DE2418858C2

DE2418858C2 - Verfahren zur Erzeugung linearer oder rotierender Bewegungen mittels hydraulischer Kräfte in hydraulischen Servomotoren und hydraulische Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2418858C2
Application number: DE2418858A
Authority: DE
Inventors: geb. Dette Ingrid 3000 Hannover Sieke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-19
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1986-01-09
Also published as: ES436761A1; PL119506B1; DD117268A5; BE828072A; BR7502383A; ZA752457B; CA1031662A; CS212746B2; DE2418858A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung linearer oder rotierender Bewegungen mittels hydraulischer Kräfte in hydraulischen Servomotoren, bei dem ein Druckmittel dere Servomotor in aus Einzelimpulsen bestehenden Druckimpulsfolgen zugeführt wird, wobei am Ende jedes Einzelimpulses der Anfangswert wieder eingestellt wird, und eine hydraulische Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Dieses Verfahren und eine hydraulische Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens sind aus der DE-OS 21 08 776 bekannt geworden. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Arbeitskolben, der in einem Arbeitszylinder eines Servomotors hin- und herbeweglich angeordnet ist, durch ein hydraulisches Druckmittel vibriert, indem das Druckmittel in den Arbeitszylinder abwechselnd eingeführt und abgeführt wird. Dazu dient ein Steuergerät zwischen dem Arbeitszylinder und dem Speicher bzw. Erzeuger für das Druckmittel, welches abwechselnd das Druckmittel in schneller Folge in den Arbeitszylinder dadurch hinein und heraus läßt, daß es die zum Arbeitszylinder führende Druckmittelleitung abwechselnd an die Druckleitung und an die drucklose Rücklaufleitung anschließt. Das hier verwendete Steuergerät ist ein Zylinder, der einen drehbaren oder drehpendelnden gleichzeitig axial verschiebbaren Kolben aufweist. Durch die Drehgeschwindigkeit des Kolbens wird die Frequenz des abwechselnden Anschließens an

so die Druckleitung und die Rücklaufleitung bestimmt, während durch die axiale Einstellung die Größe der Durchflußöffnungen einstellbar ist. Mit diesem Steuergerät werden hydraulische Impulse erzeugt, die steile Anstiegs- und Abfallflanken aufweisen können. Wenn mit jedem Wechsel des Einführens und des Herauslassens des Druckmittels eine Menge beim Einführen in den Arbeitszylinder hereingelassen wird, welche geringfügig größer als die herausgelassene Menge des Druckmittels ist, findet eine einseitige vibrierende Vorschubbewegung des Kolbens statt. Angewandt wird diese hydraulische Anlage zum Beispiel bei Gleisstopfmaschinen, bei denen die in das Schotterbett eingreifenden Werkzeuge auf diese Weise viel verschleißärmer angetrieben werden können als dieses mit den bisher üblichen rotierenden Exzentern zur Erzeugung der vibrierenden Bewegung der Werkzeuge möglich war.

Nun werden Exzenter, Nockenscheiben und dergleichen Arbeitsmittel nicht nur für die Erzeugung von Vi-

brationen benutzt, sondern sie dienen vielfältigen Zwekken im Maschinenbau als Steuerungselemente. Auch hierbei unterliegen die Exzenter, Nockenscheiben und dgl. Arbeitsmittel einem nicht unbeträchtlichen Verschleiß. Je höher die erforderliche Steuerungsgenauigkeit und je größer die von diesen Arbeitsmitteln abgeleiteten Kräfte sind, um so eher müssen diese Arbeitsmittel ausgewechselt werden.

Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß man auch im Maschinenbau Exzenter, Nockenscheiben und dgl. Arbeitsmittel durch besondere Steuerschieber und hydraulische Arbeitszylinder ersetzen kann, wodurch man nicht nur eine sehr viel höhere Verschleißfreiheit, sondern auch höhere Steuerungsgenauigkeiten und sehr viel schnellere Bewegungen erzielen kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Druckimpulsfolgen in einer für die Maschinensteuerung besonders geeigneten Weise zu gestalten und Maschinen bzw. Maschinenteile dann mit Hilfe dieser besonders gestalteten Druckimpulsfolgen zu steuern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß bei jedem Einzelimpuls mindestens zweimal ein Druckmaximum und zwischen je zwei Druckmaxima mindestens ein im Drückwert darunter liegender Zwischenwert eingestellt wird.

