DE2510280A1

DE2510280A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der kolbengeschwindigkeit eines druckluftmotors

Info

Publication number: DE2510280A1
Application number: DE19752510280
Authority: DE
Inventors: Joakim Oskar Ivan Jo Eckersten
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1974-03-11
Filing date: 1975-03-08
Publication date: 1975-09-18
Also published as: SE392954B; GB1497561A; SE7403172L

Description

Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

Frankfurt am Main Staufenstraße 36

Atlas Copco AB

Nacka/Schweden

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der KoIbenge schwindigkeit eines Druckluftmotors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung suν Steuerung der Kolbengeschwindigkeit eines nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Druckluftmotors, insbesondere eines Hubkolbenmotors, durch Drosselung der Strömung in der Auslaßleitung·

Es ist

bekannt, zur Begrenzung der Kolbengeschwindigkeit derartiger Motoren die Auslaßströmung zu drosseln. Die hierzu verwendeten Drosseleinrichtungen bzw. Drosselventile haben vielfach einen veränderlichen Drosselquer— schritt. Allen bekannten Drosseleinrichtungen in der n.-ir.nten Anwendung ist jedoch gemeinsam, daß die Durch-

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flußmenge und somit auch die KoIbengeschwindigkeit vom Systemdruck abhängen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels derer sich die Motorgeschwindigkeit unabhängig von Druckänderungen in der Ein- und Auslaßleitung ,z.B. infolge Druckschwankungen im System,oder Belastungsänderungen des Motors, einstellen lässt. Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drosselung am Auslaß mit Druckrückgewinnung stattfindet, wozu erfindungsgemäß eine Steuervorrichtung mit einer Drossel vorgeschlagen wird, die hinter ihrem engsten Querschnitt einen der Druckrückgewinnung dienenden BereicKv* z.B. in Form eines Diffusors ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ventil,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schaltplans, welcher den Anschluß des Ventils nach Fig. Λ an einen pneumatischen Hubkolbenmotor zeigt,

Fig. 3 in größerem Maßstab einen bei dem Ventil nach Fig. 1 verwendeten Drosseleinsatz,

Fig. 4

£ c alternative Ausführungen des Drosseleinsatzes nach Fig. 3,

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Pig. 6 verschiedene Kennlinien eines Ventils in der Anwendung nach. Figo 2.

Bas in Fig. 1 dargestellte. Ventil besteht aus einem Gehäuse 11 mit einer Einlaßöffnung 12, zwei Auslaßöffnungen 13* 14- und zwei Anschlußöffnungen 15» 16 für Anschlußleitungen eines im Beispielsfall in zwei Richtungen antreibbaren, nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Druckluftmotors,z.B. in Form einer Zylinder- Kolben-'Einheit. Durch Beaufschlagung der einen oder anderen von zwei Steuer- Anschlußöffnungen 19» 20 mit einem Steuerdruck wird ein Ventilkolben 18 innerhalb einer in das Gehäuse 11 eingesetzten Zylinderbüchse 1? nach der einen oder anderen Seite verschoben und dadurch das Ventil umgeschaltet. Der Ventilkolben 18 hat zwei definierte Endstellungen, ist aber in Fig. 1 in einer Zwischenstellung gezeigt, die er durchläuft, wenn von der einen in die andere Endet ellung umgeschaltet wird. Ist der Steueranschluß 19 tr.it Druekjbeaufschlagt, so befindet sich der Ventilkolnen 18 in seiner rechten Endstellüng, in welcher der Motoranschluß 16 mit der Einlaßöffnung 12 und der andere Motoranschluß 15 mit der Auslaßöffnung 13 verbunden ist. Wenn stattdessen der Steueranschluß 20 unter Druck steht, nimmt der Ventilkolben 18 seine linke Endstellung-1, in welcher der Motoranschluß mit dem Einlaß 12 und der Motoranschluß 16 mit dem Auslaß 14 in Verbindung steht. Die Auslaßöffnungen und 14 werden also alternativ benutzt.

