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Hydraulische Einrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische
Einrichtung zur druck- und/oder wegabhängigen Regelung der Druckmittelversorgung
von hydraulischen Verbrauchern, insbesondere Arbeitszylindern, wobei die Einrichtung
zwischen dem entsprechenden Verbraucher und einer Konstantpumpe in Reihe mit einem
Wegeventil angeordnet ist.
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Einrichtungen der genannten Ärt werden beispielsweise eingesetzt,
wenn Arbeitszylinder während eines Hubvorganges mit unterschiedlichen, jeweils für
sich konstanten Hubgeschwindigkeiten betätigt werden müssen. Hierfür kommen als
Beispiele Hydraulikanlagen für Pressen, Stanzen, Spanneinrichtungen in Betracht,
bei denen der Arbeitszylinder erst einen Leer- oder Anlagehub mit geringem Lastdruck
und hoher Geschwindigkeit durchfahren muß, während der eigentliche Krafthub mit
geringerer Geschwindigkeit, aber hohem Lastdruck erfolgt.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art erfolgt deren Umschaltung
bei der Regelung eines doppelt wirkenden Arbeitszylinders durch den bei Beginn des
Krafthubes stark ansteigenden Lastdruck der Anlage. Dabei ist die Anordnung so getroffen,
daß bei einer ersten Schaltstellung der Einrichtung beide Anschlüsse des doppelt
wirkenden Arbeitszylinders gleichzeitig mit Druck
beaufschlagt werden,
so daß der Druckmittel strom während des Hubes lediglich das Volumen der Kolbenstange
verdrängt, wodurch eine hohe Hubgeschwindigkeit erreicht wird. Bei der zweiten Schaltstellung
der Einrichtung wird die Kolbenstangenseite des Zylinders mit dem Rücklauf verbunden,
und eine Druckbeaufschlagung erfolgt nur an der größeren Fläche des Kolbens. Hierdurch
wird, im Verhältnis zur ersten Schaltstellung, eine höhere Kraftwirkung bei geringerer
Hubgeschwindigkeit erzielt. Diese bekannte Einrichtung läßt sich jedoch nur bei
doppelt wirkenden Zylindern anwenden, selbst wenn für den Arbeitsablauf einfach
wirkende Zylinder genügen würden. Der Krafthub eines so gesteuerten Zylinders kann
nur bei dem Vorhub erfolgen, so daß bei der Bemessung des Zylinders auch die Knickfestigkeit
der Kolbenstange berücksichtigt werden muß. Da der Umschaltvorgang von der jeweiligen
Kraft an der Kolbenstange und dem Flächenverhältnis des Zylinderkolbens beeinflußt
wird, muß zwecks Vermeidung eines ungewollten Umschaltens bei gegebener Zylinderabmessung
oft ein extrem großer DruckunterschiS zwischen dem Leer- und Krafthub vorgesehen
sein. Da das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Eilhub und dem Krafthub nur
vom Verhältnis zwischen der Kolbenfläche und der Kolbenstangenfläche des zugehörigen
Arbeitszylinders abhängt bzw. nur dadurch beeinflußbar ist, sind zumeist teure Sonderkonstruktionen
erforderlich.
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Es liegt die Aufgabe vor, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile,
eine Einrichtung der eingangs umrissenen Gattung zu
schaffen,. die
auch bei einfach wirkenden Arbeitszylindern ohne weiteres anwendbar ist. Dabei soll
ferner eine optimale Geschwindigkeitsfestlegung für den Leer- und Krafthub unabhängig
vom jeweiligen Flächenverhältnis des Kolbens im Zylinder sowie auch eine Eilgangschaltung
bei ziehendem Kolben möglich sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung
zumindest ein Drosselorgan und zu dessen beidseitigem stetigen Druckausgleich einen
Regelschieber aufweist und daß sich parallel zum Drosselorgan zumindest ein im Querschnitt
größeres Drosselorgan befindet, das vom Verbraucher druck- und/ /oder wegabhängig
ein- bzw. ausschaltbar ist.