Hierbei werden nicht mehr wie bei dem bekannten Verfahren einfache Einzelimpuise in ständiger Wiederholung erzeugt die aus einem Druckanstieg und einem Druckabfall bestehen, also einen Sinusförmigen, rechteckigen oder ähnlichen Druckverlauf haben, sondern es lassen sich mit diesem Verfahren Impulse mit einem komplizierten Druckverlauf mit mehreren Druckmaxima und zwischen je zwei Druckmaxima im Druckwert darunterliegenden Zwischenwerten einstellen. Mit derartigen Druckimpulsfolgen kann man Nockenscheiben, Exzenter und dgl. ersetzen, auch wenn diese eine komplizierte Umfangsform aufweisen, und damit erreichen, daß die Maschinensteuerung kaum noch einem Verschleiß unter'iegt, wie er bei Nockenscheiben, Exzentern und dgl. nachteiligerweise auftritt.

Dieses Verfahren kann dadurch weiter ausgestaltet werden, daß die Einzelimpulse mit einem oder mehreren weiteren, aber kürzeren Impulsen überlagert werden. Hiermit erreicht man Impulsformen, die einen noch komplizierteren Druckverlauf aufweisen.

Die erfindungsgemäße hydraulische Anlage baut auf der eingangs genannten, bekannten, mit einer Druckpumpe, mit einem Servomotor und mit einem über Leitungen mit dem Servomotor und der Druckpumpe und einem Rücklauf verbundenen Steuerschieber auf und zeichnet sich dadurch aus, daß an die zum Servomotor führende Leitung über den Steuerschieber mindestens eine weitere Leitung anschließbar ist, in welcher der unter dem Druck in der Druckleitung liegende Zwischendruck herrscht.

Mit dieser hydraulischen Anlage ist es möglich, die genannten Impulse mit kompliziertem Druckverlauf in ständiger Wiederholung zu erzeugen.

Für die Erzeugung des Zwischendruckes gibt es mehrere Möglichkeiten:

Eine Möglichkeit besteht darin, daß die Zwischendruckleitung über ein Druckminderventil an die Druckquelle angeschlossen ist. Das ist eine baulich sehr einfache Möglichkeit.

Eine ander Möglichkeit besteht darin, daß an die Zwischendruckleitung ein Druckspeicher angeschlossen ist.

Diese Lösung zeichnet sich durch hohe Konstanz des Zwischendruckes aus.

Eine weitere, baulich sehr einfache Möglichkeit besteht darin, daß die Zwischendruckleitung an die Rücklaufleitung über ein bei bestimmten einstellbarem Druck öffnendes Ventil angeschlossen ist.

Der Steuerschieber wird zweckmäßig so aufgebaut daß in einer Folge von drei Austrittsöffnungen im Steuerschieber zwei an die Druckleitung angeschlossen sind, zwischen denen die den Zwischendruck einstellende ι ο Leitung vorgesehen ist

Um hohe Impulsfolgefrequenzen bei niedrigen Drehzahlen des Steuerkolbens in Steuerschieber zu erzielen, ist es zweckmäßig, wenn mehrere Folgen von drei Austrittsöffnungen des einen Steuerschieberteiles in der Bewegungsbahn der zum Servomotor führenden Austrittsöffnung des anderen Steuerschieberteiles liegen.

