DE1904778C - Durch ein Druckmittel betriebener Vibrationsantrieb mit einem doppelt wirkenden Schubkolbentrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen durch ein Druckmittel betriebenen Vibrationsuntrieb mit einem doppeltwirkenden Sciuibkolbcntrieb und einem beidseitig durch ein Druckmittel betätigten Umsteucrkolbenvenlil, libcr dessen beide _t Arbeitsunschliisse die beiden ZyllntlcrrUume abwechselnd mit einer Druckmittelquelle und einem weitgehend drucklosen Ablauf verbunden sind, wobei für die Steuerung des Umsteuerventils für jeden Betiitigungsdruckraum des Umsteuerventils ein Pilotventil vorgesehen ist, über das der zugehörige BetiUigungsdruckraum abwechselnd mit dem Druckmittel beaufschlagt oder dem Ablauf verbunden wird, und das einen Steuerkolben aufweist, der einseitig federbelastet ist und in einer Steuerkammer beaufschlagt ist, die mit einem der Arbeitsanschlüsse des Umsteuerkolbcnventils verbunden ist.

Fin Antrieb mit den genannten konstruktiven Merkmalen ist in den Unterlagen des deutschen Gebrauchsmusters 1 940 756 als Antrieb zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung mit in den Wendepunkten der Bewegung auftretenden Ruhezeiten beschrieben. Dabei werden die Pilotventile jeweils über ein kapazitiv wirkendes pneumatisches Zeitschaltglied betätigt, dem Druckmedium mit konstantem Druckgcfälle aus dem jeweils druckbeaufschlagten Zylinderraum des Schubkolbentriebes zuströmt.

Es ist weiter eine Steuerung für einen hin- und hergehenden Schubkolbentrieb bekannt, bei dem die Zylinderräume durch ein Umsteuerkolbenventil abwechselnd mit einer Druckmittelquelle und einem weitgehend drucklosen Ablauf verbunden sind. Der Steuerkolben des Umsteuerkolbenventils ist dabei an beiden Enden mit zwei Beaufschlagungsflächen versehen, von denen eine größere ständig mit den Druckmittelabläufen in Verbindung steht, während eine kleinere Beaufschlagungsfläche jeweils abwechselnd mit der Druckmittelquellc und dem Druckmittelabfluß verbunden ist. Der Steuerkolben wird dabei so lange in der jeweiligen Stellung gehallen, wie durch den Druck des durch den Ablauf ausgeschobenen Mediums auf die größere Steuerfläche eine Kraft ausgeübt wird, die wenigstens gleich der Kraft ist, die aus der Druckbeaufschlagung der kleineren Steuerfläche am anderen Ende des Steuerkolbens entspricht. Der Steuerkolben beginnt damit seine Bewegung unter sehr geringen Verschiebekräften, so daß insbesondere bei Verwendung inkompressibler Flüssigkeiten als Druckmittel ein Durchschalten der Steuerkolben nicht gewährleistet ist.

Eis ist weiter eine nach Art eines Schubkolbentriebs ausgebildeten Kraftmaschine bekannt, bei der im Arbeitskolben ein axial verschiebbares Umsteucrvuntil vorgesehen ist. Dieses Ventil wird kurz vor Erreichen der Endlage des Arbeitskolbens mechanisch bis in eine schneidende Stellung durchgeschaltet, worauf es dann bei Verwendung kompressibler Medien als Druckmittel anschließend durch die Druckdifferenz vollständig durchgeschaltet wird. Bei Verwendung eines inkompressiblen flüssigen Druckmittels ist ein solches Durchschalten nicht erreichbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen mit einem hydraulischen Druckmedium betriebenen Vibrationsantrieb zu schaffen, der in sich gesteuert mit Arbeitsfrequenzen bis zu einer Größenordnung von H)OHz betrieben werden kann und der jeweils bei Erreichen einer vorbestimmten Belastung umschaltet. Derartige Antriebe werden beispielsweise flir Materialprufmaschinen, insbesondere Ermliclungsmasehincn, und Tiefziehmasehmen benötigt,
Gemliß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß das Druckmittel eine Druckflüssigkeit ist, daß der Stcucrkolben der Pilotventile an beiden Enden in jeweils einer gesonderten Steuerkammer beaufschlagt ist, daß der Steuerkolben mit

in einer Stcucrkante versehen ist, die vor einer größeren Federbelastung entsprechenden Kolbencndlagc einen Anschluß für das Druckmittel über ein Wechselventil