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Durch die genannten Maßnahmen werden die in der Aufgabe gestellten
Forderungen mit einfachen Mitteln gelöst. Außerdem ist die Einrichtung so beschaffen,
daß sie wahlweise sowohl zwischen Wegeventil und Verbraucher, Verbraucher und Rücklauf
als auch zwischen Pumpe und Wegeventil einsetzbar ist. Darüber hinaus kann die Einrichtung
je nach Bedarf durch Eigensteuerung oder durch Fern- bzw. Fremdbetätigung umsteuerbar
sein.
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In Weiterbildung der Erfindung ist zum Ein- und Ausschalten des im
Querschnitt größeren Drosselorgans ein im Öffnungssinn federbelastetes und vom Verbraucherdruck
im Schließsinn betätigbares Wegeventil vorgesehen.
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Die Erfindung kann auch so ausgeführt sein, daß zum Ein- und Ausschalten
des im Querschnitt größeren Drosselorgans ein im Öffnungssinn federbelastetes und
vom Verbraucher wegabhängig über elektrische Schaltorgane im Schließsinn betätigbares
Wegeventil vorgesehen ist.
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In der Zeichnung sind drei, in der nachfolgenden Beschreibung erläuterte
Ausführungsbeispiele einer hydraulischen Einrichtung gemäß der Erfindung vereinfacht
dargestellt. Es zeigt: Abb. 1 eine Einrichtung gem äß der Erfindung mit einer druckabhängigen
Umsteuerung, Abb. 2 eine Einrichtung gemäß der Erfindung mit einer wegabhängigen
elektrischen Umsteuerung, Abb. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel.
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Abb. 1 zeigt eine Pumpe 1 für ein hydraulisches Druckmittel, die saugseitig
durch eine Leitung 2 mit einem Vorratsbehälter 3 und druckseitig durch eine Leitung
4 mit einem als Dreistellungsschieber ausgebildeten Wegeventil 5 in Verbindung steht.
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Bei der gezeigten Neutralstellung des Wegeventils 5 ist die Leitung
4 durch eine Leitung 6 unmittelbar mit dem Vorratsbehälter 3 verbunden. In Parallelschaltung
zur Konstantpumpe 1 befindet sich in einer Leitung 7 ein Druckbegrenzungsventil
8.
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An das Wegeventil 5 ist mittels einer Leitung 9 eine Einrichtung 10
angeschlossen, die in einem Gehäuse 11 eine Bohrung 12 aufweist.
In
dieser Bohrung 12 sitzt axial verschiebbar ein in Ausgangsstellung durch die Kraft
einer Feder 13 an einem Anschlag 14 anliegender Schieber 15. Im Schieber 15 befindet
sich eine von der Federseite ausgehende und in Längsrichtung verlaufende Sackbohrung
16, die durh Querbohrungen 17 mit einem Ringraum 18 verbunden ist. An einen im Gehäuse
11 im Bereich des Schiebers 15 liegenden Ringraum 19 ist einerseits mittels einer
Leitung 20 ein einfach wirkender Arbeitszylinder 21 und andererseits durch eine
Leitung 23 der Schieber 24 eines Wegeventils 24' angeschlossen. Durch den Ringraum
18 im Schieber 15 und den Ringraum 19 in Gehäuse 11 sind Steuerkanten 25 und 26
vorhanden. Der Schieber 24 sitzt axial verschiebbar in einer Bohrung 28 und ist
mittels einer Feder 29 belastet. Im Schieber 24 befindet sich eine Längsbohrung
30 mit einer Querverbindung 31 zu einem Ringraum 32. Zwischen diesem Ringraum 32
und der Leitung 12 ist eine Verbindungsleitung 33 angeordnetX Im Gehäuse i1 befindet
sich im Bereich des Schiebers 24 ein Ringraum 35, der einerseits durch zwei im Querschnitt
unterschiedliche Drosselorgane 36 und 37 mit der Längsbohrung 30 und andererseits
durch eine Leitung 38 mit der Längsbohrung 16 im Schieber 15 verbunden ist.
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Die Wirkungsweise der in Abb. 1 beschriebenen Einrichtung ist wie
folgt: Wird das Wegeventil 5 in mine rechte Endlage geschaltet, fließt Druckmittel
von der Pumpe 1 durch die Leitung 9 zur Einrichtung 10 und innerhalb derselben durch
die Leitungen 12 und 33, die Querbohrung 31, die Längsbohrung 30 sowie durch die
beiden Drosselorgane 36 und 37 in die Leitung 38 und von hier
durch
die Bohrungen 16, 17 des Schiebers 15 und Leitung 20 zum Arbeitszylinder 21, der
damit nach rechts verschoben wird.
