gestänge
mit einem durch die Kurvenscheibe zwangläufig nach einer vorbestimmten Funktion
verschiebbaren Pumpenkolben verbunden ist. Eine weitere, ständig umlaufende Ölpumpe
dient nur dazu, im Stillstand des Getriebes etwaige Leckölmengen zu ersetzen. Das
Arbeitsspiel des Schubkolbens ist zwangläufig von der hin- und hergehenden Bewegung
des gesteuerten Pumpenkolbens abhängig. Die Hublänge bestimmt das Hubvolumen des
Pumpenzylinders. Es handelt sich hier also um ein völlig anderes Getriebe.
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Nach einem nachveröffentlichten älteren Vorschlag hat man zur Steuerung
einer über Null umsteuerbaren Pumpe dessen Steuerorgan mittels einer Schwinge mit
einem durch eine Steuerpumpe betätigten Umsteuerkolbenschieber verbunden. Der Drehpunkt
der Schwinge ist durch eine Spindel verstellbar. Dabei sind der Umsteuerkolbenschieber
und das Steuerorgan der Pumpe mit Führungszapfen in einer Kulisse der gemeinsamen
Schwinge geführt, so daß eine zwangsweise gesteuerte Wechselbewegung stattfindet.
Die oben geschilderten Schwierigkeiten einer genauen Umsteuerung mit Hilfe einer
umsteuerbaren Pumpe können damit jedoch nicht behoben werden.
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Bei der neuen Anordnung liegen die Verhältnisse dagegen wesentlich
anders. Bei ihr arbeitet die Pumpe ähnlich wie bei der Regelung durch Drosseln mit
gleichbleibender, der jeweiligen Hubgeschwindigkeit entsprechender Förderleistung.
Gemessen an dieser Förderleistung ist der Leckanteil relativ klein.
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Dementsprechend wirken sich auch Laständerungen nur wenig auf die
ölnutzmenge aus. Falls erforderlich, kann man auch eine Pumpe mit selbsttätiger
Konstantregelung der Pumpenleistung verwenden, wie sie oben angedeutet wurde. Dies
ist jedoch für die Abbremsung und Wiederbeschleunigung des Getriebes gemäß der Lehre
der Erfindung ohne entscheidende Bedeutung. Da sich während der Abbremsung od. dgl.
am Zustand der Pumpe nichts ändert, kann sich auch der Einfluß der Leckverluste
auf den Bewegungsablauf nicht ändern, da in jedem Fall die Summe der dem Arbeitszylinder
und dem Dosierzylinder zugeführten Ölmenge konstant gleich der Förderleistung der
Pumpe ist. Da die letztere konstant ist, ist die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens
während der Abbremsung des Dosierkolbens abhängig. Die Abhängigkeit ist direkt und
zwangläufig und ohne jede Nacheilung, da es sich um keine Nachfolgeregelung handelt.
Damit ist die Voraussetzung für größte Genauigkeit gegeben.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß man mit der neuen Anordnung
für sehr schnelle Wechselbewegungen eine Anordnung zum stoßfreien Verzögern und
Wiederbeschleunigen erhält, die mit praktisch unbegrenzter Schaltfrequenz arbeiten
kann und von der Drehzahl der Pumpe unabhängig ist. Auf der anderen Seite ist ersichtlich,
daß man beispielsweise für hydraulische Aufzüge ein genaues stoßfreies Ansteuern
der Haltepunkte des Aufzuges erhält, ohne daß ein Schleichgang erforderlich ist.
Gleichzeitig ist die neue Anordnung gerade auch bei Verwendung von Niederdruckpumpen
geeignet, wie sie für hydraulische Aufzüge wünschenswert sind.
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Selbstverständlich muß die Anordnung gemäß der Erfindung dem jeweiligen
Verwendungsfall entsprechend angepaßt werden. Abgesehen von diesen, aus den jeweiligen
Umständen gegebenen Besonderheiten, ist das Umsteuerprinzip der neuen Anordnung
in allen Anwendungsfällen praktisch das gleiche.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung, und zwar in Anwendung
bei einem hydraulischen Aufzug mit hydraulischen Tauchkolben als Arbeitsmotor.
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F i g. 2 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung, und zwar in Anwendung
bei hydraulischen Getrieben für Wechselbewegungen, insbesondere Werkzeugmaschinen
mit hoher Wechselfrequenz.
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F i g. 3 bis 7 zeigen einen wesentlichen Ausschnitt der Anordnung
gemäß F i g. 2, und zwar jeweils in einer anderen Phase eines Umsteuervorganges.
