DE2246809A1 - Steuereinheit fuer einen arbeitszylinder mit differentialkolben - Google Patents

Steuereinheit fuer einen arbeitszylinder mit differentialkolben

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DE2246809A1
DE2246809A1 DE19722246809 DE2246809A DE2246809A1 DE 2246809 A1 DE2246809 A1 DE 2246809A1 DE 19722246809 DE19722246809 DE 19722246809 DE 2246809 A DE2246809 A DE 2246809A DE 2246809 A1 DE2246809 A1 DE 2246809A1
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control unit
differential piston
pressure
switching valve
inlet
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Application number
DE19722246809
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Inventor
Walter Kranz
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/08Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Description

  • Steuereinheit für einen Arbeitszylinder mit Differentialkolben Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinheit für einen druckmitelbetriebenen, einen Differentialkolben aufweisenden Arbeitszylinder, der mit zwei als Einlaß bzw. Auslaß dienenden Druckmittelanschlüssen zur Erzielung der gewünschten Bewegungsrichtung des Differentialkolbens versehen ist, ferner mit einem Eingang und einem Ausgang für das Druckmittel in die Steuereinheit.
  • Derartige Steuereinheiten werden z.B. für Werkzeugmaschinen oder in Ruderanlagen von Flugzeugen verwendet. So ist es aus der DT-PS 933 597 hekannt, die Bewegungsrichtung eines Differentialkolbens in einer Nachformeinrichtung für Werkzeugmaschinen durch einen Freikolben zu steuern, der jeweils einen der Druckmittelanschlüsse des Arbeitszylinders Ja nach der Stellung eines den Ausgangsdruck des Arbeitszylinders beeinflussenden Steuerschiebers absperrt oder zumindest stark drosselt.
  • Mit dieser Steuereinheit ist jedoch eine genaue Positionierung des Differentialkolbens schwierig, da das Steuersignal des in der Ausgangsleitung des Arbeitszylinders angeordneten Steuerschiebers durch die langen Druckmittelwege erst nach einer gewissen Totzeit auf den als passives Schaltelement anzusehenden Freikolben wirkt. Besonders bei Verwendung derartiger Steuereinheiten in Regelkreisen ist man jedoch bemüht, diese Totzeit möglichst gering zu halten. Dies kann durch die Wahl aktiver Schaltelemente, wie elektromagnetisch betätigte und zum Teil vorgesteuerte Ventile, erreicht werden, deren Schaltzeit bei etwa 5 bis lo Millisekunden liegt.
  • Der Aufbau dieser Ventile oder des Steuerschiebers in der bekannten Steuereinheit ist jedoch kompliziert und setzt, will man einen guten Sitz der Ventilkörper bzw. exakte Steuerkanten erreichen, eine hohe feinmechanische Präzision voraus.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch eine besonders einfach aufgebaute mechanische Konstruktion auszeichnet und eine geringe Schaltzeit aufweist.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuereinheit aus zwei direkt oder servogesteuerten Schaltventilen besteht, die eine Zweistellungs-Zweiwege-Charakteristik aufweisen, von denen das erste Schaltventil mit seinem Eingang mit der Druckquelle und dem Einlaß zur kleineren Fläche des Differentialkolbens und mit seinem Ausgang mit dem Einlaß zur größeren Fläche des Differentialkolbens des Arbeitszylinders sowie mit dem Eingang des zweiten Schaltventils verbunden ist, dessen Ausgang zu einer Leitung führt, deren Druck kleiner als der Versorgungsdruck ist.
  • Mit Hilfe dieser Steuereinheit sind mit einfachen Mitteln vier Betriebszustände eines Stellsystems realisierbar.
  • a) Beide Schaltventile geschlossen, d.h. die von der größeren Fläche des Differentialkolbens begrenzte Zylinderkammer weist den Druck P und die von der kleineren Zylinder-2 fläche begrenzte Zylinderkammer den Druck p auf; der Differentialkolben ist in seiner eingenommenen Schaltstellung fixiert.
  • b) Beide Schaltventile offen; der Differentialkolben ist frei beweglich.
  • c) Erstes Schaltventil geschlossen, zweites Schaltventil offen; der Differentialkolben bewegt sich in Richtung des Druckgefälles.
  • d) Erstes Schaltventil offen, zweites Schaltventil geschlossen; der Differentialkolben bewegt sich trotz gleichem Druck in Richtung des Kraftgefälles.
  • Für eine Schaltung dieser vier Betriebszustände sind also nur noch zwei Zweistellungs-Zweiwege-Schaltventile notwendig bei Verwendung eines Differentialkolbens, der ein Stirnflächenverhältnis von 2:1 aufweist. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Einsparung an Präzisions-Bauteilen bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebssicherheit. Auch die Wartung vereinfacht sich.
  • Ferner ist eine genaue Positionierung des Differentialkolbens möglich, da bei verschlossenem Steuereingang keine Minimalströmung vom Versorgungseingang zum Versorgungsauslaß auftritt. Durch die Verwendung eines Differentialkolbens ist bei der Steuereinheit gemäß der Erfindung ein Druckabfall zwischen Versorgungseingang und Versorgungsauslaß der vorgesteuerten Schaltventile immer gegeben.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen dem Ausgang des ersten und dem Eingang des zweiten Schaltventils eine Kapazität vorgesehen, welche etwaig auftretende störende Spitzendrücke während des Schaltvorganges verhindert, und sind im weiteren die Schaltelemente servogesteuerte Sitzventile.
  • Für Anwendungsfälle, in denen nur geringe Schwankungen der Leistungsentnahme aus dem Versorgungsaggregat zulässig oder vorteilhaft sind, werden gemäß einer dritten Ausführungsform der Steuereinheit anstelle von Zweiwege-Zweistellungs-Ventilen zwei Dreiwege-Zweistellungs-Ventile verwendet, von denen das erste Ventil mit seinem Eingang mit der Druckquelle und dem Einlaß zur kleineren Fläche des Differentialkolbens und mit seinem einen Ausgang mit dem Einlag zur größeren Fläche des Differentialkolbens des Arbeitszylinders sowie mit dem ersten Einfang des zweiten Schaltventils und mit seinem zweiten Ausgang über eine einstellbare Drossel mit dem zweiten Eingang des zweiten Schaltventils verbunden ist, dessen Ausgang zu einer Leitung führt, deren Druck kleiner als der Versorgungsdruck ist.
  • Schaltventile der vorstehend genannten Art sind bereits bekannt und werden in der Regel als Absperrventile in hydraulischen oder pneumatischen Schaltungen verwendet.
  • Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 schematisch ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit, Figur 2 schematisch ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit und Figur 3 schematisch ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform der -erfindungsgemäßen Steuereinheit.
  • Eine Steuereinheit 1 weist einen Versorgungseingang 2 und einen Versorgungsauslaß 3 auf, durch die ein Druckmittel ein-und austreten kann. Mit dem Versorgungseingang 2 ist einEingang 4 eines Zweistellungs-Zweiwege-Schaltventils 5 und ein Druckmittelanschluß 6 eines Arbeitszylinders 7 verbunden, in dem ein Differentialkolben 8 gleitet, der eine Kolbenstange 9 aufweist. Der Differentialkolben 8 weist ein Stirnflächenverhältnis von 2:1 auf.
  • Das Schaltventil 5 ist mit seinem Ausgang 14 mit einem Eingang 15 eines zweiten Zweistellungs-Zweiwege-Schaltventils 16 verbunden, dessen Ausgang 18 zum Versorgungsauslaß 3 der Steuereinheit 1 rührt. Ferner ist der Ausgang 14 mit einem Druckmittelanschluß 17 des Arbeitszylinders 7 verbunden. Sofern es ein Anwendungsfall erfordert, kann eine hydraulische bzw.
