DE2011570A1 - Steuersystem fur druckmittelbetriebene Antriebe - Google Patents
Steuersystem fur druckmittelbetriebene AntriebeInfo
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Description
FRIEDRICH UHDE GMBH
Dortmund
Dortmund
Aktenzeichen: 70 002
11. März 1970
Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für Druckmittel-betriebene
Antriebe zur Erzeugung gegenläufiger Bewegungsrichtungen wie sie vorzugsweise bei Kolben- oder Plunger-Pumpen und Werkzeugmaschinen
vorkommen.
Bei Druckmittel-betriebenen Antrieben wird das Druckmittel, meistens Öl, in einem offenen oder geschlossenen Kreislauf durch den
Antriebsmotor mittels einer regelbaren oder fest eingestellten Pumpe über ein Mehrwege-Ventil abwechselnd den beiden Seiten des
Antriebskolbens zugeführt. Der Kolben des Antriebszylinders bewegt sich dabei jeweils in Richtung zur drucklosen Zylinderseite und
überträgt seine Bewegung mittels starrer Verbindungen auf die eigentliche Arbeitsmaschine wie z.B. auf die Plunger oder Kolben
von Pumpen oder auf Schlitten von Werkzeugmaschinen.
Endlagensteuerventile oder -schalter bewirken die Umsteuerung des
Mehrwege-Ventils. Strömt die Flüssigkeit von der Druckmittelpumpe über das Mehrwege-Ventil in den Zylinderraum auf einer Seite des
Arbeitskolbens, so läuft sie drucklos aus dem Zylinderraum auf der anderen Seite über das Mehrwegeventil in die Rücklaufleitung
ab.
Das Steuersystem für Druckmittel-betriebene Antriebe besteht demnach im wesentlichen aus den beiden Endlagensteuerventilen bzw.
-schaltern, evtl. Impuls-Verstärkern und dem Mehrwege-Ventil.
Bekanntlich wird bei Plunger-Pumpen und bei hin- und hergehenden
Schlitten von Werkzeugmaschinen ein Bejwigungsdiagramm angestrebt,
das äußerst kurze Beschleunigungs- und Verzögerungswege und
äußerst kurze Beschleunigungs- und Verzögerüngszeiten aufweist.
Druckabbau und Druckaufbau an den Umkehrpunkten sollen nicht allmählich,
sondern kurzzeitig erfolgen.
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Für Plunger-Pumpen, die zum Fördern und Eindosieren von Flüssigkeiten
hohen und höchsten Druckes in der Technik eingesetzt werden, bedeutet dies, daß mit nur 2 Plungern eine fast stetige Förderung
und Eindosierung bei praktisch konstantem Druck erreicht werden muß. Vom Maß der Stetigkeit der Eindosierung von Katalysator
in flüssiger Form in Reaktionsräume, z.B. für Verfahren zur Hochdruck-Polyäthylen Herstellung, ist die Stetigkeit der Temperaturführung
beim Prozeß abhängig. Die Temperaturführung wiederum
wirkt sich auf die Qualität des Produktes aus.
Für Schlitten von Werkzeugmaschinen, die ein Werkstück zur Bearbeitung
tragen, bedeuten kurze Beschleunigungswege und Beschleunigungszeiten bzw. Verzögerungswege und -zeiten, daß die s.g. Totzeit
wesentlich vermindert u14d die Bearbeitungszeit verkürzt wird.
Die richtige Auswahl und Gestaltung des Steuersystems ist also Voraussetzung für z.B. optimale Verfahrensführung bzw. wirtschaftliche
Fertigung.
Die Endlagen-Steuergeräte können entweder mechanisch direkt oder mittels hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Übertragung
auf das Mehrwege-Ventil wirken.