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Bei geringem Lastdruck im Arbeitszylinder 21 befindet sich der Schieber
24 in der gezeigten Endlage. Die Große des dem Arbeitszylinder 21 zzgefGhrten Druckmittelstromes
wird dabei bestimmt durch den Gesamtquerschnitt der beiden Drosselorgane 36 und
37 und durch die Vorspannkraft der Druckfeder 13. Ein weitgehend konstanter Differenzdruck
an den beiden Drosselorganen 36 und 37 wird durch eine zusätzliche Drosselung des
Druckmittel stromes an den Steuerkanten 25 und 26 eingeregelt.
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Steigt nun der Lastdruck im Arbeitszylinder 21 sprunghaft bei Beginn
des Krafthubes an, wird der Schieber 24 durch die ständig mit dem Zylinder 21 verbundene
Leitung 23 mit einem entsprechend höheren Druck beaufschlagt, und der Schieber 24
wird gegen die Kraft der Druckfeder 29 in seine obere Endlage verschoben. Damit
wird das im Querschnitt größere Drosselorgan 36 verschlossen und der Druckmittelstrom
durchfließt jetzt nur nach das Drosselorgan 37 bei nicht geändertem, durch Drosselung
bei 25, 26 bestimmten Differenzdruck. Bei dieser Betriebssteliung der Einrichtung
10 wird der Arbeitszylinder 21 mit einem entsprechend verminderten Druckmittelstrom
gespeist, und die Bubgeschwlndigkeit des Arbeitszylinders 21 wird dementsprechend
einen geringeren Wert annehmen. Der dabei von der Konstantpumpe l geförderte Überschüssige
Druckmittel strom wird durch das flruckbegrenzungsventil
8 zum
Vorratsbehälter 3 abgeleitet. Die Festlegung des Verh-<ltnisses der beiden Hubgeschwindigkeiten
des Kolbens im Arbeitszylinder zueinander erfolgt ausschließlich durch entsprewende
Auslegung der Drosselorgane 36 und 37 und somit unabhängig von den Artmerkmalen
des Arbeitszylinders 2.
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Der Rücklauf des Druckmittels vom Arbeitszylinder 21 erfolgt durch
Umschalten des Wegeventils 5 in die linke Endlage. Dabei durchströmt das Druckmittel
die Einrichtung 10 in einer gemäß der vorhergehenden Beschreibung umgekehrten Richtung
zum Wegeventil 5 und von diesem unmittelbar zum Vorratsbehälter 3.
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Abb. 2 zeigt ebenfalls eine Konstantpumpe 1, die saugseitig mittels
einer Leitung 2 an den Druckmittelvorratsbehälter 3 und druckseitig durch eine Leitung
4 mit einer Einrichtung 40 in Verbindung steht. Diese Einrichtung 40 weist in einem
Gehäuse 41 einen in einer Führungsbohrung 42 axial verschiebbar geführten Schieber
43 auf. Der Schieber 43 ist durch eine Feder 44 belastet und liegt in Ausgangsstellung
an einem Anschlag 45 an.
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Im Gehäuse 41 befindet sich ein Ringraum 46, der duch eine Leitung
47 mit dem Vorratsbehälter 3 verbunden ist. In der Bodenfläche des Schiebers 43
ist ein Drosselorgan 49 angeordnet, das die Leitung 4 mit dem die Feder 44 beinhaltenden
Raum des Gehäuses 41 verbindet. Die die Verbindung zwischen der Leitung 4 und dem
Ringraum 46 begrenzenden Steuerkanten sind mit 50 und 51 bezeichnet. Eine von der
Leitung 4 abzweigende Leitung 52 führt
zu einem im Schließsinn federbelasteten
und als Zweistellungsschieber ausgebildeten Wegeventil 53. Von diesem durch ein
elektrisches Betätigungsorgan 54 im Öffnungssinn betätigbaren Wegeventil 53 führt
eine Leitung 55 durch ein Drosselorgan 56 zu einer Leitung 57, die den Federraum
des Schiebers 43 mit einem als Dreistellungsschieber ausgebildeten Wegeventil 58
verbindet.
