DE3814824A1 - Steuerungsanordnung fuer eine zweizylinder-dickstoffpumpe - Google Patents
Steuerungsanordnung fuer eine zweizylinder-dickstoffpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerungsanordnung für
eine Zweizylinder-Dickstoffpumpe der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
Dickstoffpumpen dieser Art weisen zwei durch hydrauli
sche Antriebszylinder im Gegentakt betätigbare, in
einen Materialaufgabebehälter mündende Förderzylinder
auf, deren Förderkolben über je eine gemeinsame Kolben
stange mit den Kolben des Antriebszylinders verbunden
sind und deren behälterseitige Öffnungen während des
Druckhubs mittels einer durch mindestens einen Hydrozy
linder verschwenkbaren Rohrweiche mit einer Förderlei
tung verbindbar und während des Saughubs zum Behälter
innern hin offen sind. Die Antriebszylinder werden an
ihrem einen Ende nach Maßgabe der Stellung eines Um
steuerventils über eine Hydropumpe abwechselnd mit
Hoch- und Niederdruck beaufschlagt, während sie an
ihrem anderen Ende hydraulisch miteinander verbunden
sind. Das Umsteuerventil wird jeweils bei Erreichen
der Endstellungen der Kolben in den Förderzylindern
und/oder in den Antriebszylindern so betätigt, daß die
Hydraulikzufuhr zu den Antriebszylindern und zu dem
die Rohrweiche betätigenden Hydrozylinder gemeinsam
umgesteuert wird. Weiter ist es zum Zwecke der Hubkor
rektur bekannt, an den beiden Enden eines der beiden
Antriebszylinder je eine den Antriebskolben in seinen
Endstellungen überbrückende, ein Rückschlagventil
enthaltende Druckausgleichsleitung anzuordnen. Mit
diesen Hubkorrekturen soll ein Synchronlauf der beiden
Antriebszylinder trotz der unvermeidlichen Leckage an
den Antriebszylinderkolben von der Hochdruck- zur
Niederdruckseite erreicht werden.
Zur Ansteuerung des Umschaltventils ist es bekannt, am
stangenseitigen Ende des Förderzylinders im Bereich
eines Wasserkastens ein elektrisches Schaltorgan vorzu
sehen, das jeweils einen Schaltimpuls abgibt, wenn der
Förderkolben seine Endlage im Wasserkasten und damit
der zugehörige Antriebszylinder sein bodenseitiges
Ende erreicht. Um eine zuverlässige Hubkorrektur zu
erzielen, muß in diesem Fall der Schaltkontakt so
angeordnet werden, daß der Kolben in seinen Endstellun
gen die Druckausgleichsleitung immer ausreichend über
fährt. Da die Leckage und damit der Korrekturbereich
von der Hubgeschwindigkeit abhängt, sind der Fördermen
genvariation bei dieser Art der Umschaltung enge Gren
zen gesetzt. Um auch den bei Industrieanlagen gestell
ten hohen Anforderungen an die Fördermengenvariation
Rechnung tragen zu können, wurde bereits eine hydrauli
sche Signalabtastung an einem der Zylinder vorgesehen,
die eine Hubkorrektur unabhängig von der gewählten
Hubgeschwindigkeit gewährleistet. Mit zwei Druckschalt
ventilen, die am einen Antriebszylinder boden- und
stangenseitig angebracht sind, und mit zwei Hubkorrek
tur-Leitungen am anderen Antriebszylinder ist ein
Synchronlauf der beiden Zylinder nach jedem zweiten
Hub sichergestellt. Dies gilt sowohl bei bodenseitigem
als auch bei stangenseitigem Antrieb. Allerdings muß
bei dieser Art der hydraulischen Signalabtastung in
Kauf genommen werden, daß im Leerlauffall, d.h. im
Betrieb ohne Last oder bei geringem Pumpwiderstand,
der für die Umschaltung der Druckschaltventile notwen
dige Druck aufgrund des Differentialverhältnisses des
Antriebszylinders der für die Umschaltung notwendige
Druckaufbau erst in der Endlage des Antriebskolbens
erreicht wird. Beim lastfreien Betrieb führt dies zu
einem unerwünschten Kolbenanschlag in der Endlage.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Steuerungsanordnung für Zweizylinder-
Dickstoffpumpen zu schaffen, mit der eine große Förder
mengenvariation möglich ist und trotzdem eine Hubkor
rektur ohne Kolbenanschlag gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 ange
gebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des
Erfindungsgedankens ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei
einer Kombination zweier Lagesignale zur Auslösung
der Umsteuerung, von denen das eine vor allem im Nie
derlast-Bereich und das andere vor allem im Hochlast-
Bereich eine zuverlässige Umschaltung gewährleistet,
ein zuverlässiges knallfreies Umsteuern mit Hubkorrek
tur in einem weiten Fördermengenbereich erzielt werden
kann. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorge
schlagen, daß an dem Antriebszylinder, der keine Druck
ausgleichsleitungen aufweist, mindestens im Abstand
der Antriebskolbenlänge von dessen beiden Enden je ein
Druckschaltventil zur Betätigung des Umsteuerventils
in der einen und der anderen Richtung angeschlossen
ist, während am stangenseitigen Ende der Förderzylinder
zusätzlich eine auf stangenfeste Auslöseorgane anspre
chende elektrische Schaltanordnung vorgesehen ist, mit
der in Parallelschaltung zu den Druckschaltventilen
das Umsteuerventil betätigbar ist. Unter der Vorausset
zung, daß genügend Überlaufweg zur Verzögerung der
Kolbenanordnung eingestellt wurde, kann durch die
zusätzliche elektrische Endlagenabtastung auch im
Leerlauffall eine knallfreie Umsteuerung gewährleistet
werden. Andererseits wird im Lastbetrieb bevorzugt die
eine zuverlässige Hubkorrektur gewährleistende hydrau
lische Signalabtastung zur Umsteuerung herangezogen.
Vorteilhafterweise weist die elektrische Schaltanord
nung eine abwechselnd auf die eine und die andere
Betätigungsseite des Umsteuerventils einwirkende,
vorzugsweise als Schrittrelais ausgebildete Folgesteue
rung auf, wobei zweckmäßig zwei auf je eines der stan
genfesten Auslöseorgane ansprechende Näherungsschalter
vorgesehen sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
ist das Umsteuerventil eingangsseitig über ein Servo
ventil mit dem Steuerdruck beaufschlagbar, während
parallel zu dem Servoventil zusätzlich ein durch die
elektrische Schaltanordnung entgegen der Kraft einer
Feder ansteuerbares Bypass-Ventil angeordnet ist. Das
Bypass-Ventil dient einer Steuerdruck- und Volumen
stromerhöhung im Moment der Umsteuerung, so daß unab
hängig von dem vorgewählten Steuerdruck am Servoventil
der Vorsteuerdruck hinter dem Umsteuerventil auf den
Maximaldruck erhöht wird. Damit steht genügend Öl für
die Vorsteuerung des Umsteuerventils zur Durchschaltung
des Rohrweichenzylinders zur Verfügung. Zugleich wird
durch den hohen Druck die Richtungsumkehr der Rever
sier-Hydropumpe beschleunigt. Mit der elektrischen
Signalabtastung wird also trotz vollhydraulischer
Steuerung eine Unterstützung des Schaltvorgangs er
reicht. Auch ohne das elektrische Signal würde die
Pumpe vollhydraulisch weiterlaufen, allerdings dann
nur mit der am Servoventil vorgewählten Ölmenge und
dem dort eingestellten Druck.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist ein Druckschalter zur Sperrung der elek
trischen Umsteuersignale bei Überschreiten eines Hoch
druck-Sollwerts in den Antriebszylindern vorgesehen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der
Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh
rungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Schaltschema einer Steue
rungsanordnung für eine Zweizylinder-Dickstoffpumpe.
Die Dickstoffpumpe besteht im wesentlichen aus zwei
Förderzylindern 60, deren stirnseitige Öffnungen in
einen nicht dargestellten Materialaufgabebehälter
münden und abwechselnd während des Druckhubs über eine
Rohrweiche 50 mit einer Förderleitung 51 verbindbar
sind. Die Förderzylinder 60 werden über hydraulische
Antriebszylinder 13, 14 und die im gezeigten Ausfüh
rungsbeispiel als Schrägscheiben-Axialkolbenpumpe
ausgebildete Reversier-Hydropumpe 2 im Gegentakt ange
trieben. Zu diesem Zweck sind die Förderkolben 61 über
eine gemeinsame Kolbenstange 62 mit den Kolben 63 der
Antriebszylinder 13 und 14 verbunden. Zwischen den
Förderzylindern 60 und den Antriebszylindern 13, 14,
befindet sich ein Wasserkasten 64, durch den die Kol
benstangen 62 hindurchgreifen.
Die Antriebszylinder 13, 14 werden bodenseitig über
die Druckleitungen 7 und 8 mit Hilfe mindestens einer
Schrägscheiben-Axialkolbenpumpe 2 mit Drucköl beauf
schlagt und sind an ihrem stangenseitigen Ende über
eine Querleitung 65 hydraulisch miteinander verbunden.
Zum Zwecke der Hubkorrektur ist an den beiden Enden
des Antriebszylinders 13 je eine den betreffenden
Antriebskolben 63 überbrückende, ein Rückschlagventil
80 enthaltende Druckausgleichsleitung 81 angeordnet.
Die Bewegungsrichtung der Kolben 63 in den Antriebs
zylindern 13 und 14 wird dadurch umgekehrt, daß die
Schrägscheibe 3 der Axialkolbenpumpe 2 ausgelöst durch
ein Umsteuersignal durch die Null-Lage hindurchschwenkt
und damit die Förderrichtung des Öls in den Leitungen
7 und 8 im Freifluß wechselt. Die Axialkolbenpumpe 2
arbeitet im geschlossenen Kreis und wird durch eine
Speisepumpe 6 mit genügend Vorspannung versorgt, die
durch ein Niederdruckbegrenzungsventil 45 limitiert
wird. Die Fördermenge der Axialkolbenpumpe 2 wird bei
vorgegebener Antriebsdrehzahl durch den Schwenkwinkel
der Schrägscheibe 3 definiert. Der Schrägscheibenwinkel
und damit die Fördermenge ist proportional zu einem
Steuerdruck verstellbar, der über die Leitungen 11
oder 12 das Proportionalventil 10 betätigt. Der Steuer
druck kann beispielsweise von einer Schaltwarte aus
über ein elektrisch betätigtes Servo- oder Proportio
nalventil 29 als Sollwert eingestellt werden. Das
Servoventil 29 regelt nicht nur den Steuerdruck. Es
muß während der Umsteuerphase der Schrägscheiben-Axial
kolbenpumpe 2 auch genügend Steueröl zur Verfügung
stellen. Da standardmäßige Servoventile in ihrer Durch
flußmenge begrenzt sind, ist parallel zu dem Servoven
til 29 ein Bypass-Ventil 31 geschaltet, das während
der Umsteuerphase am Servoventil 29 eine genügende
Ölmenge in die Leitung 30 hineinläßt. Erst dadurch ist
ein schnelles Umsteuern der Dickstoffpumpe mit Rohrwei
che möglich.
Das Steueröl wird durch das sowohl elektrisch als auch
hydraulisch betätigbare Umsteuerventil 21 und das
nachgeschaltete Rücksteuerventil 34 entweder auf die
Leitung 12 oder auf die Leitung 11 gegeben und bewirkt
damit die Umsteuerung der Axialkolbenpumpe 2.
Die Ansteuerung des Umsteuerventils 21 erfolgt einmal
hydraulisch über die Leitungen 19 und 20 mit Hilfe der
vor den beiden Endlagen des Kolbens 63 am Antriebszy
linder 14 angeordneten Schaltventile 15 und 16. Er
reicht der Kolben 63 seine Schaltpositionen, so schal
tet die Druckdifferenz zwischen den Leitungen 17 und 18
das Ventil 15 bzw. 16 um, wobei abwechselnd die Steuer
leitung 19 oder 20 druckführend bzw. drucklos wird.
Das Umsteuerventil 21 wird über die Steuerleitungen 19
und 20 betätigt und rastet in der jeweiligen Endlage
ein. Bei der Umsteuerung des Ventils 21 erfolgt eine
Steuerdruckumkehr in den Leitungen 11 und 12 sowie
parallel dazu in den Leitungen 37 und 38, welchletztere
über das Wegeventil 39 den Umschaltzylinder 42 beauf
schlagen und damit über die Hydropumpe 43 und den
Druckspeicher 44 die Rohrweiche 50 der Dickstoffpumpe
umschalten.
Wird die Dickstoffpumpe nur mit sehr geringen Drücken
gefahren, muß zur hydraulischen Schaltung der Ventile
15 und 16 die Druckdiffernz zu deren Durchschaltung
erst aufgebaut werden. Im Leerlauffall erfolgt dies
erst in der Endlage der Kolben 63. Wenn die Maschine
gleichzeitig schnell läuft, kommt es zu unerwünschten
harten Schlägen des Kolbens gegen den Zylinderboden
bzw. den Zylinderdeckel. Neben den mechanischen Bean
spruchungen ergeben sich hierbei hohe Hydraulikdruck
spitzen, eine zusätzliche Ölerwärmung und eine uner
wünschte Förderunterbrechung im Dickstoff. Ist hingegen
ein gewisses Druckniveau und damit eine ausreichend
große Druckdifferenz zwischen den Leitungen 17 und 18
vorhanden, so läuft der Umsteuerimpuls über die Leitun
gen 19 und 20 schnell genug durch, ohne daß die Kolben
63 mechanisch gegen die Zylinder 13 und 14 anschlagen.
Zur Vermeidung des Endanschlags bei niedrigen Drücken,
insbesondere im Leerlauffall, ist parallel zur hydrau
lischen Betätigung des Umsteuerventils 21 eine elektri
sche Ansteuerung vorgesehen, die über die elektrischen
Näherungsschalter 24 und 25 im Bereich des Wasserka
stens 64 erfolgt. Die Näherungsschalter 24 und 25
werden über Schaltköpfe 22 und 23 ausgelöst, die an
den Kolbenstangen 62 in der Nähe des Förderkolbens 61
angeordnet sind. Die Schalter 24 und 25 sind relativ
zur Endlage der Schaltköpfe 22 und 23 verschiebbar, so
daß der Zeitpunkt des auslösenden Elektroimpulses in
gewissen Grenzen vorgewählt werden kann. Die Impulse
der Schalter 24 und 25 werden zweckmäßig über ein nicht
dargestelltes Schrittrelais an die elektrischen Betäti
gungseingänge des Umsteuerventils 21 geleitet. Gleich
zeitig wird über einen Druckschalter 27 und über das
Doppelrückschlagventil 26 ständig der Hochdruck in der
jeweiligen druckführenden Leitung 7 und 8 überwacht.
Der Druckschalter 27 wird dabei so justiert, daß bei
Unterschreitung eines vorgegebenen Mindestdrucks die
Umsteuerung des Umsteuerventils 21 ausschließlich
elektrisch über die Schalter 24 und 25 erfolgt. Zusätz
lich oder alternativ hierzu ist es möglich, am Druck
schalter 27 auch einen Solldruckwert einzustellen,
über welchen das elektrische Signal bei der Betätigung
des Umsteuerventils 21 nicht mehr beachtet wird. Die
Umsteuerung erfolgt dann ausschließlich über die Hy
draulikimpulse aus den Schaltventilen 15 und 16. Das
parallel zum Druckschalter 27 angesteuerte Sicherheits
ventil 36 wird durch den Hochdruck vorgesteuert und
ergibt eine Druckabschneidung im Hochdrucksystem. Nach
Erreichen des dort eingestellten Druckwerts schaltet
die Pumpe 2 auf Kompensationsschaltung, d.h. der
Schwenkwinkel wird verkleinert, da der Steuerdruck
abfällt.
Zusätzlich lösen die Schalter 24 und 25 ein Durchschal
ten des Bypass-Ventils 31 aus. Wie oben bereits ausge
führt wurde, dient das Bypass-Ventil 31 einer Steuer
druck- und Volumenstromerhöhung im Augenblick der
Umsteuerung. Ausgelöst wird die Umsteuerung, wenn einer
der beiden Näherungsschalter 24 oder 25 durch den
zugehörigen Schaltkopf 22 bzw. 23 aktiviert wird. In
diesem Augenblick wird das Ventil 31 elektrisch durch
geschaltet, so daß über eine einstellbare Drossel 33
der volle Druck der Speisepumpe 6 hinter das Proportio
nalventil 29 gelangt. Unabhängig von dem elektrisch
vorgewählten Steuerdruck am Ventil 29 wird hierbei der
Vorsteuerdruck hinter dem Ventil 21 erhöht. Damit steht
genügend Öl für die Vorsteuerung des Umsteuerventils 39
zur Durchschaltung des mit der Rohrweiche 50 verbun
denen Hydrozylinders 42 zur Verfügung. Zusätzlich wird
der erhöhte Druck auf das hydraulische Proportionalven
til 10 an der Schrägscheiben-Axialkolbenpumpe 2 aufge
schaltet. Durch diesen höheren Druck erfolgt die Durch
schwenkung der Schwenkscheibe 3 mit größtmöglicher
Geschwindigkeit. Das Ventil 31 fällt ab auf Normalstel
lung, wenn von den Elektroschaltern 24 bzw. 25 kein
Signal mehr ansteht.