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F i g. 1 zeigt die Anordnung gemäß der Erfindung in Anwendung bei
einem hydraulischen Aufzug. Der hydraulische Aufzug ist selber nur schematisch bei
1 angedeutet. Das Gewicht des Aufzugs ruht auf einer Stange 2, die den Tauchkolben
des hydraulischen Arbeitsmotors 3 bildet. Der Zylinderraum 4 des Schubkolbenmotors
steht mit einer Druckmittelpumpe 5 über die Leitung 6 in Verbindung. Als Druckmittelpumpe
ist im dargestellten Beispiel eine Zahnradpumpe vorgesehen, die durch einen Motor
7 in beiden Drehrichtungen angetrieben werden kann. Selbstverständlich kann jede
andere Hydraulikpumpe
an die Stelle der dargestellten Zahnradpumpe
5 treten. Die Pumpe 5 ist mit einem Ölbehälter 8 über eine erste Saugleitung 9 verbunden,
in der eine allgemein mit 10 bezeichnete Ventileinrichtung dafür sorgt, daß in der
Leitung stets ein Mindestdruck, der etwas größer als der Druck Null ist, aufrechterhalten
wird. Eine ähnliche Ventileinrichtung 11 ist in der Verbindungsleitung 6 zwischen
Arbeitsmotor und Pumpe vorgesehen, die ebenfalls den Zweck hat, dann, wenn diese
Leitung mit der Saugseite der Pumpe verbunden ist, in dieser Leitung einen geringen
überdruck aufrechtzuerhalten. Des weiteren ist in der Verbindungsleitung 6 eine
Ventileinrichtung 12 vorgesehen, die einen Kolben 13 aufweist, der
unter der Einwirkung einer Feder 14 steht, um den Ventilkörper
15 in seine Schließstellung vorzuspannen. Die andere Seite des Kolbens 13
ist über eine Abzweigleitung 16 mit der Leitung 6 verbunden, so daß der Kolben in
Öffnungsrichtung bewegt werden kann, wenn in der Leitung 6 ein ausreichender Druck
vorhanden ist.
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Mit der Verbindungsleitung 6 ist über eine Zweigleitung
20 ein Dosierzylinder 21 mit darin spielendem Dosierkolben 22 verbunden,
und zwar über ein Vorsteuerventil 23, mit dessen Hilfe die beiden Kolbenseiten des
Dosierkolbens wahlweise mit der Zweigleitung 20 in Verbindung gebracht werden können.
Der Dosierkolben 22 ist nach beiden Seiten aus dem Dosierzylinder 21 herausgeführt
und weist auf der rechten Seite gemäß F i g. 1 einen Anschlag 24 und auf
der linken Seite eine Verbindung 25 zu einem Sinustrieb 26 auf. Der Sinustrieb ist
in Form eines Kurbeltriebes dargestellt, wobei der Anlenkpunkt 28 des Verbindungsgliedes
25 an die Kurbel verstellbar ausgebildet ist. Der Antrieb des Kurbeltriebes 26 erfolgt
über einen Servomotor 27, der gleichzeitig mit dem Antriebsmotor 7 der Zahnradpumpe
8 ein-und ausgeschaltet werden kann. Der Kurbeltrieb 26 kann über den Motor
27 in beiden Richtungen mit gleichförmiger Geschwindigkeit angetrieben werden, und
zwar so, daß der Anlenkpunkt 28 des Verbindungsgliedes 25 sich zwischen
den beiden mit A und B bezeichneten Stellungen über 90° bewegen kann.
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Der Vorsteuerschieber 23 kann in bekannter Weise in beiden Richtungen
jeweils durch einen Elektromagneten 30 bzw. 31 umgestellt werden. Von dem Vorsteuerschieber
23 aus gehen Verbindungsleitungen 32 und 33 zu den äußeren Enden des Dosierzylinders
21. Von der Leitung 33 zweigt eine Leitung 34 ab, die etwa in der
Mitte des Dosierzylinders in diesen in der Weise einmündet, daß die Eintrittsöffnung
durch den Dosierkolben 22 dann, wenn dieser Kolben seine rechte äußere Stellung
einnimmt, gerade noch freigegeben wird. In der gleichen Höhe mit der Leitung 34
geht von dem Dosierzylinder eine Abflußleitung 29 in den Druckmittelbehälter B.
In einer Verbindungsleitung 35 zwischen der rechten Seite der Pumpe 5 und dem Vorsteuerschieber
23 ist ein Umschaltschieber 36 vorgesehen, der durch zwei Schaltmagnete 37, 38 in
seine beiden Stellungen umsteuerbar ist. Der Umsteuerschieber 36 steht mit dem Vorsteuerschieber
23 über zwei Zweigleitungen 40 und 41 in Verbindung. Außerdem führt
eine weitere Leitung 42 vom Umschaltschieber 36 zu einem Druckmittelbehälter.
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Die Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Anordnung ist die folgende:
Die Pumpe 5 von konstanter Förderleistung (Zahnrad- oder Schraubenpumpe) wird je
nach Heben oder Senken der Aufzugkabine 1 rechts- oder linkslaufend angetrieben.
Beim Heben der Kabine saugt die Pumpe durch die Leitung 9 und fördert das Drucköl
in die Leitung 6. Das Drucköl öffnet das Haltventi112, so daß das Öl in den Zylinderraum
4 eintreten kann und den Tauchkolben 2 anhebt.
