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Gleichhubsteuerung hydraulischer Zug-
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und Druckzylinder Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichhubsteuerung
hydraulischer Zug- und Druckzylinder, bei der Arbeitszylinder über eine Öl federung
das Niveau der Zylinder eines Gleichhubaggregats steuern.
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Eine Gleichhubsteuerung wird zum gleichmässigen Bewegen unterschiedlicher
Kräfte bzw. Lasten benötigt, insbesondere da, wo grosse, unterschiedlich belastete
Flächen gehoben bzw. gesenkt werden sollen. Zu diesem Zweck sind mechanische Einrichtungen,
wie Zahnstangen, Kugelrollenspindeln, Schnecken und dergleichen bekannt, die jedoch
hinsichtlich der Regelbarkeit und Steuerung
unzulänglich sind und
Mängel aufweisen.
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Es gibt auch bereits hydraulisch betätigte Gleichhubgeräte oder -anlagen,
wie beispielsweise den Mengenregler, der auf der Basis von Strömungsteilung arbeitet.
Dabei sind Ventile vorgesehen, die sich durch Durchflussteilung, z.B. im Verhältnis
1:1 oder einem anderen beliebigen Verhältnis regeln. Die Viskositätsabhängigkeit
an den Strömungskanten dieser Einrichtungen, die sich insbesondere bei schwankenden
Temperaturen auswirkt, gewährleistet nur eine gewisse Genauigkeit, die nicht überschritten
werden kann. Ferner kann bei diesen strömungsgesteuerten Geräten eine exakte Teilung
auch nur für einen Betriebspunkt gefahren werden. Wenn Druckschwankungen, beispielsweise
von 0 bis 200 Bar, aurtreten, geht das wieder zu Lasten der Genauigkeit, die bei
diesen bekannten Einrichtungen im Bereich von + 3 bis 4 % liegt.
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Weiter sind hydraulisch gesteuerte Mess- und Dosierpumpen als Gleichhubgeräte
bekannt, bei denen jedem Zylinder eine Pumpe zugeordnet ist. Die Pumpen werden durch
eine gemeinsame Welle angetrieben und fördern dann annähernd gleichmässige Ströme
in jeden Zylinder, unabhängig von seinem Betriebsdruck. Hier ist aber wieder die
Ungenauigkeit der Fördermenge durch Differenzen und Toleranzen in den einzelnen
Pumpen und den einzelnen Zylindern gegeben. Es liegt also keine echte Steuerung
vor, sondern ist eine einfach-e Zuteilung von dosierten ölmengen. Wenn an den Zylindern
durch Last schwankungen Differenzen auftreten, gibt es kein Nachfördern.
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Bekannte Gleichhubanlagen mit verblockten Zylindern, bei denen die
Zylinder gleicher Grössenordnung des Arbeitskreises zu einem Block mechanisch zusammengeschraubt
sind, sind sehr grosse und aufwendige Einrichtungen. Aus den verblockten Zylindern
wird das Öl durch einen weiteren grossen Zylinder in die einzelnen Arbeitszylinder
gepresst. In diesem Fall ist das Gleichhubgerät wesentlich grösser als die einzelnen
Arbeitszylinder.
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Bei einem weiteren System sind zwei oder drei Zylinder hinterein-
andergeschaltet,
wobei die Flächen so ausgelegt sind, dass der erste Zylinder doppelt so viel Öl
drückt wie der nächste Zylinder.
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Die Differenzfläche des einen Zylinders wird dann als Druckfläche
für den zweiten Zylinder benutzt. Aber auch hier wird keine Gleichhubsteuerung erzielt
und aufgelegte Last schwankungen führen nicht zu einem automatischen Nachregeln.
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Neben den genannten Nachteilen der bekannten Gleichhubgeräte kommt
noch hinzu, dass es grosse und aufwendige und daher oft unwirtschaftliche Anlagen
sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleichhubsteuerung zu schaffen,
die unabhängig von Druckschwankungen, Viskositäten und anderen Einflüssen ist, bei
der sich das Gleichgewicht selbsttätig einstellt und dadurch das Gerät automatisch
gesteuert wird und die ferner wesentlich kleiner gebaut werden kann als bekannte
Anlagen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Gleichhubsteuerung hydraulischer Zug-
und Druckzylinder der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass mindestens zwei zu steuernde Arbeitszylinder und diesen zugeordnete, wesentlich
kleinere steuern zylinder vorgesehen sind, der Kolben eines jeden durch eine aus
einem Öl tank kommende Ölleitung mit Öl gespeisten Arbeitszylinders über eine mechanische
Verbindung mit dem Kolben des ihm zugeordneten Steuerzylinders kraftschlüssig verbunden
ist, jeder Steuerzylinder über eine Steuerleitung an einem entsprechenden Zylinder
gleichen Ölvolumens des Gleichhubaggregats angeschlossen und dass in jedem Kreis
Arbeitszylinder - Steuerzylinder - Zylinder des Gleichhubaggregats ein dem Arbeitszylinder
zugeordnetes vom Gleichhubaggregat gesteuertes Steuerventil zwischengeschaltet ist.
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Das Steuerventil besteht aus einem Steuerschieber mit zwei Ventilköpfen,
der in einer Axialbohrung eines Ventilgehäuses verschiebbar ist, wobei in die Axialbohrung
im Bereich zwischen den Ventilköpfen eine vom Arbeitszylinder kommende Arbeitsleitung
mündet und über das Steuerventil mit einer an einer dem Öl tank zugeordneten und
von einem Druckausgleichzylinder des Gleichhubaggregats ge-
steuerten
Ölpumpe angeschlossenen Sammelleitung verbunden ist, und ferner eine Zweigleitung
von der Steuerleitung in die Axialbohrung im Bereich unterhalb der Druckfläche des
einen Ventilkopfes des Steuerschiebers mündet.
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Die Anzahl der Zylinder des Gleichhubaggregats entspricht der Anzahl
der Arbeits- und Steuerzylinder und alle Zylinder im Gleichhubaggregat sind miteinander
verblockt und der Zylinderblock ist mit dem Druckausgleichszylinder verbunden, der
über eine Verbindungsleitung an der Sammelleitung zum Steuerventil angeschlossen
ist.
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Durch die erfindungsgemässe Anordnung ist es möglich, das Gleichhubaggregat
wesentlich kleiner als bisher zu bauen. Dies wird durch die mit den Arbeitszylindern
kraftschlüssig verbundenen kleinen Steuerzylinder, das mit diesen verbundene kleine
Gleichhubaggregat und dem jedem Arbeitszylinder zugeordnete Steuerventil erreicht.
Dabei sind die Abmessungen der Steuerzylinder und der Zylinder im Gleichhubaggregat
aufeinander abgestimmt. Ihre Olinhalte und damit auch die Arbeitsdrucke sind gleich
gross. Wenn es beispielsweise durch unterschiedlich zu bewegende Lasten, zu Druckdifferenzen
kommt, wird das Steuerventil in der Arbeitsleitung in der einen oder anderen Richtung
verschoben und sperrt sich entsprechend ab. Diese Sperrung hält so lange an, bis
alle Zylinder nachgekommen sind, so dass in dem entlasteten Zylinder wieder ein
entsprechender Druck aufgebaut werden kann, wobei sich das Steuerventil automatisch
wieder öffnet und das Gleichgewicht hergestellt wird. Es wird dabei eine selbsttätige
Steuerung erzielt, so dass in dem Fall, in dem Arbeitsdruck und Steuerdruck differieren,
das Steuerventil den Arbeitsstrom einfach abschliesst, und zwar so lange, bis sich
der Druck wieder aufbauen kann.
