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Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Druckpulserzeuger
mit bewegter Flüssigkeit im Arbeitsgerät.
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Hydraulische Antriebe bestehen grundsätzlich aus einer Druckquelle,
die den hydraulischen Druck liefert und üblicherweise durch eine Pumpe dargestellt
wird sowie dem hydraulischen Arbeitsgerät, z.B.
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einem Rotations- oder Translationsmotor. Geeignete Steuereinrichtungen
wie Ventile und hydraulische Widerstände steuern den Ölfluß zwischen der Druckquelle
und dem Arbeitsgerät. Die Steuereinrich-cungen haben die Aufgabe, den statischen
Druck an den Anschlüssen'der ArDeitsgeräte, entsprechend den Erfordernissen zu beeinflussen.
Wenn das Arbeitsgerät kurzzeitig eine hohe mechanische Leistung abgeben soll oder
schnell zu beschleunigen ist, muß die Steuereinrichtung kurzzeitig einen Druckpuls
hoher Arnplitude und sehr kurzer Dauer abgeben.
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Bei den bisher bekannten hydraulischen Systemen muß irn Druckvorsorgungsnetz
ständig ein Druck herrschen, der mindestens ebenso hoch ist wie die Druckamplitude
des abzugebenden Druckpulses.
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Die Pulsbreite wii?d durch zeitlich definiertes Öffnen und nachfolgendes
Schließen bestimnat. Eine bekannte Mäglichkeit zur Steuerung des Drucks ist durch
ein Ventil mit 2 Schaltzuständen gegeben. Während eines Schaltzustandes wird das
Druckversorgungsnetz mit dem Arbeitsgerät verbunden, so daß hier der um die Strömungswiderstände
verminderte Versorgungsdruck herrsch-t. Im anderen Schaltzustand ist das Arbeitsgerät
an die drucklose Rücklaufleitung angeschlossen. Zur Erzeugung der Druckpulse wird
das Ventil beispielsweise elektromagnetisch zwischen seinen beiden Schaltzuständen
umgeschaltet. Bei dieser Anordnung tritt der Nachteil auf, daß der Umschaltvorgang
nicht beliebig schnell erfolgen kann und die Umsonaltgeschwindigkeit weitgehend
die Steilheit der Druckpulsflanken sowie die minimale Pulsbreite begrenzt.
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Mit einer anderen bekannten Anordnung gelingt es, auch kürzere Pulsbreiten
zu realisieren. Dabei wird das Ventil in geeigneter Weise als Drehschieber ausgeführt,
der während einer Umdrehung ein- oder mehrmals den oben beschriebenen Umschaltvorgang
ausführt. Zun Antrieb des Drehschiebers ist jeder beliebige Motor mit einer rotierenden
Ausgangsbewegung anwendbar. Bei dieser Einrichtung bestimmen die Antriebsdrehzahl
und die Konstruktionsabmessungen des Drehschiebers die Pulsbreite und die Pulswiederholfrequenz.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung ist, daß die
Druclpulse
in einem Zeitraster erzeugt werden, unabhängig davon, ob vom Arbeitsgerät die Leistungsabgabe
gefordert wird oder nicht.
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Aus diesem Grunde ist neben dem Gerät zur PulserzeuguiTg auch eine
Auswahleinrichtung vorzusehen, mit deren Hilfe die Weiterleitung der erzeugten Pulse
zum Arbeitsgerät zu steuern ist.
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)3er entscheidende Nachteil der beschriebenen Einrichtungen ist 3edoch,
daß es aus physikalischen Gründen unmöglich ist, den bei sehr vielen schnellen hydraulischen
antrieben erforderlichen, auSerordentlich steilen Druckanstieg zu realisieren. einerseits
wird die Druckanstiegsgeschwindigkeit begrenzt durch die endliche Öffnungsgeschwindigkeit
des Steuerventils und andererseits durch die Trägheitswirkungen der in den Verbindungsleitungen
ruhenden Flüssigkeit. Selbst welln es gelingen sollte, das Steuerventil unendlich
schnell zu öffnen, behindert immer noch der Trägheitseinfluß den Druckanstieg.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckpulserzeuger
zu schaffen, bei dem die durch die endliche Ventilöffnungsgeschwindigkeit und die
Trägheitswirkungen hervorgerufenen Nachteile vermieden werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemåß der Erfindung durch einen die mit
hoher Geschwindigkeit strömende Flüssigkeitssäule verzögernden Strömungszwischenteil
mit einem Druckstutzen für das Arbeitsgerät und einen drosselbaren Abfluß.
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Die Verzögerung aim durch einen steuerbaren Schieber hervorgerufen
werden, der den Flüssigkeitsaustritt aus einem verengten Rohr behindeint, so daß
die Erfindung überall dort Anwendung finden kann, wo die durch die Trägheit der
Hydraulikflüssigkeit und die endliche Ventilöffnungsgeschwindigkeit verursachten
Schaltzeitverzögerungen vermieden werden müssen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es zigen: Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung
der Wirkungsweise, Fig. 2 ein schematisches Ausführungsbeispiel für den Einsatz
in mechanischen Schnelldruckern, die nach dem Prinzip des fliegenden Drucks arbeiten.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsform enthält zwischen
dem Zuströmkanal 5 und dem Abströmkanal 2 eine Rohrstrecke 1 mit der Länge 1 und
der Querschnittsfläche A. Im Zuströmkanal 5 herrscht der Druck pO und im Abströmkanal
2 der Druck p2. Im Kanalsystem fließt eine Flüssigkeit, die in der Rohrstrecke 1
die Geschwindigkeit w erreicht. Die Strömungsquerschnitte der Kanäle 2 und 5 sind
so zu wählen, daß hier die Geschwindigkeit bedeutend niedriger ist als in der Rohrstrecke
1.
