DE1550757C

DE1550757C - Hydraulischer Antrieb für hin- und hergehende Bewegungen an Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE1550757C
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Frederichs, Georg G., 3500 Kassel
Publication date: 1972-02-24

Description

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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

' 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>) mit

dem 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