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Es werden keinerlei Fotozellensteuerungen und/oder andere elektrische
Impulse benötigt. Die Gleichhubsteuerung bietet die Möglichkeit, die Arbeitszylinder
untereinander vollkommen variabel zu gestalten. So kann der eine Zylinder ein 1000
Tonnen Zylinder sein, während der andere bloss 1 kg drückt. Wesentlich ist nur,
dass
die kraft schlüssig mit den Arbeitszylindern verbundenen Steuerzylinder mit den
Steuerzylinderflächen im Gleichhubaggregat identisch sind, wobei es auf die Ölinhalte
ankommt. Diese Forderung ist in einfacher Weise zu erfüllen.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es sind insgesamt vier Kreise Arbeitszylinder-Steuerzylinder-Zylinder
im Gleichhubaggregat dargestellt, wobei in der Zeichnung der Öltank und die Ölpumpe
nur schematisch gezeigt sind. Aus Ubersichtsgründen sind die Umsteuerungseinrichtungen
an der Ölspeisung, wie Vorspannventile, Doppelrückschlagventile und dergleichen,
nicht eingezeichnet. Dieses sind herkömmliche Vorrichtungen, die mit dem Erfindungsgedanken
nichts zu tun haben und jedem Fachmann geläufig sind.
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Da die einzelnen Kreise identisch aufgebaut sind, wird nur ein Kreis
genauer beschrieben. Es kann eine beliebige Anzahl an Kreisen angeordnet werden.
Gezeigt sind die Arbeitszylinder Z1, Z2, Z3 und Z4, denen die Steuerzylinder S1,
S2, 53 und S4 zugeordnet sind. Die Arbeitsleitungen sind mit A1, A2, A3 und A4,
die Ölleitungen mit 01, 02, 03 und 04, die Steuerleitungen mit L1, L2, L3 und L4,
die Steuerventile mit V1, V2, V3 und V4 und im Gleichhubaggregat G die Zylinder
mit S11, S12, S13 und S14 sowie deren Kolben mit K11, K12, K13 und K14 bezeichnet.
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Der Kolben 1 des Arbeitszylinders Z1 ist über eine mechanische Verbindung
3 mit dem Kolben 2 des Steuerzylinders S1 verbunden.
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Aus dem unteren Teil des Arbeitszylinders Z1 führt eine Ölleitung
01 in einen Öltank 25 bzw. eine Ölpumpe 22. Wie bereits erwähnt, ist das Umsteuerungszubehör,
Vorspannventile usw. übersichtshalber nicht dargestellt.
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Aus dem oberen Teil des Arbeitszylinders Z1 führt eine Arbeitsleitung
Al über ein Steuerventil Vl und eine Sammelleitung SL zu der pumpe 22. Diese Sammelleitung
SL verbindet folglich einer-
seits die Ölpumpe 22 mit der Arbeitsleitung
A1 und dem Arbeitszylinder Z1 und dient andererseits dazu, das Steuerventil V1 entsprechend
den Druckverhältnissen zu betätigen.
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Das Steuerventil V1 besteht aus einem Steuerschieber 5 mit zwei Ventilköpfen
6 und 7, der in der Axialbohrung eines Ventilgehäuses 4 verschiebbar ist. Die Arbeitsleitung
Al mündet in die Axialbohrung des Ventilgehäuses 4 im Bereich zwischen den Ventilköpfen
6 und 7, und zwar wenn der Steuerschieber 5 in seiner Mittellage, also im Gleichgewicht
ist. In dieser Lage wird er durch eine Feder 8 gehalten, die einen Vorspanndruck
sichert und ein zu schnelles Reagieren des Steuerschiebers 5 verhindert.
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Die von der Ölmpumpe 22 kommende Sammelleitung SL mündet einerseits
- wie die Arbeitsleitung Al - im Bereich zwischen den Ventilköpfen 6 und 7 des Steuerschiebers
5 und andererseits über der Druckfläche eines der Ventilköpfe 6 in der Axialbohrung
des Ventilgehäuses 4. Ferner ist das Steuerventil V1 noch durch eine in die Axialbohrung
unterhalb der Druckfläche des anderen Ventilkopfes 7 des Steuerschiebers 5 mündende
Zweigleitung ZL1 an der Steuerleitung L1 angeschlossen. Diese Steuerleitung L1 führt
vom Steuerzylinder S1 zum Zylinder S11 des Gleichhubaggregats G. Die Öl inhalte
im Steuerzylinder S1 und im Zylinder S11 sind gleich und da der Steuerkreis in sich
geschlossen ist, bleibt das Ölvolumen immer konstant.
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Das Gleichhubaggregat G besteht aus einem Gehäuse 10, an dessen Deckwand
11 die Kolben K11, K12, K13, K14 der Zylinder S11, S12, 813, S14 befestigt sind.
Die Zylinder sind untereinander durch eine Platte 12 oder dergleichen mechanisch
verblockt und dieser Zylinderblock ist mit einem Druckgleichgewichtszylinder 15
verbunden. Der Gleichgewichtszylinder 15 ist über eine Verbindungsleitung 20 an
der Sammelleitung SL für die Arbeitsleitungen A1, A2, A3, A4 bzw. die Arbeitskreise
angeschlossen.
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Im Betrieb arbeitet die erfindungsgemässe Gleichhubsteuerung wie folgt:
Wenn
beim Heben unterschiedlich belasteter grosser Flächen der Arbeitsdruck an einem
der Arbeitszylinder zusammenbricht, steigt aufgrund der mechanischen Verbindung
zwischen Arbeitszylinder und Steuerzylinder der Steuerdruck an und das Steuerventil
schliesst durch Verschieben des Steuerschiebers, d.h. der Zylinder kann nicht abfahren,
da sein Öl nicht einströmen kann. Er muss so lange warten, bis die anderen, nun
stärker beaufschlagten Zylinder wieder hochgefahren sind und der druck im Steuerkreis
entsprechend absinkt. Sobald dies geschehen ist, wird der Steuerschieber vom Druckniveau
im Arbeitskreis wieder in seine Mittellage verschoben und das Gleichgewicht im Kreis
wieder hergestellt. Dieser Vorgang erfolgt selbsttätig und gewährleistet eine grosse
Genauigkeit des Systems.
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Da im Steuerkreis das Ölvolumen und damit der Druck immer konstant
sind, treten auch keine Differenzen durch aufgelegte Lasten auf. Der Arbeitskreis
ist ein offener Kreis, in dem die Ölpumpe 22 so lange nachfördert, wie die Arbeitszylinder
Z1, Z2, Zn Zn und die mit diesen kraft schlüssig verbundenen Steuerzylinder S1,
S2, ... Sn hoch- und runtergefahren werden. Die blmenge im Arbeitskreis ist nicht
gleich und variiert je nach den Druckbedingungen.
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Das Gleichhubaggregat weist neben den Zylindern S11, S12, Sln, die
den Steuerzylindern S1, S2, ... Sn der Arbeitszylinder Z1, Z2, ... Zn entsprechen,
noch den Druckausgleichszylinder 15 auf, der praktisch den Öldruck in S11 bis S14
erzeugt und damit die Steuerventile V1, V2, ... Vn betätigt. Die Arbeitszylinder
Z1, Z2, ... Zn werden von der Ölmenge Je nach Belastung durch eine Kraft beschickt.
Die mit den Steuerzylindern verblockten Arbeitszylinder betätigen die Gleichhubsteuerung,
d.h. sie lassen sie im gleichen Mass aus- oder einfahren und die Druckdifferenzen
innerhalb des Steuersystems sind dafUr verantwortlich, dass die Steuerventil öffnen
oder schliessen.
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L e e r s e i t e