Bei mechanischen Endlagensteuergeräten muß das Mehrwege-Ventil in der Nähe dieser Endlagensteuergeräte angebracht sein, da sie das
Mehrwege-Ventil direkt betätigen. Diese mechanisch wirkenden Endlagensteuergeräte
haben den Nachteil, daß sie nicht plötzlich den gesamten erforderlichen Querschnitt im Mehrwege-Ventil für die
Druckmittelmenge freigeben, sondern im Maß der Geschwindigkeit des hin- und hergehenden Maschinenteiles. Bei hydraulischen, pneumatischen
oder elektrischen Endlagensteuergeräten kann das Mehrwege-Ventil räumlich getrennt von ihnen angeordnet werden. Die bekannten
hydraulisch-wirkenden bzw. pneumatisch-wirkenden Endlagensteuerventile haben jedoch den Nachteil, daß bei ihnen der Steuerkolben
auf seinem ganzen Steuerweg vom hin und hergehenden Maschinenteil betätigt wird, d.h. der Steuerkolben wird mit einer Geschwindigkeit
bewegt, die der Geschwindigkeit des hin- und hergehenden Maschinenteiles entspricht. Diese Geschwindigkeit ist für den Umsteuervorgang
jedoch zu gering,
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Bei pneumatisch gesteuerten Druckmittel-betriebenen Antrieben läßt
sich eine Verkürzung des Umsteuervorganges erzielen, wenn ein pneumatisches
Endlagensteuerventil mit kleinstem Hubweg und dann daran anschließend mehrere größer werdende pneumatische Verstärker, je
nach Größe des hydraulischen Mehrwege-Ventils angeschlossen werden.
Dies bedeutet zwangsläufig großen Aufwand, Schneller Umsteuervorgang kann weiterhin erzielt werden, wenn das
Steuersystem Endlagensteuergerät - Mehrwege-Ventil elektrisch ausgebildet wird. Jedoch bringt der Einsatz von elektrischen Steuergeräten
wiederum arteigene Nachteile mit sich, wie da z.B. sind:
Verschleiß von Steuerschützen, Kontaktfehler, schwieriges Herausfinden von Fehlerquellen in der elektrischen Anlage und aufwendige
Ausbildung in explosionsgefährdeten Räumen oder Anlagen.
Für Förder- oder Dosierpumpen wird oft eine vielzylindrige, z.B.
4- oder 6-zylindrige, doppelseitige Anordnung gewählt. So kann
die Gesamtförderleistung von z.B. 60 l/h auf 3 doppelseitige Pumpen
von je 20 l/h aufgeteilt werden. Hierdurch lassen sich für
Teillast oder Reparatur Zylinderpaare abschalten* Für Vollastbetrieb einer solchen Pumpe bei erforderlichem Gleichlauf der einzelnen
Zylinderpaare sind bisher aufwendige, zusätzliche Gleichlaufeinrichtungen erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem zu
finden, das die geschilderten Nachteile nicht aufweist, äußerst
kurze Beschleunigungs- und Verzögerungswege hat bei voller Druckauswirkung
auf den Antriebskolben. ·
Diese Aufgabe wird überraschenderweise dadurch gelöst, daß am
Steuerkolben jedes Endlagensteuerventils eine Rückholfeder angebracht ist und am Leckölanschluß die Verriegelungsleitung für das
Steuermittel zwischen dem anderen Endlagensteuerventil und dem Mehrwege-Ventil angeschlossen ist. Die Rückholfeder ist am Steuerkolben
derart angebracht, daß die Kraftwirkung der Rückholfeder
entgegengesetzt ist der Bewegungsrichtung des.Steuerkolbens bei
Wirksamwerden des Verriegelungsdruckes,
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Um nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Arbeitskolben
von 2 oder mehreren Antrieben parallel schalten zu können, werden die Endlagensteuerventile einer Seite, d.h. der gleichen
Bewegungsrichtung mehrerer Aggregate miteinander über die Verriegelungsleitungen
dieser Endlagensteuerventile verbunden. Die Endlagensteuerventile der anderen Bewegungsrichtung bleiben untereinander
unverbunden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile.bestehen insbesondere
darin, daß am Endlagensteuerventil ein minimaler Ansteuerhub von einem Bruchteil eines Millimeters genügt, um einen plötzlichen
Aussteuerhub von mehreren Millimetern zu erhalten und somit den Druck auf der einen Seite des Arbeitskolben plötzlich zusammenbrechen
zu lassen und ihn auf der anderen Seite des Arbeitskolbens
plötzlich aufzubauen. Durch diese Arbeitsweise ist es bei Kolbenoder Plunger-Pumpen möglich, ein fast ideales rechteckiges Förderdiagramm
zu erhalten. Der Antriebsdruck auf den Arbeitskolben bleibt bis zur Endlage wirksam, bricht plötzlich zusammen und wird
gleichzeitig plötzlich von der anderen Seite her voll wirksam. Bei Werkzeugschlitten bedeutet der Einsatz obigen Steuersystems
sehr kurze Totzeiten und damit verkürzte Fertigungszeiten.
