DE1936156B - Durch eine Druckflüssigkeit betriebener Vibrationsantrieb mit einem doppelt wirkenden Schubkolbentrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen durch eine Druckflüssigkeit betriebenen Vibraüonsantrieb mit einem doppelt wirkenden Schubkolbentrieb und einem beidseitig durch ein Druckmittel betätigten Umsteuerkolbenventil, über dessen beide Arbeitsanschlüsse die beiden Zylinderräume abwechselnd mit einer Druckflüssigkeitsquelle und einem weitgehend drucklosen Ablauf verbunden sind, wobei für die Steuerung des Umsteuerkolbenventils für jeden Betätigungsdruckraum des Umsteuerkolbenventils ein Pilolventil vorgesehen ist, über das der zugehörige Betätigungsdruck raum abwechselnd mit dem Druckmittel beaufschlagt oder dem Ablauf verbunden wird, und das einen Sleuerkolben aufweist, der einseitig federbelastet ist und an beiden Enden in jeweils einer gesonderten Steuerkammer beaufschlagt ist und der mit einer Sttuerkante versehen ist, die vor einer einer größeren Federbelastung entsprechenden Kolbenendlage einen Anschluß für das Druckmittel über ein Wechselventil zum betreffenden Betätigungsdruckraum des Umsteuerkolbenventils freigibt, wobei das Wechselventil bei drucklosem Anschluß den Belätigungsdruckraum mit einem drucklosen Rücklauf verbindet und die Steuerkammer auf der einen Seile des Kolbens des einen Pilotventils jeweils mit der Steuerkammer auf ucr anderen Seite des Kolbens des anderen Pilolventils und zugleich jeweils mit einem der Arbeitsanschlüsse des Umsteuerkolbenventils verbunden ist, und stellt eine Verbesserung und weitere Ausbildung der Erfindung nach Patentanmeldung P 19 04 778.3-13 dar.

Bei dem Vibrationsantrieb nach dem Hauptpatent sind als Steuerelemente an einem Kolbenende Steuerkanten vorgesehen, die jeweils vor der Kolbenendlage mit einem Flüssigkeitsanschluß zusammenwirken, der über ein durch den Druck im Flüssigkeitsanschluß betätigtes Wechselventil mit dem betreffenden Betätigungsdruckraum des Umsteuerventils verbunden ist, wobei das Wechselventil bei drucklosem Anschluß den Betäligungsdruckraum mit dem Tank verbindet.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Vibralionsantrieb nach dem Hauptpatent weiterzuentwickeln, insbesondere auch dahingehend, daß mit ihm vorbesiimmte Programme mit unterschiedlicher Lastaufbringung durchfahren werden können. Diese Anforderung wird beispielsweise für Vibrationsantriebe für Dauerschwingprüfmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge gestellt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuerkante jeweils an einem Ende einer Kolbenstange des Kolbens des Pilotventils ausgebildet ist, die durch einen Enddeckel nach außen verlängert ist, daß die Steuerkante mit einer Fangstrahidüse zusammenwirkt, daß ein bistabiler Speicher vorgesehen ist, dem die Signale der Fangstrahldüsen als Umsteuersignale zugeführt werden, daß die Ausgänge des Speichers jeweils mit dem Wechselventil verbunden sind und daß wechselweise durch die vom Speicher angesteuerten Wechselventile die Beta-

ligiingsdruekrilumo des Umstcuerkoibenventlls beaufschlagt worden.

Zweekniüßig wird zwischen der FangslrahldUse und dem Spoicher jeweils ein Nieuerclruck-Normaldriiek-Wandler geschaltet.

Bei dem Vibrationsantrieb gemliß der Erfindung ist es möglich, im Weg des außenliegenden Kolbenstangenendes jeweils eine Mehrzahl von hinlereinandcrliegenden Fangsirahldüsen anzuordnen und Mittel vorzusehen, mit denen jeweils eine der Düsen in den Stcuerkreis für das Umschaltventil einschaltbat' ist. Jede dieser Düsen entspricht dabei einer vorbestimmten Lust, so daß es durch Ansteuerung der Schallmittel entsprechend einem vorbestimmten Programm möglich ist, das Prüfobjekt nacheinander mit den jeweils auszuwählenden Kräften zu belasten.

