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Einrichtung zur Beschleunigung und Verzbgerung eines hin- und hergehenden
Maschinenteiles Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Beschleunigung
und Verzögerung eines hin- und hergehenden Maschinenteiles, insbesondere des Antriebes
einer Filmdruckmaschine, mit von DruckSlUssigkeit beaufschlagten Kolben, deren Bewegung
relativ zu den sie umschließenden Zylindern unmittelbar auf den hin- und hergehenden
Maschinenteil übertragen wird.
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Insbesondere bei Filmdruckmaschinen ergibt sich das Problem, daß
große Massen auf kurzer Strecke beschleunigt oder abgebremst werden sollen. Bei
der Abbremsung soll dabei ein zu plötzlicher Anstieg der Bremskräfte vermieden werden,
um die Masohinenbewegung nicht ruckartig zu verändern. Bei der Beschleunigung des
hin- und hergehenden
Maschinenteiles aus dem Stand soll hingegen
sofort die maximale Beschleunigungskraft auf diesen wirken, um die Eöchstgeschwindigkeit
möglichst bald zu erreichen. Auf den hin-und hergehenden Maschinenteil sollen somit
große Kräfte einwirken, wenn er sich in der Nähe seiner Endanschläge befindet, während
in der dazwischenliegenden Bewegungsphase eine möglichst gleichförmige Bewegung
unter Einfluß höchstens geringer äußerer Kräfte angestrebt wird. Die entsprechende
Veränderung der auf den hin- und hergehenden Maschinenteil einwirkenden Kräfte wurde
dabei bisher einfach durch entsprechende Änderung des Öldruckes im Hydrauliksystem
bewirkt, was zu enormen Drucken in den End- und Anfangsphasen der Bewegung führte
und zu einer entsprechend robusten Auslegung des ganzen Systems nötigte.
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Die Erfindung erlaubt es demgegenüber, mit vergleichsweise geringen
Änderungen des Öldruckes auszukommen, was dadurch ermöglicht wird, daß die wirksame
Kolbenfläche mehrere verschiedene Werte aufweist und in den Endstellungen des hin-und
hergehenden Maschinenteiles am größten ist.
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Die erfindungsgemäße änderung der wirksamen Kolbenfläche kann in
ganz verschiedener Weise erfolgen. Beispielsweise können zu beiden Seiten des hin-
und hergehenden Maschinenteiles in dessen Wege Kolben verschiedener Länge parallel
zur Bewegungsrichtung angeordnet sein, so daß bei Annäherung an die Endstellung
des hin- und hergehenden Maschinenteiles zunächst der längste Kolben und dann der
Reihe nach die anderen
Kolben in-den zugehörigen Zylinder eingeschoben
werden. Bei gleichbleibendem öldruck vergrößert sich dabei die Bremskraft proportional
zur Fläche der bereits mit dem hin- und hergehenden Maschinenteil in Berührung stehenden
Kolben. Wird der zum Stehen gebrachte Maschinenteil daraufhin in umgekehrter Richtung
in Bewegung gesetzt, wirken am Beginn der Beschleunigungsphase alle Kolben auf ihn.
Die wirksame Kraft vermindert sich entsprechend, wenn der Abstand von der Endstellung
dann nacheinander die Länge der einzelnen Kolben übersteigt.
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Für die Durchführung des Erfindungsgedankens ist es keineswegs notwendig,
daß das gesamte Hydrauliksystem sich entweder auf dem bewegten oder auf dem feststehenden
Teil der Maschine befindet. Die Erfindung kann vielmehr mit größtem Vorteil auch
bei jenen bekannten Einrichtungen angewendet werden, bei denen der hin- und hergehende
Maschinenteil einen Zylinder umfaßt, der relativ zu einem mit dem feststehenden
Rahmen der Maschine verbundenen Kolben beweglich ist. In diesem Fall kann der Erfindungsgedanke
bereits durch Anbringen eines einzigen zusätzlichen Kolbens an feststehenden Rahmen
der Maschine verwirklicht werden. Im letzteren Fall gestalten sich die Verhältnisse
besonders einfach, wenn in bekannter Weise Bremsdrosseln vorgesehen sind, die das
aus dem bewegten Maschinenteil rückfließende 1 drosseln. In diesem Fall kann die
zusätzliche Beschleunigung und Abbremsung des bewegten Maschinenteiles am Anfang
bzw.
