DE1550757C - Hydraulischer Antrieb für hin- und hergehende Bewegungen an Werkzeugmaschinen - Google Patents
Hydraulischer Antrieb für hin- und hergehende Bewegungen an WerkzeugmaschinenInfo
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Description
1 2
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb für die Stangenseite des Kolbentriebes verbunden ist,
für hin- und hergehende Bewegungen an Werkzeug- daß an diese Verbindung der Druckspeicher und ein
maschinen mit Eilgängen, mit einem Schubkolbentrieb, Überdruckventil für den Druckspeicher und über ein
einem Umsteuerventil für den Kolbentrieb, einem weiteres Überdruckventil die Druckseite der Pumpe
Druckspeicher und einer in der Druckleitung zu den 5 angeschlossen ist, daß das Eilgangventil in der Eilgang-Kolbenräumen
angeordneten, die Durchflußmenge stellung die beiden Eingänge mit dem Druckanschluß
regelnden Einrichtung. des Umsteuerventils und in der Arbeitsstellung ledig-Bei
einem bekannten hydraulischen Antrieb (deut- lieh die Pumpe über die die Durchflußmenge regelnde
sehe Patentschrift 935 641) ist in der Druckleitung Einrichtung mit dem Druckanschluß des Umschaltzu
dem Kolbentrieb ein Druckspeicher mit vorge- 10 ventiles verbindet.
schalteten: Rückschlagventil vorgesehen, der die Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines
gesamte für den Vorschub benötigte Ölmenge auf- ' Schaltschemas dargestellt.
nehmen kann. Zwischen dem Druckspeicher und dem Der in der Zeichnung dargestellte hydraulische
Umsteuerventil für den Schubkolbentrieb ist hier eine Antrieb weist einen Schubkolbentrieb 1 mit einem
Regelpumpe vorgesehen, mit der die Geschwindig- 15 Differentialkolben 5 auf. Die beiden Zylinderräume 8
keiten des Kolbentriebes einstellbar sind. Der Druck- und 9 sind über die Leitungen 14 bzw. 13 an die
speicher wird durch die Pumpe über ein druckab- Arbeitsanschlüsse A bzw. B eines Umsteuerventils 7
hängiges Abschaltventil aufgeladen. Das Abschalt- angeschlossen, das bei der dargestellten Ausführungsventil schaltet bei einem vorgegebenen Druck die form als 5/3-Wege-Ventil mit mittlerer O-Stellung
weitere Zufuhr zu dem .Druckspeicher ab, so daß das 20 ausgebildet ist. Dem Umschaltventil 7 ist ein Eilgangvon
der Pumpe geförderte Öl dann über das Über- ventil 6 vorgeschaltet, welches bei der dargestellten
druckventil in den Tank abgespritzt wird. Es ist dabei Ausführungsform als 4/2-Wege-Ventil mit zwei Zulaufauch
bekannt, für den Eilgang einen Niederdruck- anschlüssen P1 '■ und P2 ausgebildet ist und zum
speicher und für den Arbeitsgang einen Hochdruck- Umschalten vom .Eilgang (Schaltstellung I) zum
speicher vorzusehen. Für das Aufladen dieser beiden 25 Arbeitsgang (Schaltstellung II) und umgekehrt dient.
Speicher sind normalerweise eine Niederdruckpumpe An den Zulauf P1 des Eilgangventils 6 ist über die.