Statt einer Mehrzahl hintereinanderliegender Fangdüsen kann auch eine einzige versteilbar angeordnete Fangdüsc vorgesehen sein, die beispielsweise entsprechend dem jeweiligen Programm durch einen Stellmotor verschoben wird. Hierbei ist es auch möglich, die Belastung des Prüflings kontinuierlich ansteigen bzw. abfallen zu lassen.

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

Der in der Zeichnung dargestellte Antrieb weist einen doppelt wirkenden Schubkolbentrieb 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, ist an beiden Seiten des Schubkolbenlriebes aufgebracht. Sie kann aber auch, wie weiter unten beschrieben, einseitig wirken.

Die Zylinderräume 8 und 10 sind über Leitungen 16 und 18 mit den Arbeitsanschlüssen A und B eines üblichen beidseitig hydraulisch oder pneumatisch gesteuerten Umsteuerventils 20 angeschlossen.

Eine vorzugsweise als Regelpumpe ausgebildete Pumpe 22 ist über eine Leitung 24 mit dem Druckanschluß P des Umsteuerventils 20 verbunden. An die Leitung 24 ist ein übliches Überdruckventil 26 und ein Druckspeicher 28 angeschlossen.

Vorn Druckölanschluß R des Umsteuerventils 20 führt eine Leitung 30 zum Tank 32. In dieser Leitung 30 ist ein vorzugsweise regelbares Drosselventil 34 eingeschaltet.

Zur Betätigung des Umsteuerventils 20 sind zwei Pilotventile 36 und 38 vorgesehen. Die beiden Pilotventile sind identisch. Es wird im nachstehenden daher nur das Pilotventil 36 im einzelnen beschrieben.

In dem Gehäuse des Pilotventils 36 ist eine Führungsbohrung 46 für einen Steuerkolben 48 vorgesehen, dessen linkes Ende in einer Steuerkammer 50 liegt. Die Kolbenstange 47 ist durch den Boden 51 des Gehäuses 44 hindurch nach außen geführt. In der rechts von der Führung 46 liegenden Steuerkammer 52 ist auf dem Steuerkolben 48 ein Kolben 49 mit größerem Durchmesser aufgesetzt, der abdichtend in der Steuerkammer 52 geführt ist. Die beaufschlagten Flächen an der Stirnseite des in der Steuerkammer 50 liegenden Steuerkolbens 48 und des Kolbens 49 sind vorzugsweise im wesentlichen gleich groß. Bei gleich großen Beaufschlagungsflächen wird die Druckdifferenz über dem Arbeitskolben im Pilotventil direkt abgebildet, In der Slouerkammor 52 ist weiter eine einstellbare Druckfeder 54 mit ansteigender Kennlinie angeordnet, die sich mit einem Ende auf dem Kolben 49 und mit dem anderen Ende auf dem axial verstellbaren Boden 51. abstützt. Der Raum zwischen dem Kolben 49 und dem Gehauseteil mit der Führung 46 ist über einen Rückölansehluß 53 mit dem Tank verbunden.

In dem Weg, den das außenliegende bzw. nach außen austretende Ende der Kolbenstango 47 zurücklegt, ist wenigstens eine pneumalische Fangslrahldiisc 55 vorgesehen. Im nachstehenden wird die weitere Schaltung zunächst mit nur einer der Fangslrahldüsen beschrieben.

Die Fangstrahldüse 55 ist über eine Leitung 57 mit einem Niederdruck-Normaldruck-Wandler 59 verbunden, von dem über eine Leitung 61 ein verstärktes Signal in einen Speicher 63 eingespeist wird. In gleicher Weise wird ein Signal von der FangslrahldUse 55' des Pilotventils 38 über eine Leitung 57' nach Verstärkung in dem Niederdruck-Normaldruck-Wandler 59' über die Leitung 61' in den Speicher 63 eingespeist.

Der Speicher ist ein bistabiler pneumologiscber Speicher, beispielsweise ein impulsgesteuerter Flip-Flop, der jeweils durch die über die Leitungen 61 bzw. 6Γ eingespeisten Signale umgesteuert wird, so daß an zwei Ausgängen 65, 65' jeweils ein Dauersignal abgegeben wird, das über eine Leitung 67 bzw. 67' einem pneumologischen Verstärker 69, 69' zugeführt wird. Diese wechselweise wirksamen Verstärker 69, 69' beaufschlagen abwechselnd über die Leitungen 67, 67' die Betätigungsdruckräume 78, 78' des Umsteuerventils 20. Als Druckmedium ist hier Druckluft von einer Druckluflquelle 71 vorgesehen. Als Verstärker für die Ausgangssignale des Speichers kann auch ein übliches Vorsteuerventil vorgesehen werden.

Die Steuerkammern 50 bzw. 50' sind jeweils mit den sich gegenüberliegenden Zylinderräumen 8 bzw. 10 des Schubkolbentriebes 2 verbunden. Gleichzeitig steht die Sleuerkammer 52 mit der Steuerkammer 50' und die Steuerkammer 50 mit der Steuerkammer 52' in Verbindung.

Der beschriebene Antrieb arbeitet wie folgt: In der Zeichnung ist der Betriebszustand dargestellt, bei dem soeben über das Pilotvenlil 38 das Umsieuerven-Ul in die dargestellte Stellung I umgeschaltet worden ist. Es gelangt Drucköl aus der Pumpe 22 über die Leitung 16 in den Zylinderraum 8, während gleichzeitig aus dem Zylinderraum 10 Drucköl über die Leitung 18 und durch die Drossel 34 mit einem vorbestimmten Gegendruck in den Tank abfließt. Die Druckdifferenz zwischen den Zylinderräumen 8 und 10 steht gleichzeitig über die Anschlußleitungen der beiden Pilotventile auf den Stirnflächen des Kolbens 48 bzw. 48' in den Steuerkammern 50 bzw. 50' und vor den Kolben 49 bzw. 49' in den Steuerkammern 52 bzw. 52' an. In dem Pilotventil 38 drückt die Druckdifferenz, unterstützt durch die Feder 54', den Steuerkolben 48' in die rechte Endlage. In dem Pilotventil 36 steht der Arbeitsdruck in der Steuerkammer 50 an der Stirnseite des Steuerkolbens 48 an, während auf die Beaufschlagungsfläche des Kolbens 49 der Druckdes aus dem Zylinderraum 10 abströmenden Drucköls wirkt, zu der die Kraft der Feder 54 hinzukommt. Mit zunehmender Belastung des Schubkolbentriebes steigt die Druckdifferenz über den Kolben 4 und da-

mit die Druckdifferenz über die beiden Beaufschlagungsflächen des Steuerkolbens 48. Der Steuerkolben 48 wird dabei nach rechts verschoben, bis bei Erreichen des vorbestimmten Höchstdruckes des Antriebes und damit bei der vorgegebenen Vollast das außenliegende Ende der Kolbenstange 47 in die Fangstrahldüse 55 eintritt, so daß von der Fangstrohldüse ein Signal in die Leitung 57 abgegeben wird, das verstärkt in dem Niederdruck-Normaldruck-Wandler 59 über die Leitung 61 in den Speicher 63 gelangt und den Speicher so umschallet, daß ein Steuersignal am Ausgang 65 auftritt, mit dem über die Leitung 67 der Verstärker 69 betätigt und damit über die Leitung 76 der Betätigungsdruckraum 78 des Umsteuerventils 20 beaufschlagt wird. Mit dem Umsteuern des Speichers 63 wird gleichzeitig der Ausgang 65' drucklos, so daß der Verstärker 69' den Betätigungsdruckraum 78' mit der Atmosphäre verbindet. In der dann von dem Umsteuerventil 20 angenommenen Schaltslellung II gelangt Drucköl über die Leitung 18 in den Zylinderraum 10, wobei dann die Steuerkammer 50' des Pilotventils 38 mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt wird, während die Steuerkammer 54' mit dem vorgespannten Rücklauf verbunden ist. Gleichzeitig wird in dem Pilolventil 36 die Steuerkammer 52 mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt und die Sleuerkammer 50 mit dem Rücklauf verbunden, so daß dieses Ventil schlagartig in die in der Zeichnung dargestellte Stellung zurückgelangt.

Nachdem das außenliegende Ende der Kolbenstange 47' des Pilotventils 38 in die Fangstrahldüse 55' eingetreten ist (Stellung nach Zeichnung), wird in der beschriebenen Weise das Umsteuerventil 20 wieder in die Stellung I umgesteuert, in der Drucköl über die Leitung 16 dem Zylinderraum 8 zugeführt wird.

