DE2306745B2

DE2306745B2 - Vorrichtung zur pulsierenden Beaufschlagung von hydraulischen Stellmotoren

Info

Publication number: DE2306745B2
Application number: DE19732306745
Authority: DE
Inventors: Vladimir Ivanovitsch Moskovskaja Oblast Mytischtschinskij Rajon Gorjajnov; Ivan Vasiljevitsch Kononov; Ivan Egorovitsch Maslennikov; Vladimir Nikiforovitsch Platonov; Vjatscheslav Evgenjevitsch Popov
Original assignee: EKSPERIMENTALNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ INSTITUT KUZNETSCHNO-PRESSOVOGO MASCHINOSTROENIJA WORONESCH (SOWJETUNION)
Current assignee: EKSPERIMENTALNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ INSTITUT KUZNETSCHNO-PRESSOVOGO MASCHINOSTROENIJA WORONESCH (SOWJETUNION)
Priority date: 1972-02-14
Filing date: 1973-02-12
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE2306745C3; GB1377892A; FR2172149B1; FR2172149A1; DE2306745A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur pulsierenden Beaufschlagung von hydraulischen Stellmotoren mit einem Steuerventil, das eine mit einer Hochdruckleitung und einer Verbraucherleitung verbundene Einlaßkammer wechselweise mit einer an eine Rücklaufleitung angeschlossenen Auslaßkammer verbindet oder trennt, wobei das Steuerventil in Schließrichtung mittels eines Druckluftzylinders kraftbeaufschlagt ist, und in Öffnungsrichtung ein Servokolben wirkt, dessen Arbeitskammer über ein Rückschlagventil mit der Hochdruckleitung und über eine Drossel mit der Rücklaufleitung verbunden ist.

Eine solche Vorrichtung dient z. B. zur Beaufschlagung von Senkschmiedemaschinen, Hämmerwerken, Rüttelprüfständen und dergl. und gehört zum internen Stand der Technik im Hause der Anmelderin. Ähnliche Vorrichtungen sind den UdSSR-Erfinderscheinen 547 und 298413 und der DE-AS 1055908 zu entnehmen.

Aus dem UdSSR-Erfinderschein 1 94 547 ist eine Ausbildung bekannt, bei der die Arbeitskammer des Servokolbens über eine Drossel mit der Hochdruckleitung verbunden ist. Wenn der in der Hochdruckleitung bzw. Verbraucherleitung steigende Druck, der auch auf das Steuerventil wirkt, dieses zu öffnen beginnt, fällt hierdurch der Druck in der Hochdruckleitung ab. Wegen der genannten Drossel fällt der Druck in der Arbeitskammer des Servokolbens langsamer, so daß am Servokolben ein Ungleichgewicht auftritt, welches diesen im Sinne des schnellen und völligen öffnens des Steuerventils bewegt. Erst wenn auch der Druck in der Arbeitskammer des Servokolbens über die Drossel abgebaut ist, kann das Steuerventil sich schließen und

ίο der Zyklus sich wiederholen.

Die Taktfrequenz dieser Vorrichtung hängt von dem Drosselquerschnitt ab und ist um so größer, je größer dieser Querschnitt, also je geringer die Drosselwirkung ist. Da andererseits die Drosselwirkung für das Funktionieren der Vorrichtung wesentlich ist, kann diese nicht beliebig verringert werden. Es ergibt sich somit eine praktische Grenze für die Taktfrequenz der Druckpulsationserzeugung, die nicht ohne Beeinträchtigung der Betriebszuverlässigkeit überschritten werden kann.

Ähnliches gilt für die aus dem UdSSR-Erfinderschein 2 98 413 bekannte Ausbildung, bei der die Arbeitskammer des Servokolbens außer über eine Drossel auch noch über ein Rückschlagventil mit der Hochdruckleitung verbunden ist. Bei den bekannten Ausbildungen ist eine Pulsationsfrequenz über 10 bis 15 Hz nicht zu erreichen.

Aus der OE-AS 10 55 908 ist noch ein Pulsator mit einem auf ein Steuerventil einwirkenden Servokolben bekannt, dessen Arbeitsraum über eine Drossel an einen Rücklauf angeschlossen ist und bei dem in die Druckmittelzuführung zum Arbeitsraum eine Absperrvorrichtung vorgesehen ist, die am Hubende des Steuerventils betätigt wird. Die Funktion dieser Ausbildung unterscheidet sich insofern prinzipiell von der vorliegend vorausgesetzten Bauart, als der vor dem Anschluß des Verbrauchers an die Druckleitung auf das Steuerventil wirkende Druck in Schließrichtung wirkt. Die Öffnungsbewegung erfolgt von Anfang an durch die

·»<> überwiegende Kraft des Servokolbens. Auch bei dieser Ausbildung erfolgt die Steuerung und die Festlegung der Taktfrequenz nur durch die Einstellung der Drossel, so daß insofern das gleiche gilt wie für den eingangs betrachteten Stand der Technik.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung zur pulsierenden Beaufschlagung von Stellmotoren zu schaffen, bei der eine präzise Steuerung der Druckpulsationen stattfindet, wobei bei geringem Verbrauch an Druckmedium starke Pulsationen mit hoher Frequenz und Flankensteilheit (Geschwindigkeit von Druckanstieg und -abfall) erzeugt werden sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in der Verbindungsleitung zwischen Arbeitskammer und Drossel eine Absperrvorrichtung vorgesehen ist, deren Sperrelement nur am Ende der Öffnungsbewegung des Steuerventils ebenfalls geöffnet wird.

Eine zweckmäßige Ausbildung dieses Vorschlags besteht darin, daß die Absperrvorrichtung ein Gehäuse mit einem darin verschieblichen, in Schließrichtung federbelasteten zylinderförmigen Sperrelement aufweist, dessen Mantelfläche mit dem Gehäuse eine Ringkammer bildet, die mit der Arbeitskammer in

^h5 Verbindung steht, während die Stirnfläche des Sperrelements mit dem Gehäuse eine weitere Kammer bildet, die mit der Drossel verbunden ist, wobei an der Stirnfläche des Sperrelements ein Stößel vorgesehen ist,

der mit einer Kolbenstange des Druckluftzylinders am Ende der Öffnungsbewegung des Steuerventils zusammenwirkt.

Bei dieser Ausbildung kann die Arbeitskammer des Servokolbens zunächst völlig verschlossen sein und dann zur Rückkehr des Steuerventils ii; die geschlossene Stellung sehr schnell entlüftet werden. Die Bauart ist robust und betriebssicher.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die öffnungsbewegung des Steuerventils über einen in die Auslaßkammer eingeritzten Kolben, dessen Querschnittsfläche etwas größer ist als die des Steuerventils, auf den Druckluftzylinder und von diesem auf die Absperrvorrichtung übertragen wird. Bei dieser Ausbildung wird die dynamische Energie des beim öffnen des Steuerventils austretenden Druckmediums auch noch ausgenutzt, um ein schnelles und völliges öffnen herbeizuführen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in Hydrauliksystemen eingesetzt werden, wo die Kraft der Stellmotore 100 bis 2000Mp bei einer Frequenz der pulsierenden Belastungen bis etwa 50 Hz betragen muß.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Die gezeigte Vorrichtung hat ein Gehäuse 1, innerhalb dessen sich ein Steuerventil 2 und ein hierzu koaxialer Servokolben 3 befinden.

Das Gehäuse 1, das Steuerventil 2 und der Servokolben 3 bilden eine Einlaßkammer 4. Unterhalb des Servokolbens 3 ist eine zu diesem gehörende Arbeitskammer 5 gebildet. Das Steuerventil 2 ist mittels eines Ventilschafts 6 mit dem Servokolben 3 starr verbunden. Der Ventilschaft 6 ragt durch eine Bohrung im Boden des Servokolbens, an dem sein Bund 7 anliegt, und ist hier festgeschraubt.

Oberhalb des Steuerventils 2, d. h. auf der vom Servokolben 3 abgewandten Stirnseite befindet sich im Gehäuse 1 eine Auslaßkammer 8, die mittels einer Rohrleitung 9 an eine Rücklaufleitung 10 angeschlossen ist.

Um die kinetische Energie des beim Öffnen des Steuerventils 2 austretenden Strahles der Flüssigkeit in einer nachfolgend ersichtlich werdenden Weise auszunutzen, ist die Auslaßkammer 8 von oben durch einen Kolben 11 begrenzt, dessen Querschnittsfläche größer als die des Steuerventils 2 ist. Dieser Kolben verfügt über einen Fortsatz 12, der von oben am Teller des Steuerventils 2 anliegt.