Man kann die hydraulische Anlage auch aus Steuerschiebern aufbauen, die jeweils lediglich zur Erzeugung eines einzigen Impulses geeignet sind, wenn dem Steuerschieber mindestens ein weiterer Steuerschieber so nachgeschaltet ist, daß der Ausgang d<> vorgeschalteten Steuerschiebers an den Eingang des nacbgeschalteten Steuerschiebers geführt ist.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn in der Rücklaufleitung des nachgeschalteten Steuerschiebers ein Ventil vorgesehen \:\, welches selbsttätig bei einem bestimmten Druck öffnet und bei einem bestimmten Druck schließt. Auf diese Weise läßt sich der Zwischendruck in sehr einfacher Weise erzeugen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Speisung der Leitungen verschiedenen Druckes aus verschiedenen Druckspeichem erfolgt.

Bei der Verwendung mehrerer Steuerschieber ist es zweckmäßig, wenn die Wellen der Steuerschieber miteinander gekoppelt sind, weil hierdurch der mechanische Aufwand für den Antrieb erheblich vermindert wird und gleichzeitig die erforderliche Synchronisation mit Sicherheit gewährleistet ist. Dabei können aus Gründen des einfachen Aufbaues auch mehrere Sleuerschieber auf der gleichen Welle angeordnet sein. Hierbei ist es auch zweckmäßig, wenn die Steuerschieber in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüftrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung mit einem einzigen Steuerschieber;

Fig.2 eine in der Vorrichtung der Fig. 1 erzeugte Druckimpulsfolge;

F i g. 3 eine Ausführung mit zwei gekoppelten Steuerschiebern, die in Reihe geschaltet sind;

Fig.4 eine in der Vorrichtung der Fig.3 erzeugte Druckimpulsfolge;

F i g. 5 eine weitere Ausführung mit zwei gekoppelten Steuerschiebern, die parallel geschaltet sind;

Fig.6 eine in der Vorrichtung der Fig.5 erzeugte Druckimpulsfolge.

In dem Steuerschiebergehäuse 1 rotiert der Steuerschieberkolben 2, welcher eine Axialbohrung 3 aufweist, die über die Leitung 4 mit dem Arbeitszylinder 5 als Servomotor verbunden ist. Ein radialer Kanal 6 führt vom Umfang des rotierenden Steuerschieberhoioens 2 zu der Axialbohrung 3. Im Gehäuse 1 befinden sich verschiedene Öffnungen 7, 8, 9,10. Diese sind mit verschiedenen Kanälen > erbunden. öffnung 7 und öffnung 9 sind mit der von der Druckpumpe 11 kommenden Leitung 12 verbunden, öffnung 10 ist mit der Rücklaufleitung 13 verbunden. Öffnung 8 ist über die Leitung 14

und ein Ventil 15, welches bei einem bestimmten einstellbaren Druck öffnet und bei einem bestimmten einstellbaren Druck schließt, mit der Rücklaufleitung 13 verbunden.

In dieser Vorrichtung lassen sich die verschiedensten s Druckimpulsfolgen erzeugen, wobei die Form der Impulse einerseits von der Form der öffnung, andererseits von zusätzlichen Arbeitsmitteln, wie der Charakteristik des Ventiles 15 oder einem benutzten Druckspeicher oder einer benutzten Drossel, abhängig ist. Die in F i g. 2 dargestellte Impulsfolge, die aus Impulsen 16 besteht, zwischen denen eine Impulspause 17 ohne Druck befindlich ist, ist nur ein mögliches Beispiel. Jeder Impuls 16 weist eine steile Flanke 18 auf, nach einer gewissen Zeit sinkt der Druck längs der Flanke 19 langsam auf is den Zwischenwert 20 ab, um dann noch einmal steil anzusteigen (Flanke 21), dann eine gewisse Zeit auf dem Höchstdruck zu verharren und dann mit der Flanke 22 steil abzufallen.