und eine Hochdruckpumpe vorgesehen. Falls lange Leitung 16 die Pumpe 2 angeschlossen. Der Zulauf P2
Ruhezeiten zur Verfügung stehen, kann eine derartige ist über die Leitung 17 mit dem Rücklauf/?, des
Schaltung auch mit einer Hochdruckpumpe arbeiten, Umsteuerventils 1 verbunden, der bei Vorlauf des
die mit einer Leistung entsprechend der Leistung beim 30 Kolbentriebes 1 mit dem Stangenraum 8 in Verbin-Arbeitsgang
ausgerüstet ist. dung steht (Schaltstellung I des ümsteuerventils 7). An
Bei allen vorstehend beschriebenen Schaltungen, die- die Leitung 17 ist ein Druckspeicher 10 angeschlossen,
mit offenem Kreislauf arbeiten, tritt eine sehr erheb- Die Leitung 17 steht weiter über die Leitung 11 mit
liehe ölerwärmung auf. Die in Wärme umgesetzten dem Auslaß des Überdruckventils 4 für die Pumpe 2
Verlustleistungen betragen dabei durchschnittlich 50 35 in Verbindung. An die Leitung 11 ist weiter ein
bis 75 °/o- Weiter haben Antriebe mit offenem Kreislauf Überdruckventil 12 angeschlossen, das auf den vorden
Nachteil, daß in beiden Arbeitsrichtungen jeweils bestimmten Arbeitsdruck des Speichers 10 abgedie
gesamte in den Zylinderräumen enthaltene Ölmenge stimmt ist. ;
in den Tank zurückfließt. - Der Anschluß A des Eilgangventils 6 ist direkt mit
Eine günstigere Arbeitsweise wird durch Antriebe 40 dem Zulauf P des: Umsteuerventils 7 verbunden. Der
erzielt, die mit einer Kombination von offenem und Anschluß B des Eilgangventils 6 steht über eine die
geschlossenem Kreislauf arbeiten. Es sind Eilgang- Durchflußmenge regelnde Einrichtung 3, beispielsweise
schaltungen bekannt, bei denen im Eilgang über das eine einstellbare Drossel oder einen Mengenregler, mit
Umsteuerventil die beiden Zylinderräume des Schub- dem Zulauf P des Umsteuerventils 7 in Verbindung,
kolbentriebes miteinander verbunden sind (geschlos- 45 Das Eilgangventil 6 stellt in der Schaltstellung I
sener Kreislauf), so daß beim Ausfahren im Eilgang (Eilgang) eine Verbindung der beiden Zuläufe P1
nur das Kolbenstangenvolumen von der Pumpe und P2 zum Anschluß A her und in der Schaltstellung II
eingespeist zu werden braucht. Bei Stillstand des (Arbeitsgang) eine Verbindung zwischen dem Zulauf P1
Antriebes wird die Pumpenförderung auf drucklosen. : und dem Anschluß B. ·,
Umlauf geschaltet; Es tritt also bei Stillstand keine 50 Das Umsteuerventil 7 ist als reines Umschaltventil
wesenlliche Ölerwärmung auf, es bleibt dabei auch die mit O-Stellung ausgebildet. Die Stellung I ist die
Förderleistung der Pumpe während des Stillstandes Vorlaufstellung und die Stellung II die Rücklaufungenützt.
Um beim Einfahren im Eilgang arbeiten stellung. Der Rücklauf- R1 des Umsteuerventils 7 führt
zu können, muß die Förderleistung der als Hochdruck- zum Tank 15.
pumpe auszulegenden Pumpe auf das Ringvolumen 55 In der Schaltstellung 0 des Ümsteuerventils 7 fördert
des SchubkolbeiUriebes: abgestimmt sein.- .. ; · die Pumpe 2 in den Druckspeicher 10. Im Vorlauf
·: Aufgabe der Erfindung ist es, ,einen !hydraulischen Eilgang entlädt sich der Speicher 10 über das Eilgang-Antrieb
der eingangserwähnten Art zu schaffen, der ventil 6 in den' Kolbenraum 9 des Kolbentriebes.
wie die.vorstehend genannten Antriebe mit offenem Gleichzeitig wird das aus dem Stangenraum 8 ver-
und geschlossenem Kreislauf arbeitet, bei der eine 6o drängte öl unter Druck' im geschlossenen Kreis über
kleinere Pumpenförderleistung als bei den bekannten die Leitungen 14 und 17· in den Kolbenraum über-Antrieben
benötigt wird und der einfach in seiner geführt. Nach dem Umschalten auf Arbeitsgang
Schallung ist. fördert lediglich die Pumpe über die die Durchfluß-Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch menge regelnde Einrichtung 3 in den Kplbenraum 9
gelöst, daß dem Umsteuerventil ein Eilgangventil mit 65 de= Koibentriebes. Die aus dem Stangenraum 8 unter
zwei Zuläufen vorgeschaltet ist,, an dessen einem Druck austretende ölmenge wird vom Speicher 10
Zulauf die Pumpe angeschlossen ist, während der aufgenommen. Durch die beschriebene Anordnung
andere Zulauf mit dem Rücklauf des Umsteuerventils braucht die Kapazität der Pumpe 2 nur für die Förder-
menge ausgelegt zu werden, die für den Arbeitsgang »Vor« erforderlich ist.
