DE2011570A1 - Steuersystem fur druckmittelbetriebene Antriebe - Google Patents

Steuersystem fur druckmittelbetriebene Antriebe

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DE2011570A1 DE19702011570 DE2011570A DE2011570A1 DE 2011570 A1 DE2011570 A1 DE 2011570A1 DE 19702011570 DE19702011570 DE 19702011570 DE 2011570 A DE2011570 A DE 2011570A DE 2011570 A1 DE2011570 A1 DE 2011570A1
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Description

FRIEDRICH UHDE GMBH
Dortmund
Aktenzeichen: 70 002
11. März 1970
Steuersystem für Druckmittel-betriebene Antriebe
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)

  1. Patentansprüche " . \ ': : 5
    Steuer 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. 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. 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.
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    BADORIGrNAL
    4*.
    Leerseite
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2936005A1 (de) * 1979-09-06 1981-03-19 Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln Gasturbineneinheit mit hilfsaggregaten und druckluftabzweigungen oder unter druck anstehendem gas
DE102010063487A1 (de) * 2010-12-20 2012-06-21 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung zur Betätigung eines Arbeitszylinders

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NL168589C (nl) 1982-04-16
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