DE3050503C2 - Verstärker mit zwei hydropneumatischen doppeltwirkenden Druckübersetzern - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

d) daß in den Pneumozylindern (4,14) der Druckübersetzer (2,3) jeweils ein weiterer Kolben (8, 18) auf der Kolbenstange (9,19) angeordnet ist,

e) daß die zwischen den Kolben (7, 8; 17, 18) liegenden Teilräume (12, 22) der Pneumozylinder (4, 14) mit der Atmosphäre (44, 45) verbunden sind,

f) daß die Steuerräume (39d, 39e; 40d, 4Oe; des Betätigungsventils (39, 40) des einen Druckübersetzers (2,3) mit dem Pneumozylinder (14, 4) des anderen Druckübersetzers (3, 2) in Verbindung stehen und umgekehrt und

g) daß die Anschlüsse (46, 48; 47, 49) der Steuerräume der Betätigungsventile mit einem solchen Abstand an die Pneumozylinder angeschlossen sind, daß im Verlaufe des Hubs der Kolben und der Kolbenstange zunächst jeweils nur der eine Anschluß und danach jeweils nur der andere Anschluß in den sich verschiebenden, zwischen den Kolben (7, 8; 17, 18) liegenden Teilraum (12,22) mündet.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstärker mit zwei hydropneumatischen doppeltwirkenden Druckübersetzern für den Druckmitteldruck einer druckmittelbetriebenen Stelleinrichtung. Dabei wird ausgegangen von der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Ausbildung, die aus der DE-OS 38 870 bekannt ist.

Verstärker dieser Art können mit gutem Erfolg zum Antrieb von Betriebsrobotern Anwendung finden, ebenso auch in Antriebsanlagen von metallbearbeitenden Werkzeugmaschinen, Schweißmaschinen. Preß- und Schmiedeausrüstungen, in Formanlagen von WeII-rohren oder in Schweißautomaten.

Bei dem bekannten Verstärker sind die beiden hydropneumatischen Druckübersetzer solche von zweiseitiger Wirkung und werden in einer Parallelschaltung betrieben, wobei durch die besondere Ausbildung der

ίο Umsteuerung dieser beiden Druckübersetzer eine solche Phasenverschiebung zwischen ihnen angestrebt wird, daß in dem Zeitpunkt, in dem sich der Kolben des einen von ihnen in einer Endlage befindet und deshalb iüein Förderstrom kurzzeitig ausbleibt, der Kolben des anderen einen Hub ausführt und mithin Flüssigkeit in die Druckleitung fördert

Zu diesem Zweck sind bei der bekannten Ausbildung die Steuerräume der Betätigungsventile vom jeweils anderen Pneumozylinder her über ein Zwischenventil in Form eines 2/2-WegeventiIs und ein diesem nachgeschaltetes Steuerventil in Form eines 3/2-Wegeventils beaufschlagt Dabei wird jedes Zwischenventil über eine an der Zylinderwand des zugehörigen Pneumozylinders angeschlossene Leitung und jedes Steuerventil durch den Druck an den Ausgängen des zugehörigen Betätigungsventils gesteuert

Ein Nachteil dieser bekannten Ausbildung ist der große apparative Aufwand derselben. Die beiden baugleichen hydropneumatischen Druckübersetzer sowie die zu ihrer Steuerung vorhandenen Steuer- und Zwischenventile ergeben zusammen eine schwere, voluminöse und ziemlich komplizierte Konstruktion.