' zum betreffenden Butätigungsdruckraum des Umsteucrkolbenventils freigibt, wobei das Wechselventil bei drucklosem Anschluß den Betiitigungsdruckraum mit einem drucklosen Rücklauf verbindet und daß die Steuerkammer auf der einen Seite des Kolbens des einen Püotventils jeweils mit der Steuerkammer auf dor anderen Seite des Kolbens des anderen Pilot-

ao vcntils und zugleich jeweils mit einem der Arbeitsanschlüssen des Umsteuerkolbenventils verbunden ist. Zweckmäßig ist das dem federbelasteten Kolbencnde gegenüberliegende Kolbenende des Püotventils als Stcucrkante ausgebildet, über die vor einer einer größeren Federbelastung entsprechenden Kolbenendlagc die zugehörige Steuerkammer mit dem Druckmittelanschluß des zugehörigen Wechselventils verbunden wird.

In dem vom Unisteuerkolbenventil zu einem Tank führenden Rücklauf ist zweckmäßig eine einstellbare Drossel oder ein einstellbarer Mengenregler vorgesehen.

Um den Antrieb für verschiedene Lasttaufnahmen einstellbar zu machen, ist die Federbelastung der Stcucrkolben der Pilotventile vorzugsweise einstellbar.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen an Hand der Zeichnnug beschrieben.

Der in ('er Zeichnung dargestellte Antrieb weist einen doppeltwirkenden Schubkolbcntricb 2 mit einem Kolben 4 und einer durchgehenden Kolbenstange 6 auf. Die Beaufschlagungsfläche ist damit· in beiden Zylinderräumen 8 und 10 des Schubkolbentriebes gleich. Die Last, die in der Zeichnung durch Federn 12 und 14 symbolisiert ist, kann an beiden Seiten des Schubkolbcntriebes oder auch einseitig aufgebracht werden.

Die Zylinderräiime 8 und 10 sind über Leitungen 16 und 18 an die Arbeitsanschlüsse A und B eines üblichen beidseitig hydraulisch gesteuerten Umsleuerventüs 20 angeschlossen.

Eine Regelpumpe 22 ist über eine Leitung 24 an den Druckanschluß P des Umsteuerventils 20 angeschlossen. An die Leitung 24 ist ein übliches Überdruckventil 26 und ein Druckspeicher 28 angeschlossen.

Vom Rückölanschluß R des Umsteuerventils 20 führt eine Leitung 30 zum Tank 32.

In die Leitung 30 ist ein regelbares Drosselventil 34 eingeschaltet.

Zur Betätigung des Umsteuerventils 20 sind zwei Pilotventile 36, 38 und zwei Wechselventile 40, 42 vorgesehen, die im nachstehenden im einzelnen zu beschreiben sein werden.

In dem Gehäuse 44 des Püotventils 36 ist eine Führungsbohrung 46 für einen Steuerkolben 48 vor-

gesehen, dessen linkes Ende in einer Steuerkummer 50 und dessen rechtes Ende in einer Steuerkammer 52 liegt. Das in der Steuerkummer 52 liegende Ende des Steuerkolbens 48 ist durch eine einstellbare Feder 54 belastet, die sich uuf einem Fcderteller 56 ubsiützt, der auf dem Ende des Steuerkolbens befestigt ist.

Im Abstand von der Stcuerkammer 50 befindet sich rechts davon ein Flüssigkeitsunschliiß 58, der hier in Form einer Ringkammer dargestellt ist, aber auch eine einfache Anbohrung der Führungsbohrung 46 bilden kann. Die Stirnfläche 60 des Steuerkolbens 4K bildet eine Steuerkante, die mit dem Flüssigkeitsanschluß58 zusammenwirkt und nach entsprechender. Bewegung des Steuerkolbcns 48 eine Verbindung /wischen der Stcuerkammer 50 und dem FHissigkeitsanschluß 58 freigibt.

Die Steuerkammer 50 ist an die Leitung 18 und die Steuerkammer 52 an die Leitung 16 angeschlossen.

Der Flüssigkeitsanschluß 58 ist mit dem Wechselventil 40 verbunden, in dem als Verschlußglied eine Kugel 62 angeordnet ist, die durch eine Feder 64 belastet ist, welche die Kugel in einen Ventilsitz 66 drückt und damit den Anschluß 68 des Wechselventils 40 zum Flüssigkeitsanschluß 58 des Pilotventils 36 absperrt. Dem Ventilsitz 66 gegenüber ist ein weiterer Ventilsitz 70 angeordnet, über den eine Verbindung 72 zum Tank abgesperrt werden kann. Zwischen den beiden Ventilsitzen ist das Wechsclvcntil mit einem seitlichen Anschluß 74 versehen, der über eine Verbindung 76 mit dem rechten Betätigungsraum 78 des Umsteuerventils 20 verbunden ist.