Fig. 2 zeigt das Ventil nach Fig. 1 in Form des gebräuchlichen Symbols, angeschlossen an einen doppeltwirkenden

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pneumatischen Zylinder 21, dessen Kolben mit 22 und dessen zu beiden Seiten des letzteren angeordnete Arbeitskammern mit 23 und 24- bezeichnet sind. Die Bezifferung der verschiedenen Anschluß- und Verbindungsleitungen in Fig. 2 entspricht der Kennzeichnung der Anschlüsse in Fig. 1. Die Einlaßöffnung 12 ist an eine Druckluftquelle P angeschlossen· Die Auslaßöffnungen 13, 14· sind Drosseln in. Form von Einsätzen 27, die in Gewindebohrungen 25, 26 des Gehäuses 11 eingeschraubt sind. Fig. 3 zeigt solch einen Drosseleinsatz 27 in größerem Maßstab. Dieser Einsatz weist eine Durchgangsbohrung auf, die sich in eine Engstelle 28 mit Drösseiwirkung und einen sich daran anschließenden, sich trichterförmig erweiternden Bereich 29 gliedert· Der Konuswinkel und die länge des letzteren sind nach den vom Venturi-Rohr her bekannten Grundsätzen so zu bemessen, daß ein guter Druckaufbau hinter der Engstelle 28 erhalten wird· Kormalerweise spricht man in diesem Zusammenhang von einem Diffusor.

In Pig. 6 ist der Durchfluß Q dargestellt als eine Funktion des Druckverhältnisses γοη Pp zu P_x., wobei P^ der auslaßseitige Druck- normalerweise der. atmosphärische Druck - und P,. -der einlaßseitige Versorgungsdruck ist. Es besteht jeweils eine bestimmte..Beziehung zwischen dem Durchfluß Q und dem Druck P- am Einlaß der Anordnung nach Fig. 2. Die Kennlinie m in Fig.. 6 stellt t; dabei den Zustand dar, der sich ergibt, wenn keine Drossel in der Auslaßleitung angeordnet ist. Die Kennlinie η kommt mit einer Drossel nach Fig. 3 und die Kennlinie ο mit einer Drossel nach Fig. 4- im Auslaß 13 bzw. 14- zustande. Jede der Kennlinien m, η und ο hat bis zu einem mit b bezeichneten, sog. kritischen Druckverhältnis

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einen horizontal verlaufenden Teil mit den angegebenen konstanten Abszissenwerten C_m , C_n und C_o«

Da es schwierig ist, die Große von b als Zahlenwert aus einem Diagramm zu ermitteln, gibt es eine bestimmte Methode, den Wert b zu bestimmen, und nachfolgend soll deshalb der Ausdruck "kritisches Druckverhältnis" in der Definition der Empfehlung HP 50 der CETOP ' (European Oil, Hydraulic and Pneumatic Commity¹*)verstanden werden·

Venn die Drosseleinsätze nach Fig. 3 und 4· benutzt werden, ist ihr Drosseleffekt gegenüber den anderen Stellen im System mit einer gewissen Drosselwirkung beherrschend. Der Grund hierfür liegt darin, daß sich der C-Wert C_s eines ganzen Systems nachfolgender Gleichung aus den C-Werten der verschiedenen Drosseln errechnet:

I — f « _V ' j" t c *> » β α W ο .> a I

3* 3 3 "j'··*■""". 3

^cs ⁰K^ ⁰K₂ ⁰K₃ ^c

Daraus folgt, daß ein System mit einem Drosseleinsatz nach Fig· 3 praktisch dieselbe Kennlinie η hat wie der Drosseleinsatz, allein. Wenn jedoch größere Genauigkeit verlangt wird, kann der C-Wert des Systems nach der vorstehenden Formel berechnet und dann für die weitere Rechnung benutzt werden. Diese Möglichkeit, mit einem Gesamt-C-Wert zu rechnen, setzt natürlich voraus, daß die C-Werte der Komponenten des Systems bekannt sind.