Hinzu kommt, daß die pneumatische Steuerung des einen Druckübersetzers der bekannten Ausbildung in Abhängigkeit von der Bewegung des anderen Druckübersetzers nicht frei von der Gefahr fehlerhafter Signale ist. Bei der bekannten Ausbildung sind ar. bestimmten Stellen der Zylinderwand jedes Druckübersetzers mehrere bezüglich ihrer Dk. rkbeaufschlagung von der Kolbenstellung abhängige Anschlüsse vorgesehen, die auf das Zwischenventil und das diesem nachgeschaltete Steuerventil wirken, welches einerseits das Betätigungsventil des jeweils anderen Druckübersetzer steuert. In diesem Steuersystem kann es aufgrund verzögerten Druckabfalls in bestimmten Steuerräumen zu nicht rechtzeitigen Auslösungen oder auch zu wesentlichen Druckschwankungen in der Hauptdrucklcitung kommen. Auch kann der Fall eintreten, daß die Kolben der Druckübersetzer keine vollen Hübe ausführen und Umschaltungen zu früh erfolgen, was die Leistung der Anlage sowie ihre Lebensdauer beeinträchtigt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines kompakten Verstärkers mit zwei Druckübersetzern, der bei geringem Bauaufwand und Gewicht seine Leistung in zuverlässig ablaufenden Betriebstakten erbringt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale. Dies bewirken eine selbsttätige Steuerung ohne fehlerhafte Steuersignale, und zwar wegen der unmittelbaren Ansteuerung der Betätigungsventile von den Anschlüssen am jeweils anderen Pneumozylinder her. Es wird eine präzise und schnelle Bewegungssteuerung der Kolben-Kolbcnstangen-Baueinheiten der Pneumozylinder, insbesondere eine schnellere Bewegungsumkehr derselben erreicht. Da die Steuersignale in die Steuerräume der Betätigung*·

ventile unmittelbar aus den Pneumozylindem kommen, sind die Zwischen- und Steuerventile der bekannten Ausbildung entbehrlich, und es entfällt der zugehörige Bauaufwand.

Der erfindungsgemäße Verstärker gewährleistet bei hoher Zuverlässigkeit stabile Drücke der Arbeitsflüssigkeit, die das Stellorgan beaufschlagt

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung weiter erläutert Die Zeichnung zeigt einen hydropneumatischen Verstärker in schematischer Darstellung.

Der Verstärker dient zur ununterbrochenen Druckförderuftg einer Arbeitsflüssigkeit zu einem Stellorgan 1 und besteht aus zwei parallelgeschalteten hydropneumatischen doppeltwirkenden Druckübersetzern 2 und 3.

Der Druckübersetzer 2 besteht seinerseits aus einem Pneumozylinder 4 mit beidseits an ihm angeflanschten, koaxialen Hydraulikräumen 5,6.

In den Pneumozylinder 4 ist ein Kolben 7 und, mit Abstand von diesem, ein weiterer Kolben 8 untergebracht, die auf einer Kolbenstange 9 sitzen, welche mit ihren beiden Enden in die beidseitigen Hydraulikräume 5,6 ragt Der Kolben 7 unterteilt den Pneumozylinder 4 in zwei pneumatische Hubräume 10 und 11 veränderlichen Hubvolumens, wobei der weitere Kolben 8 den pneumatischen Hubraum 11 nochmals in zwei Teilräume 12 und 13 einteilt

in entsprechender Weise besteht der Druckübersetzer 3 aus einem Pneumozylinder 14 mit Hydraulikräumen 15, 16, in die die Enden einer Kolbenstange 19 ragen, auf welcher ein Kolben 17 und ein weiterer Kolben 18 sitzen. Der Kolben 17 teilt den Pneumozylinder in zwei pneumatische Hubräume 20 und 21 veränderlichen Hubvolumens, wobei der weitere Kolben 18 den pneumatischen Hubraum 21 nochmals in zwei Teilräume 22 und 23 unterteilt

Die Hydraulikräume 5,6 des Druckübersetzers 2 und die Hydraulikräume 15,16 des Druckübersetzers 3 sind an je eine als Gleichrichter wirkende Rückschlagventilbrücke 24,25 aus Rückschlaghydraulikventilen 24a, 246, 24c, 24c/ und entsprechenderweise 25a, 256, 25c, 25d angeschlossen, an welche wiederum eine Druckleitung 26 und eine Ablaufleitung 27 angeschlossen sind. Diese wirken über ein hydraulisches Verteilerelement 28 in Form eines 4/3-Wegeventils auf das Stellorgan 1.

Die Wechselbeaufschlagung der Rückschlagventilbrücken 24, 25 erfolgt über Hydraulikleitungen 29 und 30, welche von den Hydraulikräumen 5 und 6 des Druck-Übersetzers 2 und den Hydraulikräumen 15 und IC des Druckübersetzers 3 ausgehen und an die außerdem ge- so steuerte Rückschlagventile 31 und 32 bzw. gesteuerte Rückschlagventile 33 und 34 angeschlossen sind. Diese haben Eingänge 31a, 32a, 33a, 34a, Steuerräume 316, 32b, 33b, 34b und Ausgänge 31 c, 32c, 33c, 34c.

Die gesteuerten Rückschlagventile 31,32,33,34 dienen zur Sicherung der abwechselnden Füllung der Hydraulikräume 5 und 6 des Druckübersetzers 2 und der Hydraulikräume 15 und 16 des Druckübersetzers 3 in dem Augenblick, wenn die jeweils angeschlossene Leitung 29 oder 30 einen Rückfluß führen muß. eo

Der Verstärker hat noch einen Ausgleichbehälter 35 zum Ausgleich der unterschiedlichen Rauminhalte des kolbenseitigen und des stangenseitigen Hubraums des Stellorgans 1, die je nach der Bewegungsrichtung desselben unterschiedliche Zuflüsse und Rückflüsse erfor- dem, sowie zum Ausgleich von Leckverlusten in der Ablaufleitung 27. An den Gasraum des Ausgleichsbehälters 35 ist über einen Druckregler 37 und eine Leitung 35a eine Druckgasquelle 38 sowie unmittelbar ein pneumatisches Ausblaseventil 36 angeschlossen. Der Ausgang 356 des Ausgleichbehälters 35 ist mit den Eingäcr gen 31a, 32a, 33a, 34a der gesteuerten Rückschlagventile 31,32,33,34 verbunden.

Der Antrieb der Druckübersetzer 2 und 3 erfolgt über je ein Betätigungsventil 39,40 in Form eines 4/2-Wegeventils. Diese haben je einen druckbeaufschlagten Eingang 39a, 40a, einen ohne Bezugszeichen gebliebenen, in die Atmosphäre mündenden Eingang, Ausgänge 396, 39c; 406,40c sowie Steuerräume 39<i 39e, 40c/ und 4Oe. Sie dienen zur Betätigung der Hubbewegung der Kolben 7, 8 des Druckübersetzers 2 im vorgeschriebenen Takt mit der Hubbewegung der Kolben 17,18 des anderen Druckübersetzers 3 und umgekehrt

Die Betätigungsventile 39, 40 sind mit ihren Eingängen 39a, 40a über Druckregler 41 und 42 und ein Ansperrventil 43 an eine Druckgasquelle 38 angeschlossen. Die Ausgänge 396,39c; 406,40c der Betätigungsventile 39 und 40 stehen mit den pneumatischen Hubräumen 10, 11 bzw. 20,21 der Pneumozylinder 4 -,"d 14 der Druckübersetzer 2,3 in Verbindung.

Die Teilräume 12, 13 und 22, 23 der pneumatischen Hubräume 11,21 der Pneumozylinder 4,14 treten wälirend der Bewegungsgänge der Kolben 7, 8 und 17, 18 abwechselnd über Bohrungen 44 und 45 mit der Atmosphäre in Verbindung. Diese sind ungefähr in der Mitte jedes Pneumozylinders 4 und 14 in seiner Wandung ausgeführt

Der Teilraum 12 im pneumatischen Kubraum 11 des Pneumozylinders 4 und der Teilräum 22 im pneumatischen. Hubraum 21 des Pneumozylinders 14 kommen über in der Wandung der Pneumozylinder 4 und 14 ausgeführte Bohrungen 46 und 47 mit den Steuerräumen 39c/ und 4Oe der Betätigungsventile 39 und 40 in Verbindung. Entsprechenderweise kommen der Teilraum 13 des pneumatischen Hubraumes 11 im Pneumozylinder 4 und der Teilraum 23 des pneumatischen Hubraumes 21 des Pneumozylinders 14 über iu der Wandung der Pneumozylinder 4,14 ausgeführte Bohrungen 48, 49 mit den Steuerräumen 39e und 40c/ der Betätigungsventile 39 und 40 in Verbindung.

Der Betrieb des beschriebenen Verstärkers verläuft wie folgt:

Beim Öffnen des Absperrventils 43 beaufschlagt das Druckgas der Quelle 38 über die Druckregler 41 und 42 die Eingänge 39a, 40a der Betätigungsventile 39,40. Bei der in der Zeichnung gezeigten Schieberstellung strömt das Druckgas aus den Ausgängen 396, 406 der Betätigungsventile 39, 40 in den Teilraum 13 des pneumatischen Hubraumes 11 im Pneumozylinder 4 und gleichzeitig in den Teilraum 23 des pneumatischen Hubraums 21 des Pneumozylinders 14, so daß die Kolbenbaueinheiten ^:;i ihre in der Abbildung linke Endstellung bewegt werden.

Aus dem Teilraum 23 des pneumatischen Hubraumes 21 des Pneumozylinders 14 gelangt das Druckgas durch die Bohrung 49 in den Steuerraum 39e des Betätigungsventils 39 und hält diesen in der gezeigten Stellung.

Aus dem Teilraum 13 des pneumatischen Hubraumes 11 des Pneumozylinders 4 gelangt das Druckgas über die Bohrung 48 in den Steuerraum 4Od des Betätigungsventils 40 und schaltet dieses in seine andere (in der Abbildung rechte) Stellung um, was deswegen möglich ist, weil der Steuerraum 4Oe des Betätigungsventils 40 über die Bohrung 46, den leilraum 12 des pneumatischen Hubraumes 11 und die Entlüftungsbohrung 44 mit der Atmosphäre verbunden ist.

Infolge der Umschaltung des Betätigungsventils 40 beaufschlagt das Druckgas den pneumatischen Hubraum 20 des Pneumozylinders 14 und der Teilraum 23 seines pneumatischen Hubraumes 21 kommt mit der Atmosphäre in Verbindung, so daß die Kolben 17, 18 mit der Kolbenstange 19 nach rechts laufen und dabei gleichzeitig die Arbeitsflüssigkeit durch das Rückschlagventil 25b aus dem Hydraulikraum 16 in die Druckleitung 26 und weiter über das Verteilerelement 28 zu dem Stellorgan 1 verdrängen. Der Rückfluß aus dem Stellorgan 1 geschieht durch die Ablaufleitung 27 über das Rückschlagventil 25J in den Hydraulikraum 15 des Druckübersetzers 3.

Der Ausgleich der volumetrischen Differenz der Mengen der in die Druckleitung 27 geförderten und durch die Ablaufleitung 26 zurückfließenden Arbeitsflüssigkeit geschieht durch den Ausgleichbehälter 35, der zu diesem Zeitpunkt über das gesteuerte Rückschlagventil 33 mit dem Hydraulikraum 15 des Druckübersetzers 3 in Verbindung steht, da dessen Steuerraum 336 mit dem zu dieser Zeit unter Druck stehenden Hydraulikraum 16 des Druckübersetzers 3 verbunden ist.

Wenn die Kolben 17 bzw. 18 des Druckübersetzers 3 an den Bohrungen 47 bzw. 49 des Pneumozylinders 14 vorbeigegangen sind, kommt der Anschluß 47 unter die Wirkung des Drucks irr pneumatischen Hubraum 20 und die Bohrung 49 unter die Wirkung des im Teilraum 22 des pneumatischen Hubraumes 21 herrschenden Atmosphärendrucks. Dadurch beaufschlagt das Druckgas über die Bohrung 47 den Steuerraum 39t/ des Betätigungsventils 39 und schaltet dieses in die (rechte) Stellung um, bei der der pneumatische Hubraum 10 über den Ausgang 39c mit der Druckgasquelle 38 und der Teilraum 13 des Pneumozylinders 4 mit der Atmosphäre in Verbindung treten.

Jetzt beginnt die Kolben-Kolbenstangen-Baueinheit des Druckübersetzers 2 ebenfalls eine Bewegung nach rechts und verdrängt die Arbeitsflüssigkeit aus dem Hydraulikraum 6. Eine gewisse Zeitspanne laufen jetzt bei de Kolben-Kolbenstangen-Baueinheiten gleichzeitig nach rechts.

Während sich die Einheit des Druckübersetzers 2 noch bewegt, erreichen die Kolben 17, 18 des Druck- Übersetzers 3 ihre in der Abbildung rechte Endstellung an der Stirnwand des Pneumozylinders 14 als Anschlag. Wenn jetzt die Kolben 7, 8 des Druckübersetzers 2 an den Bohrungen 46 und 48 des Pneumozylinders 4 vorbeigleiten, kommt die Bohrung 46 des Pneumo7:ylinders 4 mit der Druckgasquelle 38 in Verbindung, was die Umschaltung des Betätigungsventils 40 bewirkt, so daü die Kolben-Kolbenstangen-Baueinheil des Druckübersetzer 3 wieder nach links zu laufen beginnt, d. h. in die in der Zeichnung gezeigte Stellung.

Auf halbem Wege steuert der Druckübersetzer 3 dann in beschriebener Weise wieder das Betätigungsventil 39 um, so daß auch der Druckübersetzer 2 sich in die rechte Lage zu bewegen beginnt. Es ist zu sehen, daß die Druckübersetzer unter gegenseitiger Steuerung mit einer bestimmten Phasenverschiebung arbeiten und Druckflüssigkeit in die Druckleitung 26 fördern.

Die pneumatischen Druckregler 41 und 42 sorgen für einen k6*istanten Druck in den pneumatischen Hubräumen 10, 11, 20, 21 der Pneumozylinder 4 und 14 unab- hängig von eventuellen Schwankungen in dem Druckgasnetz. Der Druckregler 37 und Jas Ausblaseventil 36 sorgen für einen konstanten Überdruck im Ausgleichbehälter 35 unabhängig von der Menge der in diesem befindlichen Arbeitsflüssigkeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verstärker

   a) mit zwei hydropneumatischen doppeltwirkenden Druckübersetzern für den Druckmitteldruck einer druckmittelbetriebenen Stelleinrichtung, wobei die Druckübersetzer jeweils einen in einem Pneumozylinder angeordneten Kolben mit Kolbenstange besitzen und der Kolben den Pneumozylinder in zwei gegenüberliegende pneumatische Hubräume mit veränderlichem Hubvolumen unterteilt,

   b) mit je einem pneumatisch ansteuerbaren, zwei Steuerräume aufweisenden Betätigungsventil für jeden Druckübersetzer, deren beiden Ausgänge jeweils mit einem der Hubräume des zugeordneten Druckübersetzers und deren eine Eingang oiit einer Druckgasquelle und deren andere fc;ngang mit der Atmosphäre in Verbindung stehen, wobei die Betätigungsventile die Verschiebung des Kolbens und der Kolbenstange des einen Druckübersetzers in vorgegebener Übereinstimmung mit der Verschiebung des Kolbens und der Kolbenstange des anderen Druckübersetzers steuern, und

   c) mit einem Stellorgan, das an eine Druck- und eine Ablaufleitung angeschlossen ist, die ihrerseits mit den Hydraulikräumen der Druckübersetzer über ein hydraulisches Verteilerelement in Verbindung stehen,