Oberhalb des Kolbens 11 befindet sich ein Druckluftzylinder 13, dessen Kolben 14 koaxial zum Steuerventil 2 angeordnet ist. Der Kolben 14 hat eine Kolbenstange 15, die sich nach beiden Seiten erstreckt und mittels eines nach unten ragenden Fortsatzes 16 am Kolben 11 anliegt. Auf diese Weise wirkt die im Druckluftzylinder 13 erzeugte Kraft über den Kolben U auf das Steuerventil.

Die Einlaßkammer 4 zwischen dem Steuerventil 2 und dem Servokolben 3 ist über eine Hochdruckleitung 17 mit einer Pumpe 18 und über eine Verbraucherleitung 19 mit einem nicht gezeigten Stellmotor verbunden.

Die Arbeitskammer 5 des Servokolbens 3 ist über ein Rückschlagventil 20 mit der Hochdruckleitung 17 und über eine Rückleitung 21, in die eine Absperrvorrichtung 22 und eine Drossel 23 eingeschaltet ist, mit der Rücklaufleitung 10 verbunden.

Die Absperrvorrichtung 22 besitzt ein Gehäuse 24, in dem ein zylinderförmiges, bewegliches Sperrelemem 25 sitzt. Zwischen dessen Mantelfläche und dem Gehäuse 24 ist durch eine in diesem ausgeführte umlaufende Ausdrehung eine Ringkammer 26 gebildet, in die die von der Arbeitskammer 5 des Servokolbens 3 ausgehende Rückleitung 21 mündet.

Zwischen der unteren Stirnfläche des Sperrelementes s 25 und dem Gehäuse 24 ist eine weitere Kammer 27 gebildet, die über die Drossel 23 mit der Rücklaufleitung 10 verbunden ist.

Das Sperrelement 25 hat an seiner Stirnfläche einen Stößel 28, dessen Ende unter Belassung eines geringen

ίο Abstandes dem oberen Stirnende der Kolbenstange 15 gegenüberliegt.

Normalerweise ist das Sperrelement 25 durch eine Druckfeder 29 nach unten beaufschlagt und trennt die Ringkammer 26 von der weiteren Kammer 27. Die Kraft der Feder 29 ist durch eine Schraube 30 einstellbar.

Die Kraft, mit der der Druckluftzylinder 13 über den Kolben 11 das Steuerventil 2 in seiner geschlossenen Stellung zu halten sucht, hängt von vom Druck im Arbeitsraum oberhalb des Kolbens 14 ab. Dieser wird beaufschlagt vom Druckluftnetz 34 über ein Reduzierventil 33, ein Rückschlagventil 32 und einen Luftverteiler 31.
Zur Beschreibung des Betriebsablaufs der betrachteten Vorrichtung sei ausgegangen von der Situation bei geschlossenem Steuerventil 2, wenn sich durch die Förderung der Pumpe 18 in der Einlaßkammer 4 und damit auch in der Verbraucherleitung 19 zu dem von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gespeisten Stellmotor der Hochdruck aufbaut.

In der Arbeitkammer 5 baut sich über das Rückschlagventil 20 etwa gleichzeitig ein gleicher Druck auf, da die Rückleitung 21 durch die Absperrvorrichtung 22 geschlossen ist, deren Sperrelement 25 durch die Feder 29 in der Schließstellung gehalten ist.

Wegen der sich über und unter dem Servokolben 3 somit etwa gleichmäßig aufbauenden Drücken wirkt auf diesen Servokolben 3 keine wesentliche Kraft. Das Steuerventil wird durch die Kraftbeaufschlagung von Druckluftzylinder 13 her über den Kolben 11 in der Schließstellung gehalten.

Wenn jetzt der Druck in der Einlaßkammer 4 so groß geworden ist, daß die durch ihn auf das Steuerventil 2 wirkende Kraft die Kraft des Druckluftzylinders 13 überwindet, so bewegt sich das Steuerventil im Sinne des öffnens und unter Mitnahme von Kolben 11 und Kolben 14 mit der Kolbenstange 15 nach oben. Wegen des Abstandes zwischen dem freien Ende der Kolbenstange 15 und dem Stößel 28 des Sperrelements 25 bleibt die Absperrvorrichtung 22 zunächst noch geschlossen und damit der Druck in der Arbeitskammer 5 aufrechterhalten.