Ein weiterer· Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Steuernocken
an der Antriebskolbenstange den Kopf des Steuerkolbens nur kurzzeitig berührt und um einen Bruchteil eines Millimeters ventileinwärts
bewegt. Infolge der dann wirksam werdenden Kraft der Rückholfeder wird der Kopf des Steuerkolbens sofort vom Steuernocken
entfernt. Eine Beschädigung des Endlagensteuerventils durch den Steuernocken bzw. die Antriebskolbenstange kann nicht eintreten.
Bei mehrzylindrigen, doppelseitigen Pumpen läßt sich allein durch
Verriegelung der Endlagensteuerventile einer Bewegungsrichtung aller Antriebe völliger Gleichlauf dieser Antriebe erzielen. Es
sind nur eine oder mehrere Verbindungsleitungen erforderlich. Zusätzlich
Gleichlaufeinrichtungen mit evtl. Störquellen entfallen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen 1-6 dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: «^·
Fig. 1 - Hydraulischer Antrieb für eine doppelseitige Pumpe
mit den verschiedenen Rohrleitungssystemen, in Mi-ttrenstellung und Fließrich-tungs anzeige
Fig. 2 - Endlägensteuerventil in Arbeitsstellung, im Schnitt.
Fig. 3 - Endlagensteuerventil in Nullstellung, im Schnitt
Fig. 4· - Hydraulischer Antrieb für eine doppeltwirkende
Pumpe, in Endlagenstellung und Druckzustand des Druckmittels
Fig. 5„+6 - Hydraulischer Antrieb für mehrzylindrige doppelseitige Pumpen, in Endlagenstellung und Druckzustand
des Druckmittels.
Der hydraulische Antrieb nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus
dem System für den Antrieb, für die Steuerung und für die Verriegelung.
In dem Antriebssystem A, wird das Druckmittel von einer
Pumpe, die der Übersichtlichkeit-halber nicht eingezeichnet ist,
über das Mehrwege-Ventil 1 abwechselnd den beiden Seiten des Antriebszylinders
2 zugeführt. Von der drucklosen Zylinderseite strömt das Mittel über das Mehrwege-Ventil zum Ansaugbehälter der
Pumpe zurück. Die Pumpe für das Steuerungssystem S, die Pumpe wurde
ebenfalls nicht eingezeichnet, erzeugt den konstanten Steuerungsdruck vor den Endlagen-Steuerventilen 3 und 3f. Über diese
Ventile wird der Steuerungsdruck abwechselnd auf das Mehrwege-Ventil
wirksam, indem er die Kolben 4 hin und her bewegt. Das Verriegelungssystem V verbindet die Endlagensteuerventile mit den Steuerleitungen
zwischen Endlagen-Steuerventilen und dem Mehrwege-Ventil. Rücklaufleitungen R an den Endlagensteuerventilen ermöglichen die
abwechselnde Druckentlastung des Kolben H im Mehrwege-Ventil.
Die beiden Endlagensteuerventile, dargestellt in Fig. 2 und.3, bestehen
im wesentlichen aus dem Ventilkörper 5, den beiden Deckeln & und 7, der Steuerbuchse 8, dem Steuerkolben 9 und der Rückholfeder
10. Der Ventilkörper 5 ist versehen mit einem Steuermittelanschluß B, einem Rücklaufanschluß C und einem Anschluß D für die
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Verbindungleitung zwischen Endlagen-Steuerventil und Mehrwege-Ventil.
Der Deckel 6 hat einen Anschluß E für die Verriegelungsleitung/ In den bekannten Steuersystemen dient dieser Anschluß als
Leckölanschluß.
Als Ruhestellung gibt es für das Endlagensteuerventil die Arbeitsstellung
und die Nullstellung, In der Arbeitsstellung ist der Steuerkolben aus dem Ventil ausgefahren und bereit für die Ansteuerung
durch die sich bewegende Antriebsmaschine, z.B. Plunger-Pumpe.
In der Nullstellung hat die Rückholfeder den Steuerkolben in das Ventil gezogen. Für das Steuerungssystem bezüglich der Endlagensteuerventile
gibt es einen statischen Zustand, d.h. ein Ventil ist in Arbeitsstellung und das andere in Nullstellung, und einen
dynamischen, d.h. der Steuerkolben des einen Ventils geht von Arbeitsstellung in Nullstelltr g und der andere Steuerkolben geht
von Nullstellung in Arbeitsstellung. Die Steuerungsvorgänge, d.h. die Obergänge von der Arbeitsstellung zur Nullstellung bzw. von
der Nullstellung zur Arbeitsstellung laufen im einzelnen wie folgt ab:
In der Arbeitsstellung wird nach Fig. 2 und 3 in Verbindung mit Fig. 4 der Steuerkolben durch den Druck in einer I itung des Verriegelungssystems
über Anschluß E entgegen der Kraft der Rückholfeder nach außen gedrückt. Die Rückholfeder ist zusammengedrückt.
Anschluß D und C stehen über die Kolbeneindrehung 11 mit der Rücklaufleitung R in Verbindung und sind daher drucklos. Die bei D
angeschlossene Steuerleitung 12 zum Mehrwege-Ventil ist ebenfalls drucklos. Der am Anschluß B anstehende Steuerdruck kann nicht
wirksam werden, weil von B über die Kolbeneindrehung 13 kein Durchfluß freigegeben ist. Erfolgt nun durch den Steuernocken 14 an der
Antriebskolbenstange die Ansteuerung des Steuerkolbens am Kolbenkopf 15, bewegt sich der Steuerkolben einwärts. Dabei wird nach
Fig. 3 der Anschluß B über die Kolbeneindrehung 13 in Verbindung mit dem Anschluß D gebracht.
Nach Fig. 4 wird am Endlagensteuerventil 31 der Druck von B über
D, die Steuerleitung 16 und die Verriegelungsleitung 17 auf den
Kolben 4 des Mehrwege-Ventils 1 und auf den Anschluß E des anderen Endlagensteuerventils 3 wirksam. Der Druck auf den Kolben 4 im
Mehrwege-Ventil bewirkt die Umsteuerung der Fließrichtung des Druckmittels für den Antrieb. Im Endlagensteuerventil 3 wird der
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Steuerkolben entgegen dem Federdruck herausgedrückt, und zwar in
Arbeitsstellung. Durch die Verschiebung der Steuerkanten wird die
bis jetzt bestehende Verbindung von B nach D unterbrochen und die
Verbindung D nach C hergestellt. Bei C erfolgt Entspannung in die
Rücklaufleitung. Damit wird die Leitung 12 mit der Verriegelungsleitung 18 drucklos, was zum Zusammenbruch des Druckes unter der
Feder von 3· führt und die Federkraft sofort wirksam werden läßt.
Der Steuerkolben wird in Nullstellung gebracht. Druckaufbau in Leitung 16 und 17 und Druckabbau in Leitung 12 und 18 erfolgen
gleichzeitig. Mit Hilfe der Rückholfeder 10, deren Kraft dem Druck
am Anschluß E entgegenwirkt, wird kurzer Ansteuerweg und kurze
Ansteuerzeit in langen Aussteuerweg bei sehr kurzer Aussteuerzeit übergeleitet. Die Durchflußquerschriitte der Steuerorgane werden
ruckartig, unabhängig von der Geschwindigkeit des Antriebskolbens,
freigegeben. Der Steuerdruck aus dem System S wird nach der Umsteuerung
schnell und voll auf den Kolben des Mehrwege-Ventils wirksam. Das Druckmittel für den Antrieb strömt abwechselnd mit
vollem Druck und voller Menge durch das Mehrwege-Ventil in den Antriebszylinder. Die schnelle Umsteuerung des Kolbens des Mehrwege-Ventils,
bewirkt, daß Belastung und Entlastung des Antriebskolbens in der Endlage gleichzeitig und plötzlich erfolgen.