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am Ende jeder Bewegungsphase durch den Kolben der Rücköldrossel erfolgen,
der sich im Wege des hin- und hergehenden
Maschinenteiles befindet.
Damit vermeidet man gleichzeitig den wesentlichen Nachteil, der bisher bei der Verwendung
von Rücköldrosseln aufgetreten ist. Um den Hub des Hydraulikantriebes verstellbar
zu macheh war es bisher üblich, die Rücköldrosseln mittels Kettenzügen, Umlenkrollen
und Steuerkurven vom bewegten Maschinenteil betätigen zu lassen. Alle diese Hilfemittel
werden überflüssig, wenn sich der Kolben der Rücköldrossel im Wege des hin- und
hergehenden Maschinenteiles befindet und unmittelbar von diesem betätigt wird.
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Einzelheiten der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnungen
erläutert, ohne daß dadurch eine Einschränkung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
erfolgen soll.
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Fig. 1 zeigt in Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
teilweise im Schnitt, Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel; Fig. 3 und
4 zeigen Längsschnitte durch eine Rücköldrossel in geöffnetem bzw. geschlossenem
Zustand; Fig. 5 bis 7 zeigen Querschnitte durch die Rücköldosssel gemäß Fig. 3 und
4 in geöffnetem, halb-oder ganz geschlossenem Zustand; Fig. 8 zeigt ein drittes
Ausführungsbeispiel und Fig. 9 das Ausführungsbeispiel von Fig. 8 in gegenüber Fig.
8 geänderter Bewegungsphase; Fig.
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1o-12 zeigen ein letztes Ausführungsbeispiel in drei verschiedenen
Bewegungsphasen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 stellt einen Hydraulikantrieb,
beispielsweise für Filmdruckmasc-hinen dar.
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Er besteht im wesentlichen aus einem Schlitten 1 der gegen
einen
Maschinenrahmen 2 zwischen Endanschlägen 3 hin- und herbewegt wird. Die Bewegung
des Schlittens 1 wird durch Druckflüssigkeit gesteuert, die über Druckleitungen
4 in Zylindern 5 gelagerte Kolben 6 beaufschlagt. Bewegt sich der Schlitten 1 in
Fig. 1 beispielsweise nach rechts, so kommt zunächst der längste der Kolben 6 mit
dem Anschlag 7 in Berührung und auf den Schlitten 1 wird eine durch das Produkt
von Öldruck und Kolbenfläche gegebene Bremskraft ausgeübt.
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Mit zunehmender Annäherung des Schlittens 1 an seine Endstellung kommen
der Reihe nach alle anderen Kolben 6 auf der rechten Seite von Fig. 1 mit dem Schlitten
1 in Berührung und die Bremskraft vermehrt sich entsprechend. Umgekehrt verläuft
der Vorgang bei der Beschleunigung des Schlittens 1.
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Diese erfolgt zunächst unter dem Einfluß aller in einem der Zylinder
5 angeordneten Kolben und nimmt mit zunehmendem Abstand des Schlittens 1 von seiner
Einstellung ab, wenn nacheinander die kürzeren Kolben der Bewegung des Schlittens
nicht mehr folgen können.
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Der Hydraulikantrieb gemäß Fig. 2 besteht aus einem als Antriebsrahmen
ausgebildeten Maschinenrahmen 2, auf dem ein als Zylinderrahmen ausgebildeter Schlitten
1 zwischen Endanschlägen 3 hin- und herbewegt wird. Auf der hohlen Kolbenstange
1o befindet sich dabei ein feststehender Kolben 12.
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Tritt Druckflüssigkeit aus der rechten 0ffnung 11 der Kolbenstange
10 in den Zylinder 13, dann bewegt sich der Schlitten 1 aus der in Fig. 2 dargestellten
Lage nach rechts. Tritt das Drucköl hingegen aus der linken Öffnung 11 in den Zylinder
13 bewegt sich der Schlitten 1 nach links, bis er an
den Endanschlägen
3 zur Anlage kommt. Die Bewegung des Schlittens 1 aus der in Fig. 2 dargestellten
Lage erfolgt jedoch nicht nur unter dem Einfluß des Drucköls im Zylinder 13, auch
die Kolben 16 der Rücköldrosseln 14 tragen zur Beschleunigung und Verzögerung des
Schlittens 1 bei.