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An der Übergangsstelle von 1 zum Abströmkanal 2 ist eine Absperrvorrichtung
angebracht, in diesem Fall ein Absperrschieber 5.
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In dessen Nähe weist die Rohrstrecke 1 eines zum Arbeitsgerät führenden
kurzen Druckstutzen 4 auf.
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Bei geöffnetem Schieber 3 strömt die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit
durch die Rohrstrecke 1 zum Abströmkanal 2. Dabei wird d5.e dcm Druck p0 entsprechende
potentielle 3nerngie in kinetische Energie transformiert. Die folgende Gleichung,
in der"g" die Dichte der Flüssigkeit und "1" die Länge der Rohrstrecke angibt, beschreibt
mit guter Näherung den Druck I 1 2 dw P1 = P0 - 2.gw - g1 dt Durch Schiließen des
Schiebers 3 wird die Strömungsgeschwindigkeit w verzögert, d.h. der Ausdruck dw/dt
wird negativ und der Druck P1 steigt nach obiger Gleichung augenblicklich an. Die
Höhe des Drucks anstiegs wird neben den konstruktiven Abmessungen durch die Verzögerung
dw/dt und damit durch die Schieberschließgeschwindigkeit bestinumt. Dabei gelingt
es, kurzzeitige Impulse zu erzeugen, deren Druckamplitude ein Mehrfaches des Versorgungsdrucks
p0 beträgt.
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Besonders hervorzuheben ist, daß der Druckanstieg schon mit dem Einsetzen
der Verzögerung dw/dt zur Verfügung steht, also schon, bevor der Schieber v geschlossen
ist. Aus der Gleichung folgt auch, daß in einer beschleunigten Strumung, d.h.- dw/dt<0
o der Druck P1 absinkt, d.h. bei öffnendem Schieber wird die Strömung beschleunigt
und der Druck P1 abgebaut.
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Mit dieser Einrichtung sind Druckpulse zu erzeugen, indem der Steuerschieber
3 kurzzeitig in Schließrichtung bewegt - ohne jedoch 2u schließen - und darauffolgend
wieder geöffnet wird. Da diese Bewegungen sehr schnell ablaufen können und der Druckanstieg
nicht
durch die Trägheitseigenschaften der verwendeten Flüssigkeit
verzögert wird, sind sehr kurze Druckpulse mit hoher Amplitude hervorzurufen. Besonders
vorteilhaft ist dabei, daß bei geeigneter Wahl, der Abmessungen der Versorungsdruck
niedriger als der erreichbare Spitzendruck ist. Die Pulsfrequenz der Einrichtung
is-t nicht beliebig zu erhöhen, denn in der Zeit zwischen zwei Pulsen is-t die Flüssigkeit
wieder zu beschleunigen, um die für den nächsten Puls erforderliche kinetische Energie
zu speichern.
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Die Fig. 2 zeigt - einen prinzipiellen Aufbau für die Anwendung als
Druckhammerantrieb in den bekannten mechanischen Druckern der Datenverarbeitungsanlagen.
Der Druckhammerantrieb hat die Aufgabe, eine kleine Masse sehr schnell und mit äußerst
geringeln zeitlichen Verzug zu beschleunigen. Eine Anordnung gernäß der Brbindung
ist zur. Erfüllung dieser Forderungen sehr gut geeignet.
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Als Arbeitsgerät wird ein Translationsmotor benutit, dessen Kolben
7 durch die Feder 8 eine definierte Ruhelage aufgezwungen wird.
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An der Kolbenstange 9 ist die Druckhammerfläche 10 befestigt.
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Im Ruhezustand ist der Steuerschieber 6 geöffnet und'die Flüssigkeit
fließt zum Abströrnkanal 2. Der Kolben 7 wird von der Feder 8 gegen den Druck P3#P4
in seine Anfangslage gedrückt. Die Ansteuerungseinrichtung 6 wird durch den Elektromagneten
11 ergänzt, dessen Ankerhebel 12 von einer nicht dargestellten Rückzugfeder in seiner
gezeichneten Ruhelage gehalten wird. Um den Abdruck eines Zeichens einzuleiten,
wird der Schieber 6 mit Hilfe des-Elektromagnetzen
11 in Schließrichtung
bewegt. Dabei steigt der Drucks P3 am Kolben 7 so stark an, daß die Federkraft von
8 Überwunden und der Kolben 7 mit der Hammermasse 10 beschleunigt wird. der Erregerstro
des Ansteuermagneten 11 ist so rechtzeitig abzuschalten, daß der Steuerschieber
6 seine Bewegungsrichtung, bedingt durch die Rückholfeder, gerald während des Abdrucks
umkehrt. dabei nimmt der Druck P3 wieder ab und die Feder 8 drückt den Kolben 7
in seine Ausgangslage zurück.
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Sehr ähnliche Forderungen werden an den Stanzmechanismus eines Lochkarten-
oder Lochstreifenstanzers gestellt. Wird die Druckhammermasse 10 durch einen Stanzstempel
ersetzt, so ist diese Einrichtung zum Stanzen der genannten Informationsträger geeignet.
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Bei anderen Anwendungsfällen, bei denen Druckpulse längerer Dauer
benötigt werden, ist eine Abwandlung der Erfindung vorteiihaft einzusetzen. In diesen
Fällen wird das Steuerventil zur Druck pulserzeugung vollständig geschlossen und
es ergibt sich der Vorteil, daß der Druckpuls bereits mit dem Beginn der Schließbewegung
vorhanden is-t.
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Patentans-orüche: