DE3530787A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung hydraulischer oder pneumatischer druckstroeme konstanter kennung bei veraenderlicher frequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung hydraulischer oder pneumatischer Druckströme konstanter Kennung bei veränderlicher Frequenz zur Versorgung von hy­ draulischen oder pneumatischen Arbeitselementen.

Eine Vielzahl von Maschinenkomponenten, bei­ spielsweise an Werkzeugmaschinen oder derglei­ chen werden von hydraulischen oder pneumatischen Arbeitselementen, beispielsweise Zylinder-Kol­ benanordnungen gesteuert, die wiederum über hydraulische oder pneumatische Druckströme betätigt werden. Da häufig die von den jewei­ ligen Maschinen realisierten Arbeitsvorgänge definierter Kennung auch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bzw. Frequenzen durchgeführt werden müssen, als Beispiel sei eine Vorrichtung zur Materialprüfung genannt, die von niedrigen Zyklusfolgen auf maximale Prüffrequenz hoch­ gefahren wird, ist es notwendig, daß die hydrau­ lischen oder pneumatischen Arbeitselemente bei aufgabenbezogen unterschiedlichen Zyklusfolgen arbeiten. Daher müssen hydraulische und pneu­ matische Druckströme konstanter Kennung bei unterschiedlicher abrufbarer Frequenz zur Ver­ fügung stehen, die die Bewegung der Arbeits­ elemente steuern. Die Druckströme werden bei­ spielsweise von einem als Kolbendrehschieber ausgebildeten Wege-Ventil erzeugt, das entsprechend der Anzahl seiner mit Tank- und Druckleistung kommunizierenden Steuerschlitze auf dem Umfang des Drehkolbens mehrere Druckströme pro Umdre­ hung liefert. Dem Kolbendrehschieber wird ein konstanter hydraulischer oder pneumatischer Versorgungsstrom zugeführt. Die Drehbewegung des Kolbendrehschiebers wird durch einen An­ triebsmotor hervorgerufen, wobei die Frequenz der vom Kolbendrehschieber gelieferten Druck­ ströme durch die Anzahl der kommunizierenden Steuerschlitze und die Drehzahl des Motors festgelegt ist. Um die Frequenz zu ändern, könnte die Drehzahl des Motors geändert werden. Es hat sich aber im Bereich hoher Frequenzen trotz entsprechendem steuer- und regelungs­ technischem Aufwand gezeigt, daß sich der kine­ matische Bewegungsablauf des Arbeitselementes, beispielsweise des Kolbens im Zylinder mit der Frequenz durch die Veränderung der Einfluß­ parameter ändert, wobei die Änderungen insbe­ sondere bei kleinen Arbeitselementen, die von geringen Mengen des hydraulischen oder pneumatischen Mediums gesteuert werden, stark ins Gewicht fallen. Da in vielen Fällen der kinematische Bewegungsablauf des Arbeitselementes auch im hochfrequenten Bereich genau festgelegt sein muß, ist eine Frequenzänderung über die Dreh­ zahl des Kolbendrehschiebers nicht möglich.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung von Druckströmen unterschiedlicher Frequenz aus einem konstanten Versorgungsstrom liegt in der Verwendung von mechanischen Wegeventilen, die mit den entsprechenden unterschiedlichen Frequenzen angesteuert werden. Die Lebens­ dauer derartiger Wegeventile nimmt aber im Gegensatz zu dem hydrodynamisch gelagerten Kolbendrehschieber mit Druckausgleicher zu höheren Frequenzen hin stark ab, so daß die­ se Möglichkeit zur Erzeugung von Impulsströmen unterschiedlicher Frequenz insbesondere bei den Maschinen, die viel mit hohen Frequenzen arbei­ ten, nicht einsetzbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Auf­ gabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung hydraulischer oder pneumatischer Druckströme veränderlicher Frequenzen zu schaf­ fen, die auch bei unterschiedlichen Frequenzen einen konstant bleibenden kinematischen Bewe­ gungsablauf der pneumatischen oder hydraulischen Arbeitselemente gewährleisten, wobei auch bei hohen Frequenzen die Lebensdauer nicht beein­ trächtigt werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen der kennzeichnenden Merkmale des Ver­ fahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 2 gelöst.

Da entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einem konstanten Versorgungsstrom eine Im­ pulsfolge konstanter Frequenz erzeugt wird, von der entsprechend einer vorgegebenen Frequenz oder einem vorgegebenen Frequenzverlauf freigegebene Druckströme konstanter Kennung an das hydrauli­ sche oder pneumatische Arbeitselement weiter­ geleitet werden, wird frequenzunabhängig der vorgegebene kinematische Bewegungsablauf beibe­ halten, so daß die Bewegungen von mehreren nach diesem Verfahren arbeitenden voneinander unab­ hängigen Arbeitselementen koordiniert und ver­ knüpft werden können.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch das Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der Figur ist das als Kolben-Zylinderanordnung ausgebildete hydraulische oder pneumatische Ar­ beitselement mit 1 bezeichnet. Der Arbeitszylin­ der 2 ist beidseitig des Kolbens 3 an eine Druck­ leitung P und eine Tankleitung T angeschlossen, die mit einem Druckmitteltank 4 verbunden sind. Eine von einem Motor 5 angetriebene Pumpe 6 liefert auf der Druckleitung P das Druckmittel mit konstantem Druck an einen Kolbendrehschieber 7, wobei die Tankleitung T als Rückführleitung zu dem Druckmitteltank 4 ebenfalls an den Kol­ bendrehschieber 7 angeschlossen ist. Zwischen Pumpe 6 und Kolbenschieber 7 ist ein Über­ druckventil 8 vorgesehen, das gegebenenfalls das in der Druckleitung P vorhandene Druckmit­ tel in den Tank 4 zurückleitet. Außerdem ist ein als Puffer arbeitender Druckspeicher 9 zwischen Pumpe 6 und Kolbendrehschieber 7 ge­ schaltet. Der Kolbendrehschieber 7 wird von einem Motor 10 angetrieben. Zwischen Kolbenzylinderan­ ordnung 1 und Kolbendrehschieber 7 ist ein schnell geschaltetes Wege- oder Sperr-Ventil 11 geschal­ tet, das mit einer Steuereinheit 12 verbunden ist. Der Drehkolben des Kolbendrehschiebers 7 hat auf seinem Umfang mehrere mit den Gehäuse­ kanälen kommunizierende Steuerschlitze, und ein mit dem Kolbendrehschieber 7 in Wirkverbindung stehender Drehgeber 13 zeigt die Sperrstel­ lungen an und liefert ein elektrisches Signal, das in einer Impulsformerstufe 14, die mit der Steuereinheit 12 verbunden ist, in eine Folge beispielsweise aus Rechteckimpulsen, wie in der Zeichnung angedeutet, umgeformt wird. Die Steu­ ereinheit 12 ist mit einem Arbeitsprogramm- Speicher 15 verbunden, in dem unterschiedliche Frequenzverläufe gespeichert sind, wobei ein aus Schaltimpulsen resultierender Frequenzver­ lauf in der Zeichnung angedeutet ist. Die ge­ wünschten Frequenzverläufe können aber auch von außen der Steuereinheit 12 zugeführt werden, was durch den Pfeil 16 dargestellt ist. Beispiels­ weise kann ein Pedal oder dergleichen vorge­ sehen sein, wobei der Verschiebeweg des Pedals unterschiedlichen Frequenzen zugeordnet ist.

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

Der Kolbendrehschieber liefert an seinem Ausgang Impulse mit einer konstanten Frequenz, wobei diese Frequenz die von der Vorrichtung benötigte Maximalfrequenz von beispielsweise 5 kHz ist. Die abrufbaren Druckströme entsprechen der von dem Drehgeber 13 aufgenommenen und im Impuls­ wandler 14 geformten Impulsfolge. In den Im­ pulspausen werden die Druckleitungen und die Tankleitungen jeweils umgeschaltet, so daß jede Leitung einmal als Druckleitung und einmal als Tankleitung arbeitet. Der gewünschte Frequenz­ verlauf der den Arbeitszylinder 2 versorgenden Druckströme kann durch ein im Arbeitsprogramm­ speicher 15 eingegebenes Programm vorgegeben sein, wobei die Steuereinheit 12 mit dem Speicher 15 zusammenarbeitet und jeweils den durch das Programm vorgegebenen, im Speicher 15 gespeicher­ ten Frequenzverlauf abruft. An der Steuereinheit können auch Einstellelemente vorgesehen sein, durch die bestimmte feste Frequenzen oder Frequenzabläufe extern eingestellt werden können. Die Steuereinheit liefert abhängig von den vorgegebenen Frequenzen bzw. Frequenz­ verläufen Steuerbefehle an das Ventil 11, das entsprechend den Steuerbefehlen öffnet oder schließt. Die Öffnungs- bzw. Schließzeiten sind dabei an die durch den Impulsformer 14 vorgege­ bene Impulsfolge angepaßt, d. h. das Ventil 11 schaltet immer in den Impulspausen. Ist das Ventil 11 offen, so werden die von dem Kolben­ drehschieber 7 gelieferten Druckströme an den Arbeitszylinder 2 weitergeleitet und in der Schließstellung des Ventils 11 werden die Druck­ ströme abgesperrt. Soll das hydraulische oder pneumatische Arbeitselement 1 mit maximaler Geschwindigkeit arbeiten, so befindet sich das Ventil 11 immer in der Offenstellung. Die Frequenz der an den Arbeitszylinder 2 gelie­ ferten Druckströme kann somit durch die Dauer des Öffnens bzw. des Schließens des Ventils 11 zwischen 0 und 5 kHz variiert werden, wobei die Druckströme selbst aber von dem Kolbendrehschie­ ber 7 erzeugt werden.

Im industriellen Einsatz wird zur Optimierung der Maschinenhauptzeit eine erfindungsgemäße Vorrichtung überwiegend im maximal möglichen Frequenzbereich arbeiten, in dem das Wege- oder Sperrventil 11 permanent auf Öffnung geschaltet ist und die vom Kolbendrehschieber 7 geschal­ tete Folge von Druckströmen als Nutzfrequenz an das Arbeitselement gelangt, ohne das Wege- oder Sperrventil 11 durch Schaltvorgänge zu belasten. Ventil (11) schaltet also nur im Teillastbereich unterhalb der Maximalfrequenz, was, bezogen auf die Maschinenzeit der Vorrich­ tung, zu einer erheblichen Reduzierung der Schaltzyklen und damit zu einer Erhöhung der Standzeit führt. Eine weitere Entlastung von Ventil 11 wird dadurch erreicht, daß es nur dann geschaltet wird, wenn Kolbendrehschieber 7 zwischen der Freigabe zweier Druckströme abge­ sperrt hat.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erzeugung hydraulischer oder pneu­ matischer Druckströme konstanter Kennung bei ver­ änderlicher Frequenz zur Versorgung von hydrau­ lischen oder pneumatischen Arbeitselementen, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem konstanten Versorgungsdruckstrom eine Impulsfolge konstanter Frequenz erzeugt wird, und daß entsprechend einer vorgebbaren Frequenz und/oder einem vorgebbaren Frequenzverlauf aus der Impulsfolge konstanter Frequenz bestimmte Impulse ausgewählt und als definierte Druckströme an das Arbeitselement weitergeleitet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druck- und/oder Stromquelle (6) zur Lie­ ferung eines konstanten hydraulischen oder pneu­ matischen Druckstromes vorgesehen ist, der ein Wegeventil (7) zur Erzeugung der Impulsfolge konstanter Frequenz nachgeschaltet ist und daß zwischen Wegeventil (7) und hydraulischem oder pneumatischem Arbeitselement (1) ein weiteres Wege- oder Sperr-Ventil (11) geschaltet ist, das abhängig von einem von einer Steuereinheit (12) gelieferten Steuersignal in der Weise ge­ schaltet wird, daß von der Impulsfolge konstanter Frequenz ausgewählte Druckströme konstanter Kennung durchgelassen und an das Arbeitselement geliefert werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (7) als Kolbendrehschieber aus­ gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehbewegung des Steuerkol­ bens des Kolbendrehschiebers (7) mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erfolgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Wege­ ventil (7) in Wirkverbindung stehender Drehgeber (13) vorgesehen ist, der elektrische Impulse entsprechend der Stellung der Überströmschlitze auf dem Umfang des Steuerkolbens an die Steuer­ einheit (12) liefert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinheit (12) abhängig von der vorwählbaren Frequenz und/oder dem vorwählbaren Frequenzverlauf und den elektrischen Impulsen die Steuersignale für das weitere Ventil (11) erzeugt.