Das Steuerungssystem für einen mehrzylindrigeh Antrieb, z.B. für
2 doppelseitige Pumpen, ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Die Pumpe
für das Druckmittel ist so groß ausgelegt, daß beide Antriebszylinder gleichzeitig beaufschlagt werden können. Die Antriebssysteme A sind bei a an die Druckleitung der Pumpe angeschlossen.
Jedem Antriebszylinder sind ein Mehrwege-Ventil und zwei Endlagensteuerventile
mit Steuerungssystem und Verriegelungssystem zugeordnet. Die beiden Steuerungssysteme werden von einer Pumpe versorgt
und sind über Anschluß b verbunden. Gleichlauf der beiden Antriebskolben wird erreicht durch die Verbindung der beiden Steuerleitungen
12 über die Anschlüsse c. Mit der Verbindung der Steuerleitungen
12 sind auch die Verriegelungsleitungen 18 verbunden. Die beiden
Endlagensteuerventile 3* für die andere Bewegungsrichtung sind
nicht untereinander verbunden bzw. verriegelt.
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Je nach Größe der Pumpe für das Druckmittel können mehrere Systeme
nach Fig. 5 angeschlossen und die Gesamtförderleistung damit erhöht werden. Durch Einbau von Abschalt- bzw. Umschalt-Ventilen
in den Verbindungsleitungen können einzelne Systeme abgeschaltet
werden, z.B. für Teillastbetrieb oder für Reparaturzwecke.
ι ο 9 a .·; ο / ο ι ο 2
Claims (3)
- Patentansprüche " . \ ': : 5Steuer system für Druckmittel«*bet ri ebene Antriebe eines Aggregates zur Erzeugunggegenläufiger Bewegungsrichtungen mit Druclcnittel-Üur-ßh-st-römt'Bni^Kehrvxego*·Ventil, das an zwei hydraulische Endlagensteuerventileangeschloosen ist3 wobei die Endlagensteuerventile mit Anschlüssen für Steuernd ttelzuflüß9 Steuermittelabfluß zum oder vom.Mehrwege™ Ventil«, Steuermittel» rÜcJcfluß und LcGköl versehen sind und die Endlagensteuerventile in .wesentlichen aus Vehtilkörper9 Steuerbuchse und Steuerkolben bestehen9 eiadurch gekennzeichnet 9 daß am Steuerkolben eine Pälcldiolfeder angebracht ist und am Leckölancchluß die Verr'iegelungsleitAing für das Steuermittel zwischen dem anderen Endlägensteüerventil und dem Mehrwege-Ventil angeschlossen istr
- 2. Hydraulisches Endlag<2nsteuerventilD dadurch gekermseichnetg daß am Steuerkolben eine.."Rückholfeder angebracht istD deren Kraftrichtung entgegengesetzt ist der Bewegungsrichtung des Steuerkolbens bei VJ irksaKiwerden des Verr iege lungs druck es „
- 3. Steuersystem für. Druekmittel-betriebGnen Antrieb mehrer Aggregate nach Anspruch I5 dadurch gekennsoichnetD daß die Endlagensteuerventile einer Seite, d.h. der gleichen Bewegungsrichtung mehrerer Aggx^egtTte miteinander über die Verriegelungsleitungen dieser Endlagensteutsrventile verbunden sind und die Endlagenoteuerventile der anderen Bex;egungsrichtung untereinander unverbunden sind.1098 40/0102BADORIGrNAL4*.Leerseite
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EGA | New person/name/address of the applicant |