Da mit Beginn des öffnens des Steuerventils 2 der Druck in der Einlaßkammer 4 abzufallen beginnt, nicht jedoch in der Arbeitskammer 5 (wegen des Rückschlagventils 20 kann der Druck dort auch nicht über die Hochdruckleitung 17 abfallen), wirkt auf den Servokolben 3 ein Druckunterschied, der das Belastungsventil 2 schnell und vollends öffnet. Diese Bewegung wird noch

M) unterstützt durch den Staudruck des austretenden Stroms, der gegen die untere Fläche des Kolbens 11 wirkt.

Gegen Ende dieses Öffnungshubs stößt dann die Kolbenstange 15 gegen den Stößel 28. Dadurch wird das

h". Sperrelement 25 der Absperrvorrichtung 22 ebenfalls geöffnet, wodurch nun der Druck in der Arbeitskammer 5 wieder — in Abhängigkeit von der Einstellung der Drossel 23 — mehr oder weniger schnell abfällt.

Durch die Druckabfälle in der Einlaßkammer 4 und der Arbeitskammer 5 verschwinden die Kräfte auf die Einheit aus Steuerventil 2 und Servokolben 3 und die Kraft des Druckluftzylinders 13 drückt diese wieder nach unten in die Schließstellung. Es beginnt ein neuer Druckaufbau und das Arbeitsspiel wiederholt sich.

Der Öffnungsvorgang des Steuerventils erfolgt sehr schnell, weil in der Arbeitskammer 5 ein voller Hochdruck herrscht, der während des größten Teils der Öffnungsphase auch praktisch unverändert aufrechterhalten bleibt. Der Schließvorgang des Steuerventils 2 ist wegen dessen starrer Verbindung mit dem Servokolben 3 besonders schnell, da wegen der großen Durchgangsquerschnitte der Absperrvorrichtung 22 die Arbeitskammer 5 gegen Ende der Öffnungsphase beliebig schnell entleert werden kann und da der Servokolben 3 wegen des sich schneller in der Einlaßkammer 4 aufbauenden Drucks nach unten beaufschlagt wird und dabei das Steuerventil 2 mitnimmt. Die Taktfolgefrequenz wird durch die Drossel 23 eingestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur pulsierenden Beaufschlagung von hydraulischen Stellmotoren mit einem Steuerventil, das eine mit einer Hochdruckleitung und einer Verbraucherleitung verbundene Einlaßkammer wechselweise mit einer an eine Rücklaufleitung angeschlossenen Auslaßkammer verbindet oder trennt, wobei das Steuerventil in Schließrichtung mittels eines Druckluftzylinders kraftbeaufschlagt ist, und in Öffnungsrichtung ein Servokolben wirkt, dessen Arbeitskammer über ein Rückschlagventil mit der Hochdruckleitung und über eine Drossel mit der Rücklaufleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung zwischen Arbeitskammer (5) und Drossel (23) eine Absperrvorrichtung (22) vorgesehen ist, deren Sperrelement (25) nur am Ende der Öffnungsbewegung des Steuerventils (2) ebenfalls geöffnet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrvorrichtung (22) ein Gehäuse (24) mit einem darin verschieblichen, in Schließrichtung federbelasteten zylinderförmigen Sperrelement (25) aufweist, dessen Mantelfläche mit dem Gehäuse (24) eine Ringkammer (26) bildet, die mit der Arbeitskammer (5) in Verbindung steht, während die Stirnfläche des Sperrelements (25) mit dem Gehäuse (24) eine weitere Kammer (27) bildet, die mit der Drossel (23) verbunden ist, wobei an der Stirnfläche des Sperrelements (25) ein Stößel (28) vorgesehen ist, der mit einer Kolbenstange (15) des Druckluftzylinders (13) am Ende der Öffnungsbewegung des Steuerventils zusammenwirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsbewegung des Steuerventils (2) über einen in die Auslaßkammer (8) eingesetzten Kolben (11), dessen Querschnittsfläche etwas größer ist als die des Steuerventils (2), auf den Druckluftzylinder (13) und von diesem auf die Absperrvorrichtung (22) übertragen wird.