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Das Wegeventil 58 ist in Neutralstellung gezeigt, wobei die Leitung
57 unmittelbar durch Leitungen 47, 59 mit dem Vorratsbehälter 3 in Verbindung steht.
Das Wegeventil 58 dient zum Ein-und Ausschalten eines Arbeitszylinders 60 und ist
mit diesem durch eine Leitung 61 verbunden. Am Wegeventil 58 greift ein ele]ctrischer
Schaltkontakt 62 an, der mit einem zweiten Schaltkontakt 63 sowie dem elektrischen
Stellorgan 54 am Wegeventil 53 in einem Stromkreis liegt. Der elektrische Schaltkontakt
63 ist durch einen auf der Kolbenstange 64 des Arbeitszylinders 60 angeordneten
Nocken 65 betätigbar.
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Bei der gezeigten Neutralstellung des Wegeventils 58 fließt durch
dieses nur ein ganz geinger Teilstrom der von der Konstantpumpe 1 insgesamt geförderten
Druckmittelmenge zum Vorratsbehälter 3. Der Reststrom gelangt durch Anhebung des
Schiebers 43 gegen die Kraft der Feder 44 über die Steuerkanten 50, 51 in den Ringraum
45 und von hier durch die Leitung 47 unmittelbar zum Vorratsbehälter 3. Wird nun
das Wegeventil 58 in seine rechte Endlage verschoben, schaltet der Schalter 62 das
elektrische Betätigungsorgan 54 ein, das seinerseits den Schieber 53 im Öffnungssinn
betätigt.
Damit wird dem Drosselorgan 49 das im Querschnitt größere Drosselorgan 56 parallel
geschaltet. Es gelangt ein entsprechend großer Druckmittelstrom durch das Wegeventil
58 zum Zylinder 60, so daß-dieser im Eilgang betätigt wird. Hierbei stört eine ggf.
im Wegeventil 58 auftretende Drosselung des Druckmittels in keiner Weise, da der
Eilgang des Zylinders 60 bei entsprechend geringem Lastdruck erfolgt.
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Bei Beginn des Krafthubes des Zylinders 60 wird durch Betätigung des
Schalters 63 vom Nocken 65 das Stellorgan 54 stromlos, und es wird das Wegeventil
53 durch die Kraft seiner Rückstellfeder im Schließsinn verstellt. Somit wird der
Kolben im Arbeitszylinder 60 entsprechend der verhältnismäßig kleinen zugeführten
Druckmittelmenge und entsprechend dem Lastdruck bewegt. Für den Rücklauf des Kolbens
im Arbeitszylinder 60 wird das Wegeventil 58 in die linke Endstellung verschoben,
so daß eine unmittelbare Verbindung des ArbeitszyAnders 50 durch die Leitungen 61,
59 und 47 mit dem Vorratsbehälter 3 gegeben ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 3 ist die Konstantpumpe 1 druckseitig
mit einem als Dreistellungsschieber ausgebildeten Wegeventil 67 verbunden, welches
andererseits durch eine Leitung 68 mit einer Steuereinrichtung 69 in Verbindung
steht. EineMQm Wege ventil 67 ausgehende zweite Leitung 70 führt zu einem doppelt
wirkenden Arbeitszylinder 71, der beiderseits seines Kolbens 72 je einen Arbeitsraum
73 bzw. 74 aufweist. Die Leitung 68 ist
innerhalb der Einrichtung
69 mit einem als Druckwaage arbeitenden Ausgleichsventil 75 verbunden, welches im
Schließsinn durch eine Feder 76 belastet ist. Eine Leitung 77 mit einem darin angeordneten
Drosselorgan 78 verbindet das Ausgleichsventil 75 mit dem Arbeitsraum 73 des Zylinders
71. Das Ausgleichsventil 75 steht außerdem mit seinen beiden Stirnseiten durch je
eine Leitung 79 bzw. 80 mit der Leitung 77 vor bzw. hinter dem Drosselorgan 78 in
Verbindung. In Parallelschaltung zum Ausgleichsventil 75 ist in einer Leitung 82
ein Rückschlagventil 83 angeordnet. Desgleichen befinden sich in Parallelschaltung
zum Drosselorgan 78 in einer Leitung 84 hintereinander angeordnet ein Drosselorgan
85 sowie ein Wegeventil 86, das im Offnungssinn durch eine Feder 87 und im Schließsinn
durch ein elektrisches Stellorgan 88 betätigbar ist. Der Querschnitt des Drosselorgans
85 ist größer bemessen als derjenige des Drosselorgans 78. Zum Ein- und Ausschalten
des Stellorgans 88 dient ein Schalter 89, der durch einen auf der Kolbenstange 91
des Zylinders 71 sitzenden Nocken 90 betätigbar ist.