In der Ausführungsform der F i g. 3 sind zwei rotierende Steuerschieber 23 in Anwendung gebracht. Der rechte Steuerschieber 23/4 ist an die Druckpumpe 11 angeschlossen. Das über die Leitung 24 zum Steuerschieber 23,4 geführte Drucköl wird in die Ringnut 25 des Steuerschieberkolbens eingeleitet und kann in verschiedene Zweigkanäle 26 gelangen, die bei der Rotation des Steuerschieberkolbens einer nach dem anderen an der öffnung der Zwischenleitung 27 vorbeibewegt werden. Befindet sich ein Zweigkanal 26 vor der öffnung der Zwischenleitung 27, so ist eine Verbindung zwischen der Druckleitung 24 und der Zwischenleitung 27 hergestellt Die Zwischenleitung 27 führt nun zum Druckeingang des linken rotierenden Steuerschiebers 23Ä Dieser ist entsprechend aufgebaut und weist eine Ringnut sowie Zweigkanäle auf, mit denen die Leitung 27 mit der zum Arbeitszylinder 5 führenden Leitung 4 verbindbar ist. Neben der Ringnut 25 weist jeder Steuerschieber 23 noch eine weitere Ringnut 28 auf, von der Zweigkanäle 29 abzweigen. Diese Ringnut 28 ist mit der Rücklaufleitung 30 verbunden, und zwar über ein Ventil 31, welches bei einem bestimmten Druck öffnet und bei einem bestimmten Druck schließt. Aus dem Arbeitszylinder 5 über die Leitung 4, die Zwischenleitung 27, die Ringnut 28, die Zweigkanäle 29 und das Ventil 31 zurückströmendes öl kann somit bei bestimmten Winkel-Stellungen des Steuerschieberkolbens des Steuerschiebers 23Λ in die Rücklaufleitung 30 zurückströmen. Dieses Zurückströmen erfolgt über das Ventil 31, so daß der Druck im Arbeitszylinder zwar sinkt, aber nicht bis auf den Nullwert, sondern nur auf einen am Ventil eingestellten Zwischenwert.

Eine andere Möglichkeit des Zurückstromens zwischen dem Maximaldruck und dem Nullwert für das im Arbeitszylinder befindliche öl besteht dann, wenn über die Ringnut 285 eine direkte Verbindung zur Rücklaufleitung 30 besteht und wenn die von der Ringnut 285 abzweigenden Zweigkanäle sich an einer Stelle befinden, an der das Öl aus der Leitung 4 direkt in diese Zweigkanäle überströmen kann.

In der Fig.4 sind Impulse 32 gezeigt, die aus einer steilen Flanke 33, einem Zwischenwert 34, einer weiteren steilen Ranke 35 und einem Druckabfall über den Zwischenwert 36 bestehen.

Während in Fig.3 die beiden Steuerschieber 23 in Reihe geschaltet sind, sind die beiden Steuerschieber 23 in F i g. 5 parallel geschaltet. Die Ausgänge der beiden Steuerschieber sind im Punkt 37 zusammengeschaltet und führen in den Arbeitszylinder 5. Die Druckeingänge sind über die Leitungen 38, 39 an die Speicher 40, 41 angeschlossen. Die Speicher 40, 41 werden über den Verteilerschieber 42 aus der Druckpumpe 11 gespeist, wobei an die Zuleitung noch ein weiterer Speicher 43 angeschlossen ist. Von den Leitungen 38, 39 zweigen durch Ventile 44 verschlossene Leitungen zur Rücklaufleitung 45 ab. Mit diesen Ventilen 44 ist der Druck in den Speichern 40,41 auf bestimmte vorgebbare Werte einstellbar. Zuviel in die Speicher gefördertes Druckmittel fließt dann über die Ventile 44 und die Rücklaufleitung 45 in den ölvorratsbehälter ab. Der Rücklauf aus dem Steuerschieber 23Cist über ein Ventil 46 mit der Rücklaufleitung 45 verbunden, während der Rücklauf aus dem Steuerschieber 23D direkt mit der Rücklaufleitung 45 verbunden ist. Das Ventil 46 ist auf bestimmte Druckwerte einstellbar. Bei Überschreiten eines bestimmten Druckwertes öffnet es. Bei Unterschreiten eines bestimmten Druckwertes schließt es.

In F i g. 6 ist eine Druckimpulsfolge gezeigt, die weitere Abstufungen der Druckwerte aufweist, was sich bei dieser Art der Schaltung leicht erreichen läßt.