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Zum besseren Verständnis der Funktion der in dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 verwendeten Rücköldrossel 14 wird zunächst deren Aufbau anhand der
Figuren 3 bis 7 erläutert. Die Rücköldrossel 14 besteht aus einem Zylinder 15, der
mit einem zweiten Zylinder 19 dicht verschraubt ist. Im Zylinder 19 befindet sich
der Kolben 16, welcher mit vier Kerben 20 versehen ist, die sich über die Länge
L allmählich verlaufend erstrecken. Der Kolben 16 ist im Zylinder 19 mittels der
Dichtungsringe 21 abgedichtet und geführt. Der Zylinder 15 besitzt eine ringförmige
Blende 22, die scharfkantig ausgebildet ist und mit geringem Spiel den Kolben 16
umschließt. Das an der Stelle 23 eintretende Rücköl tritt durch die Kerben So in
den zweiten Zylinder 19 und fließt von dort in Pfeilrichtung durch eine ÖffnUng
24 des Zylinders 15 in den Öltank zurück. Die in Fig. 5 gezeigte Rücköldrossel ist
auch bei ganz eingeschobenen Kolben 16 nicht völlig geschlossen, da die Kerben 20
hier bis hinter die Blende 22 reichen. Fig. 5 bis 7 zeigen die Verhältnisse an der
Blende 22 in dem Fall, wo die Kerben 20 den größten Querschnitt freigeben, in einer
Mittelstellung und bei geschlossener Rücköldrossel 14.
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Die Rücköldrossel 14 trägt in doppelter Weise zur jeweiligen Abbremsung
des Schlittens 1 bei. Da sich der Kolben 16 der Rücköldrossel 14 im Wege des bewegten
Schlittens 1 befindet, wird er durch dessen Bewegung in den Zylinder 15 eingeschoben.
Das Rücköl kann daher nur mehr langsam aus dem Zylinder 13 durch die Kolbenstange
10 abfließen. Der Schlitten 1 aber kann sich nur proportional zur Entleerung dieser
Kolbenstange bewegen. Eine zusätzliche Abbremsung des Schlittens 1 wird dadurch
erreicht, daß auch zum Einschieben des Kolbens 16 in die Rücköldrossel 14 eine gewisse
Kraft aufgewendet werden muß. Diese ergibt sich wieder aus dem Produkt von Öldruck
und Kolbenfläche.
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Bei der Beschleunigung des Schlittens 1 wird jeweils eine Rückö-ldrossel
14 entgegen der Pfeilrichtung in Fig.9 beaufschlagt. Damit durch den Kolben 16 in
der Rücköldrossel 14 Öl zum Zylinder fließen kann, ist es notwendig, daß die Rücköldrossel
14 in der Anfangs- bzw./und Endstellung völlig geschlossen ist, oder aber, daß,
wie im gezeigten Beispiel, ein Rückschlagventil 18 schon am Beginn der Beschleunigung
den Zufluß von Drucköl in die Kolbenstange 1o erlaubt.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 sind die Vorteile der Ausführungsbeispiele
gemäß Fig. 1 und Fig. 2 vereinigt. Die Beschleunigung des Schlittens 1 erfolgt hier
sowohl durch den Druck im bewegten Zylinder 13 als auch durch den Kolben 16 der
Rücköldrossel 14 und zusätzlich
noch durch eine gestaffelte Reihe
von in Zylindern 5 gelagerten Kolben 6. Die Abbremsung des Schlittens 1 erfolgt
einerseits durch die bekannte Wirkung der Rücköldrossel, andererseits dadurch, daß
sich der Kolben der Rücköldrossel im Wege des bewegten Schlittens befindet und zusätzlich
durch die nacheinander auf den Kolben 6 ausgeübten Bremskräfte. Fig. 8 zeigt jene
Phase des Bewegungsablaufes in der die Beschleunigung beginnt. Hier wirkt die größtmögliche
Kraft auf den Schlitten 1, die durch das Produkt des Öldruckes mit der Summe der
wirkenden Kolbenflächen gegeben ist. Die gesamte wirksame Kolbenfläche setzt sich
hiebei zusammen aus der Fläche F des Kolbens 12, aus der Fläche f' der Rücköldrossel
und aus der Fläche 4f der Kolben 6. In der in Fig. 9 dargestellten Bewegungsphase
hat sich demgegenüber die wirksame Kolbenfläche bereits auf F + f' + f vermindert.