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Bei der gezeigten Neutralstellung des Wegeventils 67 gelangt das von
der Konstantpumpe geförderte Druckmittel unmittelbar zum Vorratsbehälter zurück.
Wird das Wegeventil 67 in die linke Endstellung geschaltet, fördert die Konstantpumpe
Druckmittel durch die Leitung 70 in den Arbeitsraum 74 des Zylinders 71. Der Kolben
72 im Zylinder 71 wird dabei nach rechts verschoben. Im Arbeitsraum 73 befindet
sich Druckmittel, von dem eine der Kolbenbewegung entsprechende Menge in die Leitung
77 verdrängt wird. Das verdrängte Druckmittel strömt sowohl durch die Leitung
77
und das Drosselorgan 78 als auch durch das in der Leitung 84 befindliche, im Querschnitt
größcre Drosselorgan 85 sowie das geöffnete Wegeventil 86 zum Regelschieber 75,
und gelangt nach Durchströmen desselben durch die Leitung 6E sowie das Wegeventil
67 zurück zum Vorratsbehälter 3. Bei Parallelschaltung beider Drosselorgane 78 und
85 kann ein relativ großer Druckmittel strom durch die genannten Drosselorgane bzw.
den Regelschieber 75 abströmen, da der den Schieber 75 regelnde Differenzdruck bei
einem verhältnismäßig großen Druckmittel strom noch entsprechend gering ist. Erreicht
der Nocken 90 auf der Kolbenstange 91 bei der Bewegung des Kolbens 72 nach rechts
schließlich den Schalter 89, wird durch diesen ein Stromkreis geschlossen, der über
das elektrische Stellorgan 88 das Wegeventil 86 im Schließsinn betätigt. Damit kann
Druckmittel aus dem Arbeitsraum 73 und die Leitung 77 nur noch durch das im Querschnitt
relativ kleine Drosselorgan 78 strömen. Da sich damit am Drosselorgan 78 ein verhältnismäßig
hoher Differen2druck einstellt, wird der von diesem beeinflußte Regelschieber 75
nur einen entsprechend kleinen Druckmittel strom durchlassen. Auf diese Weise arbeitet
der Zylinder 71 als sog. "gefesselter" doppelt-wirkender Arbeitszylinder mit zwei
vorbestimmbaren unterschiedlichen Hubgeschwindigkeiten.
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Schaltet man das Wegeventil 67 in seine rechte Endstellung, wird
Druckmittel von der Konstantpumpe durch die Leitung 68 zur Einrichtung 69 gefördert,
während der Arbeitsraum 74 des Zylinders
71 für den Rücklauf des
Druckmittels durch die Leitung 70 und das Wegeventil G7 mit dem Vorratsbehälter
in Verbindung steht. Das durch die Leitung 68 strömende Druckmittel gelangt teils
durch den Regelschieber 75, teils durch das Rückschlagventil 83 sowie zunächst nur
durch das Drosselorgan 78 in den Arbeitsraum 73 des Zylinders 71. Der auf die kolbenstangenseitige
Fläche des Kolbens 72 wirkende Druck verschiebt diesen nach links, wobei das Druckmittel
aus dem Arbeitsraum 74 zum Vorratsbehälter 3 hin verdrängt wird. Sobald der Nocken
90 auf der Kolbenstange 91 den Schalter CO wieder öffnet, wid durch das im Öffnungssinn
betätigte Wegeventil 86 das Drosselorgan 85 für den DruckmittelzulauI zum Zylinder
71 eingeschaltet, so daß von da an ein entsprechend größerer Querschnitt für den
Zulauf des Druckmittels zum Arbeitsraum 73 des ylinders 71 zur Verfügung steht.
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Selbstverständlich können die beiden Anschlüsse 70 und 77 am Zylinder
71 auch vertauscht werden, so daß der Arbeitshub des Zylinders 71 in umgekehrter
Richtung erfolgt.