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In der Aufzugkabine 1, in deren Bahn im Aufzugschacht, sowie an den
einzelnen Stationen, sind in bekannter Weise Steuerfühler oder Schalter angeordnet,
mit denen die Fahrt bzw. der Halt der Aufzugkabine automatisch bzw. durch Hand gesteuert
werden kann. Befindet sich der Aufzug 1, wie oben beschrieben, in der Fahrt nach
oben und erfolgt das Kommando »Halt«, so wird der Vorsteuerkolben 23 in die in F
i g. 1 dargestellte Lage gebracht. Der Umschaltkolben 36 besitzt bei der Aufwärtsfahrt
ebenfalls die in F i g. 1 dargestellte Lage. Gleichzeitig mit dem Kommando »Halt«
wird der Sinustrieb 26 in Bewegung gebracht. Während der Aufwärtsfahrt des Aufzugskorbes
1 befindet sich der Anlenkpunkt 28 des Sinustriebes in der Stellung A. Wird
jetzt der Sinustrieb eingeschaltet, so erfolgt eine Drehung mit konstanter Drehgeschwindigkeit
in Richtung von der Stellung A in die Stellung B. Damit wird der Dosierkolben
22 entsprechend einer Sinusfunktion aus seiner linken Stellung in F i g. 1 in die
dargestellte rechte Stellung gebracht. Während dieses Vorganges steht die linke
Seite des Dosierkolbens über die Leitung 20 und die Leitung 32 mit der Verbindungsleitung
6 zwischen Pumpe 5 und Arbeitsmotor 3 in Verbindung. Während der Bewegung des Dosierkolbens
22 dosiert dieser Kolben in sinusförmigem Verlauf das Öl aus der Druckleitung 6
ab. Der Sinustrieb sowie- der Dosierzylinder sind so ausgelegt, daß in der Stellung
B des Anlenkpunktes 28 der Dosierkolben aus der Leitung 6 die gesamte Fördermenge
der Konstantpumpe 5 abdosiert. Sobald der Dosierkolben seine rechte Stellung erreicht,
gibt er die Verbindungsleitung 35 zum Ölbehälter 8 frei, so daß die
Leitung 6 drucklos wird. Als Folge hiervon schließt das Halteventil 12 automatisch,
so daß der Aufzugkorb 1 zum Stillstand kommt. Gleichzeitig wird der Antrieb für
den Sinustrieb 26 abgeschaltet. Die Aufzugkabine ist auf Grund der Steuerung durch
den Sinustrieb 26 und den Dosierkolben 22 in sinusförmigem Verlauf von ihrer normalen
Fahrtgeschwindigkeit stoßlos auf Halt verzögert worden.
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Die Konstantpumpe 5 kann unterdessen weiterarbeiten, wobei sie das
Öl über die Leitung 20, 32
bzw. 33, 34 und 29 in den Behälter 8 fördert. Bei
einem nachfolgenden Einschalten des Aufzuges 1 wird der Sinustrieb, gleich, ob Fahrt
nach oben oder Fahrt nach unten eingeschaltet wird, durch seinen Antrieb 27 aus
der Stellung B in die Stellung A mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit
bewegt. Wenn angenommen wird, daß die nächste Fahrt nach oben geht, so wird mit
dem Einschalten des Aufzuges das Vorsteuerventil 23 in seine rechte Stellung eingeschaltet,
während der Umschaltschieber 36 seine dargestellte Stellung beibehält. Durch das
Umschalten des Vorsteuerschiebers 23 in die rechte Stellung wird nunmehr die Leitung
33 mit der Leitung 20 verbunden, während die Leitung 32 über
die Leitung 40
und die Leitung 42 mit dem Ölbehälter in Verbindung steht,
so daß Öl von der linken Seite des Dosierkolbens 22 abfließen kann. Nach geringfügiger
anfänglicher
Bewegung des Dosierkolbens 22 werden die Leitungen 34 und 29 gesperrt,
so daß der Dosierkolben auf seiner rechten Seite aus der Leitung 6 Öl abdosiert,
und zwar zunächst, entsprechend der Bewegung des Sinustriebes, die gesamte Fördermenge
der Pumpe. Die abdosierte Menge verringert sich in sinusförmigem Verlauf, bis die
abdosierte Menge den Wert Null erreicht, sobald der Anlenkpunkt 28 in die
Stellung A gelangt. In dieser Stellung wird der Motor 27 ausgeschaltet. Gleich bei
Beginn dieses Beschleunigungsvorganges hat sich unter dem wachsenden Druck in der
Leitung 6 das Haltventil geöffnet, so daß das Drucköl in den Zylinderraum
4
eintreten kann. Damit wird der Aufzugkorb 1 von der Geschwindigkeit Null
stoßfrei gemäß einer Sinuskurve auf seine übliche Fahrtgeschwindigkeit beschleunigt.