Das Pilotventil 38 und das Wechselventil 42 entsprechen in Anordnung und Aufbau dem oben besprochenen Pilotventil 36 und dem Wechselventil 40. Die Einzelteile des Pilotventils 38 und des Wechselventils 42 sind daher mit den gleichen Bezugszeichen mit einem Index-Strich versehen. Die Steuerkamnier 52' ist mit der Leitung 18 und die Steuerkammer 50' mit der Leitung 16 verbunden.

Der beschriebene Antrieb arbeitet wie folgt:

In der dargestellten Schaltstellung gelangt Drucköl aus der Pumpe 22 über die Leitung 16 in den Zylinderraum 8, während gleichzeitig aus dem Zylinderraum 10 Flüssigkeit über die Leitung 18 und die Drossel 34 in den Tank abfließt. Die Druckdifferenz zwischen den Zylinderräumen 8 und 10 steht gleichzeitig über die Anschlußleitungen der beiden Pilotventile auf den Stirnseiten der Steuerkolben 48, 48' an. In dem Pilotventil 36 drückt die Druckdifferenz, unterstützt durch die Feder 54, den Steuerkolben 48 in die linke Endlage. In dem Pilotventil 38 steht der Arbeitsdruck in der Steuerkammer 50' an der Stirnseite 60' des Steuerkolbens 48' an, während auf die gegenüberliegende gleich große Stirnseite des Steuerkolbens 48' der Druck der aus dem Zylinderraum 10 abströmenden Flüssigkeit wirkt, zu der die Kraft der Feder 54' hinzukommt. Mit zunehmender Belastung des Schubkolbcntriebes steigt die Druckdifferenz über dem Kolben 4 und damit die Druckdifferenz über dem Steuerkolben 48'. Der Steuerkolben 48' wird nach links verschoben, bis bei Erreichen des vorbestimmten Höchstdruckes des Antriebes und damit der vorgesehenen maximalen Kraft die Steuerkanten der Stirnfläche 60' die Verbindung zu dem Flüssigkeitsanschluß 58' freigeben. Aus der Leitung 16 strömt dann Flüssigkeit in den Anschluß 68' des Wechselventils 42. Durch diesen Druck wird die Ventilkugel 62' auf den Sitz 70' gedrückt und damit der Abfluß zum Tank abgesperrt. Die Flüssigkeit ge-

langt dann über die Leitung 76' in den Betlitigungsdruekruum 78' des Umsteuerventils 20 und steuert dieses um. Das dabei aus der Sleuerkammer 78 verdrilngte öl gelangt über die Leitung 76 und das Wechselventil 40 in den Tank. Der Tankanschluß des

ίο Wechselvenlils 40 Ist geöffnet, da die Kugel 62 durch die Feder 64 angehoben ist. Durch das gleichzeitige Aufsetzen der Kugel auf den Ventilsitz 66 wird verhindert, daß in den Flüssigkeitsanschluß 58 des Pilotventils 36 Luft gelangt.

is Nach dem Umschalten des Ventils wiederholt sich das Arbeitsspiel in entgegengesetzter Richtung.

Die Frequenz des Antriebes wird durch Einstellung der Fördermenge der Pumpe 22 eingestellt, also durch die Flüssigkeitsmenge, die pro Zeiteinheit in

das System eingespeist wird. Durch die einstellbare Drossel 34, die auch ein einstellbarer Mengenregler sein kann, wird das Massenfcdersystem aus Antriebskolben und Last gezwungen, mit der gewünschten Frequenz zu oszillieren.

as Eine wesentliche Voraussetzung für die Funktion des beschriebenen Systems ist die Bedingung, daß die Resonanzfrequenz des Massenfedersystems der Pilotventile höher sein muß als die mittels der Pumpe eingestellte Arbeitsfrequenz. Diese Bedingung garan-

tiert, daß zwischen dem Aufbau der Druckdifferenz über dem Steuerkolben des jeweils wirksamen Pilotventils und der Bewegungsrichtung dieses Kolbens ein Phasenwinkel von annähernd Null herrscht, so daß keine zeitlichen Verzögerungen zwischen diesen beiden Parametern auftritt.