  • pneumatische Kapazität 19 zwischen den Ausgang des ersten und den Eingang des zweiten Schaltventils gelegt sein.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: In der in Fig. 1 dargestellten Ruhelage sind die Schaltventile 5 und 16 geschlossen. Hierbei weist die von der größeren Stirnfläche F des Differentialkolbens 8 begrenzte Zylinderkam-P mer den Druck 2 und die von der kleineren Fläche 2 begrenzte Zylinderkammer den Druck p auf. Da keine Druckmittelströmung stattfinden kann, ist der Differentialkolben 8 in seiner augenblicklich eingenommenen Stellung fixiert.
  • Werden dagegen über Elektromagnete 12 die Schaltventile 5 und 16 geöffnet, so kann das Druckmittel sowohl über den Druckmittelanschlud 6 als auch über den Druckmittelanschlud 17 in den Arbeitszylinder strömen. Da gleiche Druck- und Kraftverhältnisse herrschen und ein Durchflud des Druckmittels zur Leitung 3 möglich ist, kann der Differentialkolben 8 - abgesehen von der inneren Reiung des Druckmittels - im Arbeitszylinder frei bewegt werden.
  • Wird dagegen das Schaltventil 5 geschlossen und das Schaltventil 12 offen gehalten, so bewegt sich der Differentialkolben 8 infolge des geringeren Druckes in Leitung 3 und damit in dem von der gröberen Stirnfläche begrenzten Zylinderraum in bezug auf Fig. 1 nach rechts, bis er seine Endlage eingenommen hat bzw. bis er eine Zwischenstellung eingenommen hat, die durch den Zeitpunkt des Schlieens des Schaltventils 12 bestimmbar ist.
  • Wird dagegen das Schaltventil 5 offen und das Schaltventil 16 geschlossen gehalten1 so bewegt sich der Differentialkolben 8 trotz des gleichen Druckes in beiden Zylinderkammern infolge des durch das Stirnflächenverhältnis 2:1 entstandenen Kraftgefälles in bezug auf Fig. 1 nach links, bis er seine Endlage eingenommen hat bzw. bis er eine Zwischenstellung eingenommen hat, die durch den Zeitpunkt des Schließens des Schaltventils 5 bestimmbar ist.
  • Mit Hilfe einer nicht dargestellten - da nicht zur Erfindung gehörenden - elektrischen Schaltanordnung können z.B. die genannten Elektromagnete 12 in Abhängigkeit einer vorgegebenen Steuerspannung so erregt werden, daß der Differentialkolben 8 in jede gewünschte Zwischenstellung durch wechselweises Öffnen und Schließen UberrUhrt und durch gleichzeitiges Schließen der Schaltventile in der eingenommenen Zwischenstellung fixierbar ist.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die mit Fig. 1 übereinstimmenden Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Dem Differentialkolben 8 ist hier eine Steuereinheit 20 zugeordnet, die zwei servogesteuerte Sitzventile 25 und 26 aufweist. Jedes Sitzventil weist- einen Betätigungshebel 22 sowie eine Schaltmembran 24 auf, die in ihrer SchlieBstellunr dargestellt sind. Jede Schaltmembran 24 weist zwei Durchflußöffnungen 27 und 28 auf, von denen in der gezeigten Ruhestellung die Durchflufäöffnungen 28 von den Betätigungshebeln 22 geschlossen gehalten werden.
  • Das Öffnen dieser Sitzventile erfolgt bekanntlich in der Weise, dai3 durch Freigeben der Öffnung 28 - was durch Bewegen des Betätigungshebels 22 in bezug auf Fig. 2 nach oben geschieht - die Membran 24 durch den sich dabei aufbauenden Druck in dem bisher verschlossenen Ventilraum in ihre nicht dargestellte, den Ventilsitz öffnende Schaltstellung bewegt wird.
  • Auch mit Hilfe dieser Steuereinheit sind die in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Betriebszustände des Stellsystems herbeizuführen, ohne daß jedoch in der Ruhestellung Leckströme auftreten.