Beim nächsten Halt wiederholt sich derselbe Vorgang.
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Soll aus der Haltstellung eine Abwärtsbewegung der Aufzugkabine vorgenommen
werden, so werden gleichzeitig mit dem Fahrtkommando der Umschaltschieber 36 und
er Vorsteuerschieber in die linke Stellung und der Antriebsmotor 7 für die Zahnradpumpe
5 in die entgegengesetzte Drehrichtung umgeschaltet. Die Pumpe 5 saugt damit über
ein Rückschlagventil 45 aus dem Behälter an und fördert über die Leitung
35 die Leitung 41 und die Leitung 33 auf die rechte Seite des
in seiner rechten Stellung befindlichen Dosierkolbens. Gleichzeitig stößt der sich
nach links bewegende Dosierkolben Öl über die Leitung 32 und die Leitung
20 in die Verbindungsleitung 6. Die vom Dosierzyiinder 21 in die Leitung
6 geförderte Menge entspricht bei Beginn der Abwärtsfahrt der vollen Saugleitung
der Pumpe 5. Das Haltventil 12 ist infolge des durch die Ventileinrichtung
11 aufrechterhaltenen Druckes in der Leitung 6 geöffnet. Ein Absinken der Kabine
kann zunächst jedoch nicht stattfinden, da die Saugleistung der Pumpe durch das
aus dem Dosierzylinder 21 ausfließende Öl voll befriedigt wird. Erst mit
der sinusförmigen Verzögerung des Dosierkolbens 22 wächst der Anteil des Öles, das
von der Pumpe aus dem Zylinderraum 4 abgesaugt wird, bis schließlich die Pumpe nur
noch aus dem Zylinderraum 4 absaugt, wenn der Kolben 22 seine linke Stellung
erreicht hat. Kommt während der Abwärtsfahrt das Kommando »Halt«, so wird der Vorsteuerschieber
nach rechts umgeschaltet, während der Sinustrieb sich vom Punkt A in Richtung auf
den Punkt 2 in Bewegung setzt. Dadurch wird gemäß eines sinusförmigen Verlaufs in
die Saugleitung 6 der Pumpe von der rechten Seite des Dosierkolbens 22 Öl
in steigendem Maße zugeführt, wobei die Absaugung von Öl aus dem Zylinderraum
4 entsprechend abnimmt, bis die Saugseite der Pumpe 5 ihren gesamten Bedarf
aus dem Dosierzylinder 21 erhält und der Aufzugkorb 1 zum Stillstand
kommt.
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Es ist ohne weiteres verständlich, daß die Steuerung des Dosierkolbens
22 auch auf andere Weise erfolgen kann. Auch kann der Antrieb des Sinustriebes
26 statt durch einen Motor 27, beispielsweise einen Getriebebremsmotor, auch auf
hydraulischem Wege erfolgen, wie, dies in F i g. 1 a angedeutet ist. Zu diesem Zweck
ist eine Pumpe 50 vorgesehen, die zum Antrieb eines hydraulischen Servomotors
51
dient, der über eine Zahnstange ein Ritze152 antreibt, das mit dem Sinustrieb
26 drehfest verbunden ist. Die Arbeitsweise dieses hydraulischen Antriebes ist ohne
weiteres aus der Darstellung ersichtlich, so daß sich eine nähere Beschreibung erübrigt.
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Durch Einstellung des Anlenkpunktes 28 an der Kurbelscheibe
26 kann die Verzögerungsgeschwindigkeit bzw. Wiederbeschleunigungsgeschwindigkeit
des hydraulischen Antriebes eingestellt werden.
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Man erkennt weiter, daß die wesentlichen Elemente der neuen Anordnung
in einem Dosierzylinder mit darin spielendem Dosierkolben und einem Steuerantrieb
für die Bewegung des Dosierkolbens bestehen, so daß aus der Verbindungsleitung zwischen
Arbeitsmotor und Pumpe nach einer ganz bestimmten Funktion Öl abgezweigt werden
kann bzw. Öl
zugeführt werden kann, um bei konstant arbeitender Pumpe den
Ölzufluß bzw. den ölabfluß zu bzw. vom Arbeitsmotor in beliebiger Weise regeln zu
können. Die Anordnung und Ausbildung der übrigen Ventilsteuereinrichtung, wie Vorsteuerschieber
und Umschaltschieber sind von sekundärer Art und richten sich nach dem jeweiligen
Verwendungszweck der Steueranordnung bzw. des hydraulischen Getriebes. Dies wird
deutlich an Hand eines weiteren Anwendungsbeispieles, das an Hand der F i g. 2 bis
7 nachfolgend näher erläutert wird.