Die von dem Antrieb aufzubringende Kraft wird durch die Federn 54, 54' eingestellt, mit der die Druckdifferenz über den Steuerkolben 48, 48' der Pilotventile 36, 38 einstellbar ist.

Wie leicht ersichtlich, kann der dargestellte und beschriebene Antrieb damit in seinen beiden Arbeitsrichtungen mit unterschiedlicher Lastamplitude arbeiten. Wenn statt des dargestellten Schubkolbcntriebes mit durchgehender Kolbenstange und damit

gleichen Beschaufschlagungsflächen auf beiden Seiten des Kolbens ein Differentialkolben mit einseitiger Kolbenstange verwendet wird, kann über die Federn 54, 54' für beide Arbeitsrichtiingen die gleiche Lastamplitude eingestellt werden.

Es ist weiter möglich, durch Einstellung der Federvorspannung der Steuerventile 48, 48' statt einer Wechselbelastung auch eine einseitig schwellende Belastung einzustellen.

Bei einseitig schwellender Belastung niedriger Fre-

quenz kann der Antrieb beispielsweise auch als Antrieb einer Tiefziehmaschine verwendet werden, bei der für das Arbeiten eine vorbestimmte sich stets reproduzierende Kraft erwünscht ist.
Der beschriebene Antrieb arbeitet zuverlässig mit Frequenzen bis 100 Hz.

Es ist selbstverständlich möglich, die in der Zeichnung getrennt dargestellten Ventile in einem Ventilgehäuse zusammenzubauen oder auch jeweils einzelne der Ventile in einem gemeinsamen Gehäuse an-

zuordnen. _ .. .

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   \. Durch ein Druckmittel betriebener Vibrationsantrieb mit einem doppeltwirkenden Schub-

   kolbentricb und einem beidseitig durch ein Druckmittel betätigten Umsteuerkolbenventil, über dessen beide Arbeitsanschlüsse die beiden Zylinderräume abwechselnd mit einer Druckmittelquelle und einem weitgehend drucklosen Ablauf verbunden sind, wobei für die Steuerung des Umsteuerventils für jeden Betätigungsdruckraum des Umsteuerventils ein Pilotventil vorgesehen ist, über das der zugehörige Betätigungsdruckraum abwechselnd mit dem Druckmittel beaufschlagt oder dem Ablauf verbunden wird, und das einen Steuerkolben aufweist, der einseitig federbelastet ist und in einer Steuerkammer beaufschlagt ist, die mit einem der Arbeitsanschlüsse des Umsteuerkolbenventils verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel eine Druckflüssigkeit ist, daß der Steuerkolben (48, 48') der Pilotventile (36, 38) an beiden Enden in jeweils einer gesonderten Steuerkammer (50, 50'; 52, 52') beaufschlagt ist, daß der Steuerkolben mit einer Steuerkante (60, 60') versehen ist, die vor einer einer größeren Federbelastung entsprechenden Kolbenendlage einen Anschluß (58, 58') für das Druckmittel über ein Wechselventil (40, 42) zum betreffenden Betäügungsdruckraum (78, 78') des Umsteuerkolbenventils (20) freigibt, wobei das Wechselventil bei drucklosem Anschluß den Betäügungsdruckraum mit einem drucklosen Rücklauf (32) verbindet und daß die Steuerkammer (52, 52') auf der einen Seite des Kolbens des einen Pilotventils jeweils mit der Steuerkammer (50, 50') auf der anderen Seite des Kolbens des anderen Pilotventils und zugleich jeweils mit einem der Arbeitsanschlüsse (A, B) des Umstcuerkolhenventils verbunden ist.
2. 2. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem fcderbelasteten Knlbcnende (56, 56') gegenüberliegende Kolbenende als Steuerkante (60, 60') ausgebildet ist. über die vor einer einer größeren Federbelastung entsprechenden Kolbenendlage die zugehörige Steuerkammer (50, 50') mit dem Druckmittelanschluß (68, 68') des zugehörigen Wecbselventils (40, 42) verbunden wird.
3. 3. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Umsteuerkolbenvcntil (20) zu einem Tank (32) führenden Rücklauf (30) eine einstellbare Drossel (34) vorgesehen ist.
4. 4. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Umsteuerkolbenventil (20) zu einem Tank führenden Rücklauf (30) ein einstellbarer Mengenregler vorgesehen ist.
5. 5. Vibrationsanlrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbelastung des Steuerkolbens (48, 48') des Pilotventils (36, 38) einstellbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen