DE19608582A1 - Hydrokompensator zur Druckstoßglättung in der Rücklaufleitung eines hydraulischen Systems und hydraulisches System mit einem solchen Hydrokompensator - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Hydrokompensator, der zur Druckstoßglättung in der Rücklaufleitung eines hydraulischen Sy­ stems eingesetzt wird und die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein hy­ draulisches System, an dessen Rücklaufleitung ein Hydrokompensa­ tor zur Druckstoßglättung angeschlossen ist.

Die Erfindung ist insbesondere an CNC-Stanzmaschinen (Nibbelmaschinen) verwendbar. Dort wie in all den Fällen, in de­ nen in relativ kurzer Zeit, z. B. in 20 ms viel Druckmittelmenge, z. B. 0,15 l in die Rücklaufleitung eines hydraulischen Systems eingeleitet werden, treten ohne zusätzliche Maßnahmen Druckspit­ zen in der Rücklaufleitung auf, die diese und darin eingebaute hydraulische Komponenten beschädigen können und laute Geräusche verursachen. Es ist bekannt, dem dadurch entgegenzuwirken, daß an die Rücklaufleitung ein Hydrospeicher angeschlossen ist. Ver­ wendet man einen Blasenspeicher, so gelingt schon eine gewisse Reduzierung der Druckspitzen. Schneller auf Druckänderungen rea­ giert ein Kolbenspeicher, der zudem kein einem Verschleiß unter­ worfenes Trennelement zwischen Gas und Hydraulikmedium enthält. Wird der Kolben des Kolbenspeichers mit dem Druck des im ersten Druckraum eingeschlossenen Gases beaufschlagt, so macht sich Gasleckage wegen des geringen Vorspanndruckes, der im Bereich des statischen Druckes in der Rücklaufleitung liegt, stark be­ merkbar. Belastet man den Kolben nicht mit einem Gasdruck, son­ dern mit einer Feder, so fallen zusätzliche Kosten für die Feder an. Die Masse der Feder geht in die bei einer Druckänderung zu beschleunigende Masse ein, so daß die Ansprechzeit größer und die Druckstoßglättung schlechter als bei einem mit Gasdruck be­ aufschlagten Kolben ist. Zudem besteht zwischen dem Druckraum mit dem Hydraulikmedium und dem Federraum zumindest zeitweise eine hohe Druckdifferenz, die, sofern man keine zusätzlichen wiederum die Ansprechzeit verschlechternde Maßnahmen zur Abdich­ tung trifft, zu einem starken Übertritt von Hydraulikmedium in den Federraum führt.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen Hydrospei­ cher, der an die Rücklaufleitung eines hydraulischen Systems an­ geschlossen ist und die Merkmale aus dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 aufweist bzw. ein hydraulisches System mit einer Rück­ laufleitung und mit einem daran angeschlossenen Hydrospeicher so weiterzuentwickeln, daß bei geringen Kosten Druckspitzen in der Rücklaufleitung gut geglättet werden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit einem Hydrospeicher er­ reicht, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist und bei dem gemäß dem kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 der erste Druckraum über ein zu ihm hin öffnendes Rückschlagventil mit einem Gasreservoir verbunden ist. Das Ziel wird auch mit einem hydraulischen System gemäß Anspruch 10 er­ reicht, das einen erfindungsgemäßen Hydrospeicher enthält.

Bei einem erfindungsgemäßen an eine Rücklaufleitung angeschlos­ senen Hydrospeicher ist also der Kolben auf der einen Seite von einem Gasdruck und nicht von einer Feder beaufschlagbar. Dabei kann über das Rückschlagventil jederzeit aus dem Gasreservoir Gas in den ersten Druckraum nachströmen, sofern darin der Gas­ druck aufgrund von Leckage unter einen minimalen Betriebsdruck gefallen ist. Bei einer Bewegung des Kolbens im Sinne einer Ver­ ringerung des Volumens des ersten Druckraums erhöht sich darin der Druck, wobei das Rückschlagventil ein Ausströmen von Gas verhindert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Hydrospei­ chers kann man den Unteransprüchen 2 bis 9 entnehmen. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen des hydraulischen Systems gemäß Anspruch 10 finden sich in den Unteransprüchen 11, 12 und 13.

Grundsätzlich ist es möglich, als Gasreservoir die Atmosphäre zu nehmen. Günstiger erscheint es jedoch, wenn das Gasreservoir ein Druckluftnetz ist und der minimale Betriebsdruck des Gases im ersten Druckraum höher als Atmosphärendruck ist. Ein Druck­ luftnetz ist bei den meisten Maschinen ohnehin vorhanden, so daß kaum zusätzlicher Aufwand entsteht. Daß der minimale Betriebs­ druck des Gases im ersten Druckraum höher als der Atmosphären­ druck ist, ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Rücklauflei­ tung vorgespannt ist und in ihr im Betrieb ein über den Atmo­ sphärendruck liegender Druck herrscht. Bei Inbetriebnahme macht dann der Kolben nicht erst einen großen Weg, durch den der Druck des Gases im ersten Druckraum auf den in der Rücklaufleitung herrschenden Druck angehoben wird. Der Hydrospeicher kann dann recht klein bauen.

In dem hydraulischen System, innerhalb dessen ein erfindungsge­ mäßer Hydrospeicher verwendet wird, kann, vor allem wenn das Sy­ stem längere Zeit außer Betrieb ist, der Druck im System auf At­ mosphärendruck absinken. In diesem Fall kann der Kolben des Hy­ drospeichers von dem unter Druck stehenden Gas im ersten Druck­ raum in eine Endlage verschoben werden. Damit nun nicht Gas in das hydraulische System strömt, sind gemäß Anspruch 5 Dichtmit­ tel vorgesehen, die nur in der betrachteten Endlage des Kolbens wirksam sind und den ersten Druckraum und den zweiten Druckraum gegeneinander abdichten. Befindet sich der Kolben außerhalb ei­ ner Endlage, so besteht keine Druckdifferenz zwischen den beiden Druckräumen, so daß kein Austausch von Fluid zwischen den beiden Druckräumen stattfindet. Insofern sind auch nicht unbedingt zu­ sätzliche radiale Dichtungen zwischen dem Kolben und dem Zylin­ der des Hydrospeichers notwendig. Bevorzugt werden die Dichtmit­ tel nicht durch einen Dichtring am Kolben, sondern gemäß An­ spruch 6 durch einen ortsfest angeordneten Dichtring des Zylin­ ders gebildet, der vorteilhafterweise in eine Eindrehung einer Endkappe eingesetzt ist.

In einem hydraulischen System mit einer vorgespannten Rücklauf­ leitung wird der minimale Gasdruck im Hydrospeicher bevorzugt höher als der Vorspanndruck der Rücklaufleitung gewählt, weil dann Gasverluste auch bei längerem Betrieb sicher aus dem Gasre­ servoir ausgeglichen werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydrospeichers sowie ein hydraulisches System, in dem ein solcher Hydrospeicher eingesetzt ist, sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand die­ ser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 das hydraulische System,

Fig. 2 den Hydrospeicher mit konstruktiven Einzelheiten in einem Längsschnitt und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Hydrospeicher nach Fig. 2.

Das hydraulische System nach Fig. 1 ist z. B. an einer Nibbelma­ schine installiert und besitzt als Druckmittelquelle eine ver­ stellbare Hydropumpe 10, die Hydrauliköl aus einem Tank 11 an­ saugt und über ein Rückschlagventil in eine Druckleitung 12 ab­ gibt. An diese ist zur Glättung von durch die Hydropumpe 10 ver­ ursachten Druckpulsationen ein Hydrospeicher 13 angeschlossen.

Als hydraulischer Verbraucher ist ein Differentialzylinder 15 vorhanden, dessen Kolben 16 das Innere des Zylindergehäuses 17 in einen kolbenstangenseitigen, im Querschnitt ringförmigen Druckraum 18 und einen kolbenstangenabseitigen, im Querschnitt kreisscheibenförmigen Druckraum 19 aufteilt. Start und Stopp, die Richtung sowie die Geschwindigkeit des Kolbens 16 sind mit einem Proportional-Wegeventil 25 steuerbar, das als 3-stufiges Servoventil mit elektrischer Lageregelung des Steuerkolbens der dritten Stufe, also des Hauptkolbens 26 ausgebildet ist und dazu einen elektrischen Weggeber 27 aufweist. Das Wegeventil 25 be­ sitzt vier Druckmittelanschlüsse, namlich einen Druckanschluß P, einen Tankanschluß T, einen Verbraucheranschluß A und einen Ver­ braucheranschluß B. Letzterer wird in der vorliegenden Schaltung nicht gebraucht und ist verschlossen. In der Mittelstellung des Hauptkolbens 26 sind alle vier Anschlüsse gegeneinander abge­ sperrt. Bei einer Verschiebung des Hauptkolbens aus der Mittel­ stellung heraus in eine Richtung a werden der Druckanschluß P mit dem Verbraucheranschluß A und der Verbraucheranschluß B mit dem Tankanschluß T verbunden. Bei einer Verschiebung aus der Mittelstellung heraus in die andere Richtung b werden der Druck­ anschluß P mit dem Verbraucheranschluß B und der Verbraucheran­ schluß A mit dem Tankanschluß T verbunden.

Die Druckleitung 12 führt einerseits zum Druckraum 18 des Diffe­ rentialzylinders 15 und andererseits zum Druckanschluß P des We­ geventils 25. Außerdem sind der Verbraucheranschluß A des Wege­ ventils 25 und der Druckraum 19 des Differentialzylinders 15 miteinander verbunden. Von dem Tankanschluß des Wegeventils 25 führt eine Rücklauf- oder Tankleitung 30 über ein Rückschlagven­ til 31 und eine dazu parallel geschaltete Düse 32 zum Tank 11. Der Schließkörper 33 des Rückschlagventils 31 wird von einer Druckfeder 34 gegen einen Sitz gedrückt. Die Kraft, die die Druckfeder 34 auf den Schließkörper 33 ausübt, entspricht einem bestimmten Druck, z. B. 2 bar in dem Tankleitungsabschnitt zwi­ schen dem Wegeventil 25 und dem Rückschlagventil 31. Erst wenn dieser Druck überschritten ist, öffnet das Rückschlagventil. Die Düse 32 bewirkt, daß der Druck in dem genannten Tankleitungsab­ schnitt nach einer gewissen Zeit auf Atmosphärendruck absinkt.

An den zwischen dem Rückschlagventil 31 und dem Wegeventil 25 befindlichen Abschnitt der Tankleitung 30 ist nahe am Wegeventil ein Hydrospeicher 40 angeschlossen, der als Kolbenspeicher aus­ gebildet ist. Ein aus einem Profilstrang abgeschnittener Zylin­ der 41 des Hydrospeichers 40 und zwei Endkappen 42 und 43, die auf den Zylinder 41 aufgesetzt sind und mit einem Zentrierbund 44 in diesen hineingreifen, umschließen einen Hohlraum 45 von kreiszylindrischem Querschnitt. Am Außenumfang sind der Zylinder 41 sowie die beiden Endkappen 42 und 43 quadratisch gestaltet, so daß in den Ecken genug Material vorhanden ist, um die Endkap­ pen mit Hilfe von Schrauben 46 am Zylinder 41 befestigen zu kön­ nen.

In dem Hohlraum 45 ist ein fliegender Kolben 50 bewegbar, der den Hohlraum in einen ersten Druckraum 51, in dem sich ein Gas, vorzugsweise Luft, befindet, und in einen zweiten Druckraum 52 aufteilt, der an die Tankleitung 30 angeschlossen ist. Konstruk­ tiv ist die Verbindung zwischen der Tankleitung 30 und dem Druckraum 52 dadurch auf einfache Weise hergestellt, daß die Endkappe 43 zentral eine durchgehende Axialbohrung 53 und eine senkrecht von der Axialbohrung abgehende und nach außen führende Radialbohrung 54 aufweist. Die Axialbohrung ist mit dem Tankan­ schluß T des Wegeventils 25 und die Radialbohrung 54 mit einem zum Rückschlagventil 31 führenden Leitungsabschnitt der Tanklei­ tung 30 verbunden. Die Endkappe 43 wird also zugleich als Ab­ zweigstück genutzt. Der Durchmesser der Axialbohrung 53 ist grö­ ßer als derjenige der Radialbohrung 54, da es daraufankommt, daß Hydrauliköl möglichst ungehindert in den Druckraum 52 ein­ strömen kann.

An ihrem Zentrierbund 44 besitzt die Endkappe 43 eine axial zum Druckraum 52 und radial zum Zylinder 41 hin offene Eindrehung 55 mit einem halben Schwalbenschwanzquerschnitt, in die ein aus ei­ nem elastischen Material und einen entsprechenden Querschnitt aufweisender Dichtring 56 eingesetzt ist, der zumindest im ent­ spannten Zustand über die Stirnseite des Zentrierbundes 44 vor­ steht und der in einer Endposition des Kolbens 50 von diesem be­ aufschlagbar ist. Dadurch ist in dieser Endposition die Tanklei­ tung 30 gegen den Druckraum 51 hin abgedichtet. In die Endkappe 42 ist ein Rückschlagventil 60 eingebaut, das zum Druckraum 51 hin öffnet und über ein Druckminderventil 61 mit einer pneumati­ schen Druckquelle 62, z. B. dem Preßluftnetz einer Maschine oder einer Fabrikationshalle, verbunden ist. Das Druckminderventil 61 ist verstellbar und auf einen über den Atmosphärendruck liegen­ den Druck eingestellt. Z.B. ist die Einstellung so getroffen, daß unter Berücksichtigung eines Druckabfalls am Rückschlagven­ til 60 in dem Druckraum 51 ein Druck, der über dem durch das Rückschlagventil 31 verursachten Vorspanndruck der Tankleitung 30 liegt und z. B. 2,3 bar beträgt, herrscht. Dabei ist damit ähnlich wie hinsichtlich der Kraft der Feder 34 des Rückschlag­ ventils 31 jeweils nicht der absolute Druck, sondern der über Atmosphärendruck liegende Druck gemeint.

Der Hydrospeicher 40 ist vornehmlich so montiert, daß seine Längsachse vertikal angeordnet ist und sich die Endkappe 42 oben befindet.

Wenn das hydraulische System nach Fig. 1 längere Zeit still­ steht oder wenn sich das Wegeventil 25 in einer Stellung befin­ det, in der eine gewisse Zeit kein Hydrauliköl in die Tanklei­ tung 30 nachfließt, fällt in dieser durch Abfluß von Öl über die Düse 32 der Druck auf Tankdruck ab. Die unter Druck stehende Preßluft im Druckraum 51 des Hydrospeichers 40 kann dann den Kolben 50 ganz nach unten in eine Endposition verschieben, in der der Kolben 50 auf dem Dichtring 56 aufliegt. Es kann somit keine Luft aus dem Druckraum 51 in das hydraulische System über­ treten.

Ausgehend von einer Position des Kolbens 16 des Differentialzy­ linders 15, in der der Kolben angehoben ist und der Druckraum 19 sein minimales Volumen besitzt, sowie von der Mittelstellung des Wegeventils 25 möge nun die Anlage in Betrieb genommen und das Wegeventil 25 in seine Stellung b gebracht werden. Nun strömt Hydrauliköl von der Hydropumpe 10 über die Druckleitung 12 und das Wegeventil 25 in den Druckraum 19 des Differentialzylinders 15. Aus dem Druckraum 18 verdrängtes Öl gelangt ebenfalls über das Wegeventil 25 in den Druckraum 19. Der Differentialzylinder 15 wird also in Differentialschaltung betrieben. In die Tanklei­ tung 30 fließt kein Hydrauliköl.

Zum Rückhub des Kolbens 16 wird das Wegeventil 25 in die andere Stellung gebracht, in der sein Verbraucheranschluß A mit dem Tankanschluß T verbunden ist. Das während des Rückhubs aus dem Druckraum 19 des Differentialzylinders 15 verdrängte Öl fließt nun in die Tankleitung 30 hinein. Die Menge ist so groß, daß der Druck in der Tankleitung über 2,3 bar ansteigt, so daß der Kol­ ben 50 des Hydrospeichers 40 angehoben wird und die Preßluft im Druckraum 51 des Hydrospeichers komprimiert. Dadurch wird eine hohe Druckspitze in der Tankleitung verhindert. Der Druck in der Tankleitung baut sich durch Abfluß von Öl über das Rückschlag­ ventil 31 und die Düse 32 wieder ab, so daß der Kolben 50 des Hydrospeichers 40 zurück in Richtung Endkappe 43 bewegt wird. Fällt dabei in jedem Zyklus der Druck in der Tankleitung unter den, vom Druckabfall am Rückschlagventil 60 einmal abgesehen, am Druckminderventil 61 eingestellten Druck ab, so bewegt sich der Kolben 50 bis zum Dichtring 56. Es ist dann sichergestellt, daß nicht aufgrund von Luftverlusten das Volumen des Druckraums 51 immer kleiner wird. Am einfachsten ist es, durch eine entspre­ chende Einstellung des Druckminderventils 61 dafür zu sorgen, daß der minimale Druck der Luft im Druckraum 51 höher als der durch das Rückschlagventil 31 in der Tankleitung 30 verursachte Vorspanndruck ist.

Claims (13)

1. Hydrospeicher (40) zur Druckstoßglättung in der Rück­ laufleitung (30) eines hydraulischen Systems, insbesondere an einer Nibbelmaschine, mit einem Zylinder (41), der vorzugsweise aufgesetzte Endkappen (42, 43) aufweist, und mit einem in dem Zylinder (41) bewegbaren fliegenden Kolben (50), der den Zylin­ der (41) in einen ersten Druckraum (51), in dem sich ein Gas be­ findet, und in einen zweiten Druckraum (52) aufteilt, der an die Rücklaufleitung (30) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckraum (51) über ein zu ihm hin öffnendes Rück­ schlagventil (60) mit einem Gasreservoir (62) verbunden ist.

2. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (60) an einer Endkappe (42) angeordnet ist.

3. Hydrospeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gasreservoir ein Druckluftnetz (62) ist und daß der minimale Betriebsdruck des Gases im ersten Druckraum (51) höher als Atmosphärendruck ist.

4. Hydrospeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Betriebsdruck über ein Druckminderventil (61) einstellbar ist.

5. Hydrospeicher nach einem vorhergehenden Anspruch, da­ durch gekennzeichnet, daß in einer Endposition des Kolbens (50) der erste Druckraum (51) zur Rücklaufleitung (30) hin durch nur in der Endposition des Kolbens (50) wirksame Dichtmittel (56) abgedichtet ist.

6. Hydrospeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmittel einen insbesondere an einer Endkappe (43) ortsfest angeordneten Dichtring (56) umfassen.

7. Hydrospeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endkappe (43) mit einem Bund (44) in den Zylinder (41) eingeschoben ist, daß der Bund (44) eine axial offene Eindrehung (55) aufweist und daß der Dichtring (56) in die Eindrehung (55) eingesetzt ist.

8. Hydrospeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrehung (55) auch radial nach außen offen ist.

9. Hydrospeicher nach einem vorhergehenden Anspruch, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Endkappe (43) als Abzweigstück ausgebildet ist, durch das die Rücklaufleitung (30) führt.

10. Hydraulisches System mit einer Rücklaufleitung und mit einem an die Rücklaufleitung (30) angeschlossenen Hydrospeicher (40) gemäß einem vorhergehenden Anspruch.

11. Hydraulisches System nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rücklaufleitung (30) mit einem Druck vorspann­ bar ist.

12. Hydraulisches System nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Rücklaufleitung (30) ein Drosselrückschlag­ ventil (31, 32) eingebaut ist.

13. Hydraulisches System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Druck des Gases im ersten Druckraum (51) des Hydrospeichers (40) mindestens so hoch ist wie der Druck, mit dem die Rücklaufleitung (30) vorgespannt ist.