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In dem Beispiel gemäß F i g. 2 ist als Schubkolbenmotor ein lineare
Wechselbewegungen hoher Frequenz ausführender Arbeitskolben K 1 vorgesehen. Derartige
Arbeitskolben werden in sehr großem Maße bei Werkzeugmaschinen verwendet. Sie führen
Wechselbewegungen aus, die insbesondere bei Zahnradstoßmaschinen mit sehr hoher
Frequenz erfolgen müssen. Der Arbeitskolben ist als zweiseitig herausgeführter Kolben
ausgebildet. Als Arbeitspumpe P dient im vorliegenden Fall eine hydrostatische Pumpe,
deren volumetrische Leistung durch das Einstellwerk L nach Belieben eingestellt
werden kann. Statt der hydrostatischen Pumpe kann auch jede andere Pumpe mit einstellbarer
volumetrischer Leistung verwendet werden, da die Umsteuermöglichkeit über Null der
hydrostatischen Pumpe P im vorliegenden Fall nicht ausgenutzt wird. Die Pumpe arbeitet
vielmehr stets in der gleichen Förderrichtung. Die Arbeitspumpe saugt über die Leitung
101 aus dem Behälter 108 an. Die Druckleitung 102 der Pumpe
führt zu einem Umschaltschieber 110, der die Druckleitung 102 wahlweise
mit den beiden Speiseleitungen 103 und 104 des Arbeitskolbens K
1 verbinden kann.
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Von der Druckleitung 102 zweigt vor dem Umschaltschieber
1.10 eine Zweigleitung 102a ab, die zu einem Wechselventilschieber
111 führt. Dieser kann die Leitung 102 a wahlweise mit zwei Leitungen
103 a
bzw. 104a verbinden, die zu den beiden Seiten eines in dem Dosierzylinder
112 spielenden Dosierkolbens K7 führen. Dieser ist auf beiden Seiten aus dem Dosierzylinder
112 herausgeführt und auf der linken Seite mit einem Sinustrieb Si l verbunden,
der in Pfeilrichtung mit gleichförmiger Geschwindigkeit angetrieben werden kann.
Auf der rechten Seite ist der Dosierkolben K7 unmittelbar mit dem Umschaltschieber
110 verbunden, so daß nicht nur die Bewegung des Dosierkolbens K7, sondern auch
die Tätigkeit des Umschaltschiebers 110 durch den Sinustrieb gesteuert wird.
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Von dem Umschaltschieber 110 führen zwei Leitungen 120
a und 120 b zu den beiden Seiten eines zweiten in einem Dosierzylinder
113 spielenden Dosierkolbens K8. Dieser ist ebenfalls auf beiden Seiten aus seinem
Zylinder herausgeführt und auf
der rechten Seite mit dem Wechselventilschieber
111
und auf der linken Seite mit einem zweiten Sinustrieb Si 2 verbunden,
der in der gleichen Drehrichtung und reit der gleichen Drehzahl wie der erste Sinustrieb
Si l angetrieben wird, Außerdem weist der Dosierkolben K8 zwei Steuerkanäle
auf, die in dessen Mittelstellung eine Verbindung zwischen den beiden Seiten des
Dosierzylinders 113 zu der Behälterleitung 120 herstellen. In jeder
anderen als der Mittelstellung sind diese Verbindungen jedoch durch den Dosierkolben
K8 geschlossen. Die Anordnung der Steueröffnungen des Umschaltschiebers ist so getroffen,
daß stets eine Seite des Dosierkolbens K8 mit der jeweiligen Abflußleitung des Arbeitskolbens
K1 verbunden ist. Während also der erste Dosierkolben K7 stets der Druckleitung
zugeordnet ist, liegt der Dosierkolben K8 stets in der Abflußleitung des Arbeitskolbens.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel arbeiten die beiden Sinustriebe
stets in der gleichen Drehrichtung. Die beiden Sinustriebe sind jedoch jeweils um
90° Phasenwinkel gegeneinander versetzt, so daß sich der zweite Sinustrieb Si2 in
einer 90°-Stellung befindet, wenn der erste Sinustrieb Si l seinen Null-Durchgang
hat. Der Antrieb der beiden Sinustriebe, die vorzugsweise auf einer gemeinsamen
Welle sitzen, erfolgt zweckmäßigerweise mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit.
Weiterhin ist es zweckmäßig, dann, wenn man eine Arbeitspumpe F mit veränderbarer
volumetrischer Leistung benutzt, den Antrieb für die Sinustriebe so ausbildet, daß
seine Drehzahl sich proportional mit der volumetrischen Leistung der Arbeitspumpe
P ändert. Im dargestellten Beispiel erfolgt der Antrieb der Sinustriebe unmittelbar
durch das von der Arbeitspumpe P bewegte Drucköl. Dies ist ohne weiteres ersichtlich,
da sich die Sinustriebe während des Umschaltvorganges, bei dem die Behälterleitung
120 abgesperrt ist, durch die beiden Dosierkolben K7 und K8, die jeweils in der
Druckleitung bzw. der Saugleitung der Pumpe liegen, unmittelbar auf der durch die
Pumpe P bewegten Ölsäule abstützen. Die Bewegung der Sinustriebe erfolgt damit stets
zwangläufig proportional zu der volumetrischen Leistung der Arbeitspumpe.