Die beiden 4/2-Ventile 34 und 35 sind notwendig, wenn
die Dickstoffpumpe auf Rückförderung, d.h. Saugen aus
der Förderleitung 51 geschaltet wird. In diesem Fall
muß aus Gründen der Steuerlogik einerseits das hydrau
lische Signal von den beiden Schaltventilen 15 und 16
und andererseits das an das hydraulische Proportional
ventil 10 geleitete Signal umgedreht werden.
Claims (10)
1. Steuerungsanordnung für eine Zweizylinder-Dick
stoffpumpe mit zwei durch hydraulische Antriebszy
linder mittels mindestens einer Hydropumpe im
Gegentakt betätigbaren, in einen Materialaufgabe
behälter mündenden Förderzylindern, deren Förder
kolben über je eine gemeinsame Kolbenstange mit
dem Kolben des zugehörigen Antriebszylinders
verbunden sind und deren behälterseitige Öffnungen
während des Druckhubs mittels einer durch minde
stens einen Hydrozylinder verschwenkbaren Rohrwei
che mit einer Förderleitung verbindbar und während
des Saughubs zum Behälterinneren hin offen sind
und mit einem bei Erreichen der Endstellungen der
Kolben in den Förderzylindern und/oder in den
Antriebszylindern betätigbaren Umsteuerventil zur
gemeinsamen Umsteuerung der Förderrichtung der
Hydraulikzufuhr zu den Antriebszylindern und dem
die Rohrweiche betätigenden Hydrozylinder, wobei
die Antriebszylinder an ihrem einen Ende abwech
selnd mit Hoch- und Niederdruck beaufschlagt und
an ihrem anderen Ende hydraulisch miteinander
verbunden sind und wobei an den beiden Enden eines
der beiden Antriebszylinder je eine den Antriebs
kolben in seinen Endstellungen überbrückende, ein
Rückschlagventil enthaltende Druckausgleichslei
tung als Hubkorrektur angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß am anderen Antriebszylinder
(14) mindestens im Abstand der Antriebskolbenlänge
von dessen beiden Enden je ein Druckschaltventil
(15, 16) zur Betätigung des Umsteuerventils (21)
angeschlossen ist und daß am stangenseitigen Ende
der Förderzylinder (60) eine auf stangenfeste
Auslöseorgane (22, 23) ansprechende elektrische
Schaltanordnung (24, 25) zur Betätigung des Um
steuerventils (21) in Parallelschaltung zu den
Druckschaltventilen (15, 16) angeordnet ist.
2. Steuerungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Umsteuerventil (21) in
seinen beiden Endstellungen einrastbar ist.
3. Steuerungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die elektrische Schalt
anordnung eine vorzugsweise als Schrittrelais
ausgebildete, abwechselnd auf die eine und die
andere Betätigungsseite des Umsteuerventils (21)
einwirkende Folgesteuerung aufweist.
4. Steuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische
Schaltanordnung zwei auf je eines der stangenfe
sten Auslöseorgane (22, 23) ansprechende Nähe
rungsschalter (24, 25) aufweist.
5. Steuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuer
ventil (21) eingangsseitig über ein Servoventil
(29) mit einem einstellbaren Steuerdruck beauf
schlagbar ist und daß parallel zu dem Servoventil
(29) ein durch die elektrische Schaltanordnung
(24, 25) betätigbares Bypass-Ventil (31) angeord
net ist.
6. Steuerungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Bypass-Leitung ein
Drosselventil (33) zur Volumenstrombegrenzung
angeordnet ist und daß der gemeinsame Steuerdruck
ausgang des Bypass-Ventils (31) und des Umsteuer
ventils (21) mit einem Druckbegrenzungsventil
(36) verbunden ist.
7. Steuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 6, gekennzeichnet durch einen Druckschalter
(27) zur Sperrung der zum Umsteuerventil (21)
geleiteten hydraulischen Signale bei Unterschrei
ten eines Drucksollwerts in den Antriebszylindern
(13, 14) .
8. Steuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 7, gekennzeichnet durch einen Druckschalter
(27) zur Sperrung der zum Umsteuerventil (21)
geleiteten elektrischen Signale bei Überschreiten
eines Drucksollwerts in den Antriebszylindern
(13, 14).
9. Steuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpe
als Reversier-Hydropumpe (2), vorzugsweise als
Schrägscheiben-Axialkolbenpumpe, ausgebildet ist.
10. Steuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gemein
sam durch das Umsteuerventil (21) ansteuerbare,
hydraulisch parallelgeschaltete Reversier-Hydro
pumpen (2) vorgesehen sind.
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