Für den Eilgang »Zurück« wird wiederum die Pumpenförderung und die Kapazität des Speichers 10
verwendet, die in den Stangenraum des Kolbentriebes gelangen. Das Ölvolumen im Kolbenraum, fließt
drucklos über den Rücklauf R1 des Umsteuerventils 7
in den Tank.
Die die Durchflußmenge regelnde Einrichtung 3 ■··
kann auch als regulierbare Dosierpumpe ausgebildet sein. Die Kapazität dieser Pumpe braucht dann
lediglich der für den schnellsten Arbeitsgang benötigten Ölmenge angepaßt zu sein.
Da bei langsamen Arbeitsvorschüben dem Kolbentrieb 1 weniger Druckmittel zugeführt wird, als die
konstante Förderleistung der Pumpe 2 beträgt, wird das überschüssige Druckmittel über das einstellbare
Überdruckventil 4 und die Leitung 11 verlustlos dem Druckspeicher 10 zugeleitet. Lediglich ejne die Kapazität
des Speichers 10 übersteigende Ölmenge wird über das Überdruckventil 12 entspannt und dem Tank
zugeleitet.
Da der Druckspeicher 10 normalerweise nur für die weniger belasteten Eilgänge »Vor« und »Zurück«
sein Druckmittel abgibt, kann zweckmäßig das für den Druckspeicher in der Leitung 11 zusätzlich angeordnete
Überdruckventil 12 auf einen entsprechenden Druckwert eingestellt werden, der einmal den Arbeitsdruckforderungen
für die Eilgänge und dem gewünschten Füllvolumen des Druckspeichers angepaßt ist.
Das Überdruckventil 12 ist an den Vorratsbehälter 15 angeschlossen.
Der bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb gegenüber bekannten Antrieben erzielbare
hohe Wirkungsgrad und weitere Vorteile gehen aus dem nachfolgenden Beispiel hervor:
Angenommen sei ein Differentialkolbentrieb mit einem Kolbendurchmesser von 100 mm = 78 cm2
Kolbenfläche, einem Kolbenstangendurchmesser von 60 mm =-28 cm2, Ringfläche 50 cm2, Eilgangweg
20 cm, Vorschubweg 10 cm, Geschwindigkeit 100 mm/ Min.
Zur Erzielung einer Eilganggeschwindigkeit von etwa 300 cm/Min, des Kolbens im Vorlauf ist ein
Fördervolumen und damit eine Förderleistung der Pumpe :von 300 cm · 78 cm2 = 23 500 cm3/Min.
= 23,5 l/Min, erforderlich; auf der Kolbenstangenseite etwa 15 000cm3/Min.
Bei einem Betriebsdruck von etwa 40 atü sind für
diese Förderleistung der Pumpe netto etwa 2,5 PS erforderlich.
Während des Vorschubweges von 100 mm/Min, sind erforderlich 10-78 cm2 = 780 cm3/Min.; von der
Pumpenförderleistung 23 500cm3/Min. werden innerhalb
des Vorschubweges nur 780 cm3 über den Mengenregler 3 arbeitswirksam gefördert.. Der Rest
von 22 170 cm3/Min. geht als Verlustleistung von
etwa 97% verloren.über das Überdruckventil. Bei Stillstand des Kolbentriebes'wird das Druckmittel mit
100 % Verlustleistung in den Vorratsbehälter abgeführt.
Bei Anwendung eines Druckspeichers und Stillstand des Kolbentriebes würde nach Füllung desselben
ebenfalls die Druckförderleistung über das Druckventil mit 100% Verlust abgeleitet werden. Die Abmessungen
der Pumpe und die Antriebsleistung können erfah rungsgemäß nur wenig gegenüber dem ersten Fall
verringert werden und es bieten sich keine wesentlichen wirtschaftlichen und betriebsmäßigen Vorteile.
Bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb liegen jedoch die Arbeits- und Leistungsverhältnisse
wesentlich anders. η
Das Schluckvolumen des Kolbentriebes für 20 cm Eilgangweg beträgt 20 · 78 cm2 = 1560 cm:i; Arbeits-Eilganggeschwindigkeit
300 cm/Min. ■--■■ 5 cm/Sek.: Arbeits - Vorschubgeschwindigkeit 10 cm/Min.