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Um die Sinustriebe bei Auslösung eines Wechselvorganges in Tätigkeit
zu bringen, ist im dargestellten Beispiel ein Anstoßkurbeltrieb Aw vorgesehen, der
mit den beiden Sinustrieben drehfest verbunden ist und durch einen Anstoßkolben
K6 betätigt werden kann. Der Anstoßkolben K6 kann neben seinen beiden Endstellungen
mit Hilfe von zwei frei schwimmend in dem Anstoßzylinder angeordneten Stellungskolben
K4 und K5 eine Mittelstellung einnehmen. Die Mittelstellung ist seine normale Stellung
während der Arbeitshöhe des Arbeitskolbens K 1.
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Zur Speisung des Anstoßkolbens K6 dient eine Hilfspumpe ZP, beispielsweise
eine Zahnradpumpe, die über die Leitung 130 aus dem Behälter 108 ansaugt
und deren Druckleitung 131 zu zwei parallel geschalteten Vorsteuerkolben
K2 und K3 führt, Die beiden Vorsteuerkolben K2 und K3 befinden sich normalerweise
in ihrer linken Stellung, und zwar unter dem Einfluß des durch ein Niederdruckriegelventil
GV auf einem bestimmten Wert gehaltenen Drucks in der Behälterleitung 120. Zu diesem
Zweck führt eine Zweigleitung 120c von der Behälterleitung 120 auf die rechte
Seite der beiden Vorsteuerkolben K2 und K3. Weiterhin sind die beiden Vorsteuerkolben
durch hydraulische Gestänge 135 und 136
jeweils mit Fühlkolben KT 1
und KT 2 verbunden, deren Fühler in bekannter Weise in der Bahn von Steuernocken
137 liegen, die von dem Arbeitskolben K 1 oder von einem von diesem
bewegten Teil synchron verstellt werden können, um die Wechselvorgänge auszulösen.
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Wenn die Vorsteuerkolben normalerweise ihre linke Stellung einnehmen,
kann das Drucköl aus der Leitung 131 die Vorsteuerzylinder frei durchströmen
und jeweils auf die äußere Seite der beiden Stellkolben K 4 und K 5 über
die Leitungen 106 a und 106 b gelangen. Von dem gleichen Druckölstrom
wer-,?en huch die beiden Seiten des Anstoßkolbens K6 beaufschlagt. Sobald durch
Verschieben eines Fühlkolbens KT der zugehörige Vorsteuerkolben verschoben
wird, verbindet dieser die zugehörige Leitung zu dem Anstoßzylinder mit einer Behälterleitung,
so daß die zugehörige Seite des Anstoßzylinders drucklos wird und der Anstoßkurbeltrieb
in Gang gesetzt wird. Der Anstoßkolben K6 ist nur über einen geringen Winkelbereich
wirksam, da er nach kurzem Hub bereits auch die andere Seite des Anstoßzylinders
über eine Entlastungsleitung 115 mit dem Behälter verbindet. Der wirksame
Winkelbereich des Anstoßkurbeltriebes reicht aus, um die beiden Dosierkolben K7
und K8 zur Wirkung zu bringen, so daß der weitere gleichförnüge Antrieb der Sinustriebe
nunmehr über das Öl der Arbeitspumpe P erfolgt. Durch die Bewegung der Sinustriebe
wird auch der Anstoßkolben K6 am Ende der Wechselbewegung wieder in seine Mittelstellung
zurückgebracht, wobei gleichzeitig der Niederdruck in der Behälterleitung 120e die
Vorsteuerkolben K2 und K3 in ihre Ruhestellung zurückführt, so daß nach Beendigung
des Wechselvorganges der Anfangszustand wiederhergestellt ist, Selbstverständlich
kann für den Antrieb der Sinustriebe sowie für die Auslösung der Wechselvorgänge
durch die Fühlschalter auch jede andere geeignete Anordnung gewählt werden. Die
vorliegend dargestellte Anordnung hat sich für den praktischen Betrieb zweckmäßig
erwiesen, da sie praktisch ohne Verzögerung auch bei sehr hohen Frequenzen sicher
arbeitet.
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Die Arbeitsweise der in F i g. 2 dargestellten Anordnung wird nachfolgend
an Hand der F i g. 3 bis 7 näher erläutert. In diesen Figuren sind lediglich die
für die Wirkungsweise wesentlichen Teile und die zugehörigen Zu- und Ableitungen
dargestellt. Die Darstellung in F i g. 3 entspricht der in F i g. 2 dargestellten
Stellung. Es handelt sich hierbei um diejenige Stellung, bei der der Arbeitskolben
K1 seinen normalen Arbeitshub nach unten gemäß des Pfeiles in F i g. 2 ausführt.