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■ Ί i

Pig. ■ & zeigt gestrichelt Kennlinien η und ο mit einem b-Wert kleiner als 0,5· Diese Kennlinien bezeichnen Drosseln mit einer geringeren Druckrückgewinnung als bei den Einsätzen nach Pig. 5 und 4. Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß derartige Drosseln bei unterschiedlichen engsten Querschnitten auch unterschiedliche Konuswinkel des sich erweiternden Bereichs haben müssen, um die angestrebte. Druckrückgewinnung zu erreichen. Der Konuswinkel muß bei kleinerem Drosselquerschnitt größer sein, wie sich aus dem Vergleich von Pig. 3 und 4 ergibt. Infolge^-dessen besteht bisher die praktische Schwierigkeit, eine im Querschnitt veränderliche, dennoch aber in den verschiedenen Drosselstellungen mit guter Druckrückgewinnung arbeitende Drossel zu finden.

5 zeigt noch eine weitere Art von Drossel, eine sog. Laval-Düse.

Die überaschend gefundene Bedeutung der ohne Druckverlust arbeitenden Drosseln für die hier vorgesehene Verwendung geht aus der nachstehenden Betrachtung hervor:

Es lässt sich zeigen, daß bei einem pneumatischen System nach Pig. 2 folgende Gleichung gilt:

wenn P₂ / P^ b ist, man also im Bereich des

waagerechten Teiles der'Kennlinie nach Pig. 6 bleibt. In der angegebenen Formel bedeutet V die Geschwindigkeit des Kolbens 22 und A die jeweils wirksame Kolben-,flache. Aufgrund der Tatsache, daß der 0-wert nicht vom Versorgungsdruck P 1 abhängt und genau bestimmt werden kann, ist es möglich, die Kolbengeschwindigkeit zu berechnen, wenn der C-Wert des Drosseleinsatzes 27 bekannt ist. Die3 gibt die Möglichkeit, nach Durchführung

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einer einfachen Rechnung einen geeigneten Drossel-! einsatz auszuwählen unddadurch die Geschwindigkeit des Kolbens 22 zu bestimmen.

Da es, wie anhand Fig. 6 dargelegt ist, auf das Dmckverhältnis P₂ / P>j ankommt, spielen in einem weiten Bereich auch Schwankungen des auslaßseitigen Hrucks keine Rolle. Die Geschwindigkeit V des Kolbens 22 ist unabhängig sowohl von P^ als auch von ^r solange P~ <£ b gilt. Je größer der b-Wert ist,

desto größer können auch Schwankungen der Drücke P- und Po sein, ohne daß dies Einfluß auf die Geschwindigkeit V des Kolbens 22 hätte. Der b-Wert sollte . deshalb über 0,5» vorzugsweise sogar über 0,8 liegen.

Bei einem Ventil nach Fig. 1 besteht die Möglichkeit, den Kolben 22 in beiden Bewegungsrichtungen mit unterschiedlicher. Geschwindigkeit anzutreiben, indem für jede der beiden Richtungen ein anderer Drosseleinsatz 27 mit dem jeweils geeigneten C-Vert gewählt wird.

Patentansprüche

==s: ss ss S2:s:ss:s:

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Claims

Fatent ansprüche

Verfahren zur Steuerung der Kolbengeschwindigkeit eines nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Druckluftmotors durch Drosselung der Strömung in der Auslaßleitung, dadurch gekennzeichnet', daß die Drosselung mit "Druckrückgewinnung stattfindet.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mit konstantem Querschnitt gedrosselt wird.

Vorrichtung zur Steuerung der Kolbengeschwindigkeit eines nach dem Verd:rängerprinzip arbeitenden Druckluftmotors mittels einer Drossel, dadurch gekennzeichnet , daß die Drossel (27) hinter ihrem engsten Querschnitt (28) einen der Druckrückgewinnung dienenden Bereich (29) aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Drossel (27) mit einem sich an die engste Stelle (28) anschließenden Diffusor (29) ausgebildet .ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die Drossel (27) einen unveränderlichen Querschnitt aufweiset und ein kritisches Druckverhältnis von mehr als 0,7 hat.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet» daß die Drossel(27) ein austauschbarer Einsatz ist.

AT 8661 :7-3.1975

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