Bei allen diesen Steuerschiebern ist es möglich, die Weite der öffnungen der Druckleitung und auch der Rücklaufleitung so zu gestalten, daß der Kolben im Arbeitszylinder um bestimmte Werte vorgeschoben und zurückgeschoben wird. Die Anzahl der öffnungen bestimmt t,te Anzahl der Verschiebebewegungen. Die Weite der öffnung bestimmt den zurückgelegten Weg.

Anstelle der gezeigten rotierenden Steuerschieber können schwingende SteuerschieDer verwendet werden. Anstelle des Arbeitszylinders 5, mit dem eine lineare Bewegung erzeugt wird, können an sich bekannte, eine Drehbewegung erzeugende Zylinder-Kolben-Einheiten oder Rotoren bewegt werden.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung linearer oder rotierender Bewegungen mittels hydraulischer Kräfte in hydraulischen Servomotoren, bei dem ein Druckmittel dem Servomotor in aus Einzelimpulsen bestehenden Druckimpulsfolgen zugeführt wird, wobei am Ende jedes Einzelimpulses der Anfangswert wieder eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Einzelimpuls mindestens zweimal ein Druckmaximum und zwischen je zwei Druckmaxima mindestens ein im Druckwert darunter liegender Zwischenwert eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelimpulse mit einem oder mehreren weiteren, aber kürzeren Impulsen überlagert werden.

3. Hydraulische Anlage zur Durchführung des Verfahrens sach Anspruch 1, mit einer Druckpumpe, mit einem Servomotor und mit einem über Leitungen mit dem Servomotor und der Druckpumpe und einem Rücklauf verbundenen Steuerschieber, dadurch gekennzeichnet, daß an die zum Servomotor (5) führende Leitung (4) über den Steuerschieber (1, 2) mindestens eine weitere Leitung anschließbar ist, in welcher der unter dem Druck in der Druckleitung liegende Zwischendruck herrscht

4. Hydraulische Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischendruckleitung über ein Druckminderventil an die Druckquelle (11) angeschlossen ist.

5. Hydraulische Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Z· ischendruckleitung ein Druckspeicher angeschlossen ist

6. Hydraulische Aniage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischendruckleitung (14) an die Rücklaufleitung (13) über ein bei bestimmten einstellbarem Druck öffnendes Ventil (15) angeschlossen ist.

7. Hydraulische Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Folge von drei Austrittsöffnungen (7, 8, 9) im Steuerschieber zwei an die Druckleitung (12) angeschlossen sind zwischen denen die den Zwischendruck einstellende Leitung (13) vorgesehen ist.

8. Hydraulische Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Folgen von drei Austrittsöffnungen (7,8,9) des einen Steuerschieberteiles (1) in der Bewegungsbahn der zum Servomotor führenden Austriitsöffnung des anderen Steuerschieberteiles (2) liegen.

9. Hydraulische Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerschieber (23Q mindestens ein weiterer Steuerschieber (23D) zugeordnet ist, dessen zum Servomotor (5) führende Leitungen mit der entsprechenden Leitung des anderen Steuerschiebers zusammengeschaltet ist und in dessen Druckleitung (38, 39) der Zwischendruck herrscht.

10. Hydraulische Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerschieber (23Zy mindestens ein weiterer Steuerschieber (23,4,) so nachgeschaltet ist, daß der Ausgang des vorgeschalteten Steuerschiebers (23ß^an den Eingang des nachgeschalteten Steuerschiebers (23/ψ geführt ist.

11. Hydraulische Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung

des nachgeschalteten Steuerschiebers (23A^ ein Ventil (31) vorgesehen ist, welches selbsttätig bei einem bestimmten Druck öffnet und bei einem bestimmten Druck schließt.

12. Hydraulische Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Leitungen verschiedenen Drucks aus verschiedenen Druckspeichern (40,41,43) erfolgt.

13. Hydraulische Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Steuerschieber (23/4, 23ß; 23C, HD) miteinander gekoppelt sind.

14. Hydraulische Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Steuerschieber (23Λ, 235J auf der gleichen Welle angeordnet sind.

15. Hydraulische Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschieber in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.