Die Ölströme sind durch Pfeile in F i g. 3 angedeutet, wobei gefiederte Pfeile den
Druckölstrom und einfache Pfeile den Niederdruckstrom wiedergeben. Der Verlauf des
Öles ist ohne weiteres ersichtlich, so daß sich. eine nähere Beschreibung erübrigt.
Die Umsteuervorrichtung ist außer Betrieb. Die Sinustriebe befinden sich in der
dargestellten Stellung in Ruhe. Bei Annäherung an die untere Endstellung des : Arbeitskolbens
K 1 betätigt der Steuernocken 137 den Fühlschalter KT 2. Dadurch
wird die rechte Saite des Anstoßkolbens K6 entlastet, so daß die Sinustriebe aus
der in F i g. 2 und 3 dargestellten Stellung in Drehrichtung des Pfeiles angestoßen
werden. Unmittelbar nach den ersten Drehwinkeln
- kommt der- Anstoßkolben
K6 außer Wirkung, und der Antrieb der. Sinustriehe erfolgt über die/ Dösierkolbeh
:K7, 'K8.> -Der @ösierkolben K 8 unterbricht unmittelbar die Verbindung zwischen
der Leitung 120-b und 120. Gleichzeitigigibt der mit dem Dosierkolben K8 .verbundene
Wechselventilschieber 111 die Verbindung zwischen -der Abzweigleitung 102
a und deri Leiturig 103 a zur rechten Seite des Dosierkolbens -lf
7. --frei: -Das ö1,-kann dabei von der rechtmßeit6,des.Dosierkoibens K8 über die
Leitung 1,2fliz und: das -« von' der winken Seite des Dosierkalbenä;K'7 über:die
LeitungZ04ä indie Saugleitung lfll den Arbeitspumpe abfließen. Die - Strömungsrichtungen
in den Speiseleitungen des Arbeitskolbens blAben unverändert- (Fi g. 4): --_ :Der-::,Du'sieTkolben
K7? zieht über. die Abzweigleitung,162a aus der # Druckleitung 101 -Öl ab;
und zwas entsprechend der konätahtea Winkelgeschwindigkeit-` des -#Sinustriebeg-Si
l:-zunächst` @ iri 'kleineren Mengen, lila stetig. gröBex #wrden; bis der -.Sinüstrieb
5i l seine' ß0°-Stellung=-(F i.g: 5) erreicht` hat. In dt%sert&ellung,entspricht:die
vom Dosierkoiben K7 atts stet' 'Driabeitung 102 entzogene Druckölmenge deF
'vctlumetrisehen Leistung der Arb'eitspumpe.P, so:.daß der! Arbeitskolbein K3: zum
Stillstand -kommt. Bbvcrrrauf=-diese -Stellung aiäher eingegangen wird, wird Lias
Arbeitsspiel desiDosierkolbens K8 noch. an Hmd- von F:i g: r4. nä$et beträhhtet:'
Ifei -Anstoß des Sinustrisbes Si2 wird der##Dosierkolben-K:igmit: seiner größten;:
Bbwegiingsieschwindigkeit nach rechts bewegÜ Er nimmt, daher zunächst :präktisch.
die ganze SM :der Leitung l*i abfließende ölmegge auf. @ Die Bcüwegung - des Dosieikolbens
Ke wird aber 'entsMecheiid ..der :.Snmslarve inseheii§ -langsamer; so daß ahch -die
.durch :die' Leitung h04'. =abströmende öhnenge entsprechend vefngert wird: Diese
Menge verringert sich bis auf - den' -Wert Null; wenn der KollierrK6^--seine rechte
Endgteliung ::erreicht hat (F,i#g: 5): -Diese entspricht, der Mittelstellung des
Dosicrkolbens K 7,:`so daß-:der Arbeitskolben KI in dieser- Stell(tng zum Stilistmd
kommt. Die-; F i g: 5 sft damit tpraktisch eine:-Momentaufnahme, desjenigen- =Aügenblieks
dar,.>7 an-- denn -der ArbeitskolbefrK 1#seinen Hältepunkt-erreicht, hate und der,-Umschaltschieber
110 gerade seine Umschaltung von der Speiseleiiung103 auf die@Speiseleitung
104 vornimmt. Diese - Uni§chaltüng Verfolgt -praktisch drucklos; da eine
-Strömung in den Leitungen 103 und :104 nicht stattfindet@t:Der-DösierkoibenK8
hat seine rechte Rirhestbllung, erreicht; , während der Dösierkalben K7 gerade rnnit
seinen Mäximggeschwiridigkeit-bewegt wird, wobe% nach wie - vör@ Draeköl : aus der
Leitung 102a:- über den. Wechselventilschieber;lll 'auf die rechtb Seite' des. Dosierkölbens
K7 -flibß't, während vön#''-der, @knken : Seite öl über die- Leitung 1.04a und den
Wechselventflschiebei<111 in die Saugleitung 101
abströmt. . ' -Unmittelbar
na@chdein,'dier in F ig:@ 5 dargestellte Steliizng,überschritten'ist, ist der"L!mschadtvörgttng
durch den -Uinsehahschieber =110 'been&t. Dieser Zustand ist irr F i
g: ° 6 tfärgesteüt: Ntriftnehr~ kann dä's Druckbi - ans `der Leitung 102
über den Umschalt-Schieber 1» in- die 'Leitting 104; treten; 'vvie -durch
die gefiedelten Pfeile ' ahgedbutet -ist. eleichzeitig strömt das. t51 aus der --Löitürig
1»3` über den Ufrischaltscheber 110 tmd die Leitung 120 cl auf die'
rechte Seite des Ddsferkölbens-K8, der sibh-mft'wächsender Geis c h#W indigkeit-hach
links - beweg>`. . -,Der - Dosierkölben K8`- känn' also ents-prealteüd .'derüi'Sinu'verlauf-
in %üaehmendefri Maße 01 aus: doraLditühg 103 a«fnghmen,_wshrend der-Dƒsietkmli*iN.K:71-dbrzufifkst
das gesamtsi Driickßl:,übep'.>e Zveigigihing »02a aus det@Druckleitungi02 leriizieht,-nuhrriekt,inszunehmendem.Maße.'auch
eifre Dtückölströmütilh'der gpieisefeitung 104 "zuiäßt: .bä#dtrrch'r4vii'd dib `$et@iegttng
`des @ ATbeit'skolbeüs'K l 'nachüei4`@i'ri `7 !i g:' 2) inzuhehmendem Maße
besch Wiiriigt.:Dieser Votgaig setzt sich `fort; : so --lange; -bist. dtar @Dosierkölberi
l7 seine` Ihrke Endstellung -c'rreichf; 'in det"det, ghsa#üte Druckölstrom' iri
. die' Leitung =104 einströmt; so - daß nunmehr der Arbeitskolben K l 'seine
volle Arbeitsgeschwindigkeit nach oben erreicht hat. In dieser Stellung kommen die
Steuerelemente; die den Wechselvorgang ausgelöst haben, wieder in ihre' normale
Ruhestellung; so daß der Antrieb 'für die @Sinustriebe stillgesetzt und der Steuervorgäng:
beendet wird."Dabei hat°:dier li>Osierkolben *K8 seine mittlere Stellung wiedererreicht,
in d'er'däs abströmende öl aus der Leitung 103 frei durch den- Dosierkölben
K8 in' die Behälterleitung 120 abströmen kann: Dieser Züständ ist'in P:i: g. 'f
dargestellt. Die ölströmöng ist an Hand der 'gefiederberi Pfeile= für den)Druckblstrom"urid
der einfachen - :;Pfeile: für den.. Iliederdruckströrn veranschaulicht.. .
-
" Sobald sich der Arbeitskolben K1- seiner oberen Endstellung nähen,
betätigt der Steuernocken 137 deii oberen- Fühlschalter KT 1, wodurch däs Arbeitsspiel.,
sich in gleicher Weise; nur in ümgekehitet Richtung wiederholt: Eine: nähere Erläuterung
diegss Arbeitsspiels dürfte sich daher erübrigen.
-
B'ei ' der netieri Anordnung dient der Umschaffbliieber 11A'-tataächlich
äüsschltbßtich 'nur noch 'iür das eigentliche Umschälteri, das piräktisch aügenblickli-Ch
.uiiif' drücklbs 'erfolgen ; Urin. Die V'erzögeüuiig und Wiederbeschleunigurig'des
Arbeiteköibens' erfolgt dagegen nicht durch Drosselurig durch den Unischaftscltieber
= 6der einen arideiret ' Vbrsteuerschiebex; sölnnäern -ausschließlich durch'« AbdösieT-u*
ng - einet 'bestfnihten ÖImenge" äüs den Speiseleitungen, die 'zu d@rr'-Arbeitskolben
fähren:'Mäti erkeriüt därüft, -gäß d"er'1Jinsleüervorgäng -tinabhähgig von Drösselvörgängen
oder unabhängig von , der Art öder Arbeit's= wefse@ b@Nv: Drehzahl der Afbeiitspiiinpe
'ist. ' gelbstvörständlich 'läßt sich däs''gleiche Ziel auch brreichen; wenn der
Arbeitskolben als Differentiäikölben ausgebildet ist, bei der die .wirks'atnen Kalbenselten
sich iiriterscheideri:"'-In diesem Fälle ist- es iediglich:notwendig, daß die beidän'Dösierkölbeii-K7
und K8 in'-entsprechendet:`'VVei§e gs Diffärentialkölbeii äüsgebildet sind,'sö däß
bA-jecle'm,Arbeit--Uze. Rutklfüü durbh' dir -Dösierkalbbn die entsprechbtiden küS"
dehi ' Arbäitskolben "äfifällbü@leri' ölmengeii'' verarbeitet werden köhrieii: "`
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