  • Für Anwendungsfälle, in denen nur geringe Schwankungen der Leistungsentnahme aus dem Versorgungsaggregat zulässig oder vorteilhaft sind, werden gemäß einer dritten Ausführungsform der Steuereinheit, die mit 30 bezeichnet ist, vgl. Fig. 3, anstelle von Zweiwege-Zweistellungsventilen zwei Dreiwege-Zweistellungs-VentiXe 35 und 36 verwendet, die einen weiteren Ausgang 40 bzw. Eingang 41 aufweisen.
  • Im übrigen sind auch hier gleiche Baueinheiten mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
  • Zwischen dem Ausgang 40 des ersten Ventils 35 und dem Eingang 41 des zweiten Ventils 36 ist eine einstellbare Drossel 42 geschaltet.
  • In dem im Zusammenhang mit Fig. 1 schon beschriebenen Betriebszustand a), in dem beide Ventile ihre Ruhelage einnehmen, ist über die Drossel 42 ein sog. Bypass gebildet, über den das von der hier nicht dargestellten Druckquelle gelieferte Druckmedium fließen kann. Hierdurch werden Schwankungen in der Leistungsabnahme wesentlich geringer.
  • Anstelle der direkt gesteuerten Ventile 35 und 36 können auch hier vorgesteuerte Ventile verwendet werden.
  • -Patentansprüche-

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Steuereinheit für einen druckmittelbetriebenen, einen Diffe-W rentialkolben aufweisenden Arbeitszylinder, der mit zwei als Einlaß bzw. AuslàB dienenden Druckmittelanschlüssen zur Erzielung der gewünschten Bewegungsrichtung des Differentialkolbens versehen ist, ferner mit einem Eingang und einem Ausgang für das Druckmittel in die Steuereinheit, dadurch g e -k e n n z e i c h ne t , daß die Steuereinheit (1, 20) aus zwei direkt oder vorgesteuerten Schaltventilen (5, 16, 25, 26) besteht, die eine Zweistellungs-Zweiwege-Charakteristik aufweisen, von denen das erste Schaltventil (5, 25) mit seinem Eingang (4) mit der Druckquelle und dem Einlaß (6) zur kleineren Fläche des Differentialkolbens (8) und mit seinem Ausgang (14) mit dem Einlaß (17) zur größeren Fläche des Differentialkolbens des Arbeitszylinders (7) sowie mit dem Eingang (15) des zweiten Schaltventils (16, 26) verbunden ist, dessen Ausgang (18) zu einer Leitung ()) führt,.deren Druck kleiner als der Versorgungsdruck ist.
  2. 2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß zwischen dem Ausgang (14) des ersten (5, 25) und dem Eingang (15) des zweiten Schaltventils (16, 26) eine Kapazität (19) vorgesehen ist.
  3. 5. Steuereinheit nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltelemente vorgesteuerte Sitzventile (25, 26) sind.
  4. 4. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Steuereinheit (30) aus zwei direkt oder vorgesteuerten Dreiwege-Zweistellungsventilen (55, 36) besteht, von denen das erste Ventil (35) mit seinem Eingang (4) mit der Druckquelle und dem Einlag zur kleineren Fläche des Differentialkolbens (8) und mit seinem einen Ausgang (14) mit dem Einlaß (17) zur größeren Fläche des Differentialkolbens des Arbeitszylinders (7) sowie mit dem ersten Eingang (15) des zweiten Schaltventils (56) und mit seinem zweiten Ausgang (40) über eine einstellbare Drossel (42) mit dem zweiten Eingang (41) des zweiten Schaltventils verbunden ist, dessen Ausgang (18) zu einer Leitung (5) führt, deren Druck kleiner als der Versorgungsdruck ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2323045A1 (fr) * 1975-09-04 1977-04-01 Bosch Gmbh Robert Appareil pour la commande de verins hydrauliques
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