Mit dem beschriebenen Antrieb lassen sich Arbcilsfrequenzen bis 100 Hz mit einer Fehlergrenze für die gegen die Last aufgebrachte Kraft von kleiner i2"/o erreichen. Der einstellbare Frequenzbereich liegt zwischen 1 und 100 Hz.

Die Frequenz des Antriebes wird durch Einstellung der Fördermenge der Pumpe 22 bestimmt, also die Flüssigkeitsmenge, die pro Zeiteinheit in das System eingespeist wird.

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 garanticrl. daß zwischen dem Aufbau der Druckdifferenz über dem Steuerkolbcn des jeweils wirksamen Pilotvcntils und der Bewegungsrichtung dieses Kolbens ein Phasenwinkel von annähernd 0° herrscht, so daß keine zeitlichen Verzögerungen zwischen diesen beiden Parametern auftreten. Die für ein ordnungsgemäßes Arbeiten notwendige Dämpfung wird über die Drossel 34 oder einen Mengenregler bewirkt.

Die von dem Antrieb jeweils aufgebrachte Kraft wird durch die Federn 54, 54' eingestellt, gegen deren Kraft die Kolben 48, 48' der Pilotventile 36, 38 arbeiten, in Verbindung mit den Fangstrahldüsen 55, 55' mit denen in Abhängigkeit von dem von der Druckdifferenz abhängigen Weg der Kolben 48, 48' die Umschaltung bewirkt wird.

Wie leicht ersichtlich, kann bei der erfindungsgemälten Anordnung über die Federn 54,54' eine Grobeinstellung vorgenommen und die genaue Last, bei deren Erreichen das Umstcuerventil 20 umgeschaltet wird, durch die Stellung der Fangstrahldüsen 55, 55' bestimmt werden.

Damit ergibt sich gleichzeitig, daß die Last, bei der der Antrieb umschaltet, abhängig ist von der Steilung, an der die Fangslrahldüsen 55 bzw. 55' im Weg der Kolbenstange 47 bzw. 47' liegt.

Damit können aber gleichzeitig für mehrere vorbestimmte Lasten hintereinander eine Mehrzahl von Fangstrahldüsen im Weg der Kolbenstange 47 bzw.

ίο 47' angeordnet werden, wie dies in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Die einzelnen Fangstrahldüsen sind dabei wahlweise einschaltbar, so daß der Antrieb in Abhängigkeit davon, welche der Fangstrahldüsen eingeschaltet ist, unterschiedliche Kraft aufbringt.

Die Einschaltmiltel für die verschiedenen Fangstrahldüsen können leicht mit einem vorgegebenen Programm angesteuert werden, so daß beispielsweise in einer Ennüdur.gsmaschine der Dauer und der

zo Höhe nach vorprogrammierte Kräfte auf den Prüfling aufgebracht werden.

An Stelle von mehreren hintereinanderliegendcn Fangstrahldüsen kann auch eine einzige in Achsrichtung des Sleucrkolbens 48 verstellbar angeordnete Fangslrahldüse vorgesehen sein, die beispielsweise über einen durch das Programm gesteuerten Stellmotor eingestellt wird.

Mit der beschriebenen Anordnung mit mehreren hintereinanderliegenden Fangstrahldüsen bzw. einer verschiebbar angeordneten Fangstrahldüse lassen sich selbstverständlich durch unterschiedliche Einstellung der Federdrücke auch Kräfte mit in den beiden Antricbsrichlungen unterschiedlichen Amplituden einstellen.

Der Antrieb kann in einfacher Weise auch für einseitig schwellende Lastaufnahme ausgebildet werden. Zu diesem Zweck erhält eines der Pilotventile eine negative Federbelastung. Dabei kann beispielsweise die Druckfeder 54' durch eine Zugfeder ersetzt werden oder, wie in der Zeichnung gestrichelt dargestellt, eine Druckfeder 54" rechts vom Kolben 49' angeordnet werden.

Bei dieser Anordnung schallet der Antrieb spätestens dann um, wenn die Last Null wird. Bei entsprechender Federeinstellung kann die Umschaltung auch dann erfolgen, wenn auf den Kolben noch eine Last wirkt. Der Antrieb kann also beispielsweise mit einer positiven Belastung mit 1 t als unterer und 101 als oberer Umschaltung arbeiten. Eine entsprechende Ausbildung eines der Pilotventile ist auch bei der Anordnung nach der Hauptanmeldung anwendbar.

Bei einer solchen Einstellung kann der Antrieb gemäß der Erfindung bei niedriger Frequenz beispielsweise auch als Antrieb einer Tiefziehmaschine verwendet werden, bei der für das Arbeiten eine vorbestimmte, sich stets repoduzierende Kraft erwünscht ist.

Die vorstehend beschriebenen pneumatisch arbeitenden Fluidic-Elemente können auch ganz oder teilweise durch flüssigkeitsbetriebene Fluidic-Elemenie ersetzt werden. Weiter können die Fangstrahldüsen auch durch andere berührungslos arbeilende Fluidic-Elemenie ersetzt werden, beispielsweise durch Näherungsdüsen.

Der Antrieb gemäß der Erfindung hat noch den Vorteil, daß handelsübliche Fluidic-Elemente verwendet werden können, wodurch der Antrieb relativ billig und die Ersatzteilhaltung vereinfacht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Durch eine Druckflüssigkeit betriebener Vi· bralionsantrieb mit einem doppelt wirkenden Scluibkolbentrieb und einem beidseitig durch ein Druckmittel betlitigten Umsteuerkolbenvenlil, über dessen beide ArbeilsanschlUsse die beiden Zylinderräume abwechselnd mit einer DruckflUssigkeitscjuelle und einem weitgehend drucklosen Ablauf verbunden sind, wobei für die Steuerung des Umsteuerkolbenventils für jeden Betätigungsdruckraum des Umsteuerkolbenventils ein Pilotventil vorgesehen ist, über das der zugehörige Betäügungsdruckrauni abwechselnd mit dem Druckmittel beaufschlagt oder dem Ablauf verbunden wird und das einen Steuerkolben aufweist, der einseitig federbelastet ist und an beiden Enden in jeweils einer gesonderten Steuerkammer beaufschlagt ist und der mit einer Steuerkante versehen ist, die vor einer einer größeren Federhelastung entsprechenden Kolbenendlage einen Anschluß für das Druckmittel über ein Wechselventil zum betreffenden Betätigungsdruckraum des Umsteuerkolbenventils freigibt, wobei das Wechselventil bei drucklosem Anschluß den Betätigungsdruckraum mit einem drucklosen Rücklauf verbindet und die Steuerkammer auf der einen Seite des Kolbens des einen Pilotventils jeweils mit der Steuerkammer auf der anderen Seile des Kolbens des anderen Pilotventils und zugleich jeweils mit einem der Arbeitsanschlüsse des Umsteuerkolbenventils verbunden ist, nach Patentanmeldung P 19 04 778.0-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante jeweils an einem Fnde einer Kolbenstange (47, 47') des Kolbens (48, 48') des Pilotventils (36, 38) ausgebildet ist, die durch einen Enddeckel (51, Sl') nach außen verlängert ist, daß die Steuerkante mit einer Fangstrahldüse (55, 55') zusammenwirkt, daß ein bistabiler Speicher (63) vorgesehen ist, dem die Signale der Fangstrahldüsen als Umsteuersignale zugeführt werden, daß die Ausgänge (65, 65') des Speichers jeweils mit dem Wechselventil (69, 69') verbunden sind und daß wechselweise durch die vom Speicher angesteuerten Wechselventile die Betäligungsdruckräume (78, 78') des Umsleuerkolbenventils (20) beaufschlagt werden.

2. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Fangstrahldüse (55,55') und dem Speicher (63) jeweils ein Niederdruck-Normaldruck-Wandler (59, 59') geschaltet ist.

3. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg des außenliegenden Endes der Kolbenstange (47, 47') jeweils eine Mehrzahl von hintereinanderliegenden Fangstrahldüsen (55, 55') angeordnet, ist und daß Mittel vorgesehen sind, mit denen jeweils eine der Düsen in den Steuerkreis einschaltbar ist.

4. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangstrahldüsen (55, 55') jeweils in Achsrichtung der Kolbenstange (47, 47') des Pilotventils (36, 38) axial verstellbar angeordnet ist.

5. Vibrationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (48') eines der Pilotventile (38) mit einer den Kolben negativ vorspannenden Feder (54") belastet 1st,