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Gegenüber den bisher besprochenen AusfUhrungsbeispielen unterscheidet
sich die Einrichtung nach den Fig.
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10 bis 12 insbesondere durch die symmetrische Anordnung, die ein Verklemmen
des Antriebes unter der Wirkung außermittig angreifender Kräfte verhindert. Der
nur teilweise gezeigte Schlitten 1 wird hier gegenüber dem Maschinenrahmen 2 auf
der Kolbenstange 10 unter der Wirkung von Kolben 6 verschoben, welche die Kolbenstange
10 teleskopartig umschließen. Um den mit dem Zylinder 13 verbundenen Schlitten 1
aus der in Fig.
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10 gezeigten Lage in die Lage gemäß Fig. 11 zu bringen, ist es notwendig,
Drucköl in die linken Druckleitungen 4 und 9
zu bringen. Zum Unterschied
von den anderen Ausführungsbeispielen gelangt das durch die Druckleitung 9 zugeführte
Drucköl hier durch Bohrungen 25 in den Teil des Zylinders 13, der auf der von der
Zuleitung abgewandten Seite des feststehenden Kolbens 12 liegt. Der Vorteil dieser
Anordnung liegt in der Möglichkeit, relativ kurze Druckölleitungen zu verwenden.
Die Anfahrbewegung des Schlittens 1 wird durch gestaffelte Kolben 6 unterstützt,
die in einem Zylinder 5 beweglich sind. Obwohl nur der innerste Kolben 6 mit den
Anschlägen 7 in Berührung kommt, ist zunächst die gesamte Differenz zwischen der
Innenfläche des Zylinders 5 und der Fläche der Kolbenstange 10 wirksam, da die ringförmigen
Innenflanschen der drei Kolben 6 sich aneinander abstützen. Mit zunehmender Entfernung
des Schlittens 1 von der Ausgangsstellung verringert sich die wirksame Kolbenfläche,
da zuerst der äußerste der drei Kolben 6 an der Gehäusewand des Zylinders 5 anschlägt
und sich daraufhin von den übrigen beiden Kolben 6 trennt und dann in ähnlicher
Weise der mittlere und der innere Kolben unwirksam werden.
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Bewegt sich der Schlitten 1 aus der in 1?ig 11 gezeigten Lage weiter
nach rechts, so kommt es zu der in Fig. 12 dargestellten Situation. Der Schlitten
1 wird hier einerseits durch das aus der rechten Druckleitung 9 abfließen-de Rücköl,
anderseits durch die rechten Kolben 6 gebremst. Zunächst ist auch hier nur der innerste
Kolben 6 wirksam, anschließend wird der mittlere Kolben 6 ebenfalls gegen den Druck
des aus der Druckleitung 4 ausströmenden
Rücköles verschoben und
schließlich wird auch der äußerste der drei Kolben 6 von der Bewegung erfaßt, so
bald der mittlere Kolben am inneren Ringflansch des äußeren Kolbens zum Anschlag
kommt.
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An den dargestellten Einrichtungen können verschiedenartige Veränderungen
vorgenommen werden, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise
ist es möglich, die Kolben 6 nicht in verschiedener Länge auszuführen, sondern diese
Kolben gleich lang zu machen und dafür die Anschläge 7 zu staffeln. Auch könnten
die Kolben 6 mit den zugehörigen Zylindern 5 die Bewegung des Schlittens 1 mitmachen
und sich an Anschlägen des Maschinenrahmens 2 abstützen. Die Zylinder 5 können zudem
beliebige Form aufweisen. Insbesondere kann der Kolben der Rücköldrossel von H'itlsen
umgeben sein, die sich teleskopartig ineinanderschieben lassen und nacheinander
durch Anschläge an der Zylinderwandung außer Wirkung gesetzt werden, so daß die
wirksame Kolbenfläche sich stufenweise verändert.