= 0,166 cm/Sek. Die Förderleistung der Pumpe beträgt 3000 cm3/Min. — 3 l/Min. Unter der Annahme,
daß der Druckspeicher ein Füllvolumen von etwa 3000 cm3 hat, würden für den Eilgang-Vorlauf etwa
1560cm3, d.h. etwa 50% diesem entnommen.
Für den Eilgangweg 20 cm würde ein Zeitraum von 4 Sekunden vorhanden sein, in dem die Pumpe zu
50 cm3/Sek. = 200 cm3 in den Druckspeicher nachfördern
würde. Bei Bendigung des Eilgangweges würde also der Druckspeicher noch 1560 -- 200 =; 1760 cm3
Füllung aufweisen.
Der Arbeitsvorschubweg 100 mm, der 1 Minute Zeit beansprucht (wie im vorhergehenden Beispiel)
würde von der Förderleistung der Pumpe von etwa 3000 cm3/Min. = 10 · 78 = 780 cm3 beanspruchen. In .
diesem Vorschubzeitraum von einer Minute würden von der Pumpe 3000-780 = 2200 cm3 Druckmittel
in den Druckspeicher gefördert; es würde also mehr nachgefüllt als der Eilgang verbrauchte (1560 cm3).
Bei Stillstand des Kolbentriebes, welches bei intermittierendem Betrieb'eintritt, würde der Druckspeicher
ebenfalls von der Pumpe aufgefüllt.
Hierbei ist noch zu berücksichtigen, daß der Eilgangrücklauf keine zusätzliche Förderleistung der Pumpe 2
benötigt, da das Schluckvolumen vorher beim Eilgang-Vorlauf und Arbeitvorschub-Vorlauf (Volumen der
Kolbenstangenseite) in den Druckspeicher 10 verdrängt wurde.
Falls durch längere Eilgangwege und kurze Vorschubzeiten oder -wege die Volumenverhältnisse sich ändern,
sind diese relativ unwesentlich, da, wie aus dem vorhergehenden Beispiel ersichtlich ist, noch sehr viel Reserven sowohl im Druckspeichervolumen als auch in der
Pumpenförderleistung bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb vorhanden sind.
Bei einem vergleichsweisen Förderdruck von 40 atü, wie er im erstgenannten Beispiel eingesetzt wurde,
und einer Pumpenförderleistung von 3000cm3/Min.
wäre eine Antriebsleistung von netto nur etwa 0,26 PS erforderlich, d. h. nur ein Zehntel des Kraftbedarfs
der im ersten Beispiel bei bekannten hydraulischen Antrieben errechnet wurde. Als Druckmittelvorrat,
den man in der Praxis als 2,5 bis 3faches der Pumpenförderleistung bemißt, wären nur 7,5 bis 9 1 bei dem
erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieberforderlich,
gegenüber 57 bis 70 1 beim vorhergenannten Beispiel eines bekannten Antriebes.
Claims (1)
- ' Patentanspruch:Hydraulischer Antrieb für hin- und hergehende Bewegungen an Werkzeugmaschinen mit Eilgängen, mit einem Schubkolbentrieb, einem Umsteuerventil für den Kolbentrieb, einem Druckspeicher und in der Druckleitung zu den Kolbenräumen angeordneten, die Durchflußmenge regelnden Ein richtung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umsteuerventil (7) ein Eilgangventil (6) mit zwei Zuläufen (P1 und P2) vorgeschaltet ist, an dessen einem Zulauf (P1) die Pumpe (2) angeschlossen ist, während der andere Zulauf (Λ>) mitdem Rücklauf (R2) des Umsteuerventils für die Stangenseite (8) des Kolbentriebes (1) verbunden ist, daß an diese Verbindung (17) der Druckspeicher (10) und ein Überdruckventil (12) für den Druckspeicher und über ein weiteres Überdruckventil (4) die Druckseite der Pumpe angeschlossen ist, daß das Eilgangventil (6) in der Eilgangstellung (I) die beiden Eingänge (P1 und P2) mit dem Druckanschluß (P) des Umsteuerventils und in der Arbeitsstellung (II) lediglich die Pumpe über die die Durchfiußmenge regelnde Einrichtung (3) mit dem Druckanschluß des Umsteuerventils verbindet.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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