DE4015308A1 - Hydraulischer oszillatorantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Oszillatorantrieb mit einem Hydraulikzylinder, der durch einen doppelseitig beaufschlagten Kolben in zwei Zvlinderkammern unterteilt wird, wobei jede Zylinderkammer mit mindestens einem Steuerventil verbunden ist, und mit mindestens einer Hydraulikpumpe.

Derartige hydraulische Oszillatorantriebe werden für hydraulische Prüfmaschinen verwendet. Durch wechselseitige Beaufschlagung des Kolbens in dem Hvdraulikzylinder wird die für den Prüfvorgang benötigte dvnamische Wechsellast erzeugt.

Bei diesen bekannten hydraulischen Oszillatorantrieben mit servohydraulischen Regeleinrichtungen werden die beiden Zylinderkammern mit Hydraulikflüssigkeit versorgt, deren Druck durch Drosseln des von der Hydraulikpumpe mit sehr hohem Druck gelieferten Volumenstroms von Hydraulikflüssigkeit erfolgt. Die Regelung erfolgt somit durch Dissipation, wobei aus dem hochenergetisch vorgespannten Hydrauliksystem die überschüssige Leistung durch Abdrosseln jeweils in Wärme übergeführt wird. Die Wirkungsgrade dieser bekannten hydraulischen Oszillatorantriebe sind daher verhältnismäßig gering.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Oszillatorantrieb der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der mit wesentlich geringeren Energieverlusten und somit wesentlich höherem Wirkungsgrad arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei mit einem gemeinsamen Pumpenantrieb verbundene Hydraulikpumpen jeweils an eine der Zylinderkammern unmittelbar hydraulisch angeschlossen sind und daß am Auslaß jeder der beiden Zylinderkammern jeweils ein durch eine Steuereinrichtung gesondert ansteuerbares Steuerventil angeordnet ist.

Der erfindungsglemäße hydraulische Oszillatorantrieb arbeitet insbesondere auch bei der Erzeugung hochfrequenter Schwingungen mit geringen Energieverlusten und hat somit einen hohen Wirkungsgrad. Zwischen jeder Hydraulikpumpe und der zugeordneten Zylinderkammer erfolgt keine wesentliche Drosselung, so daß die beim Stand der Technik erheblichen Drosselverluste im Zulauf zu den Zvlinderkammern, wo der Hydraulikstrom einen hohen Energieinhalt hat, vermieden werden. Die Hydraulikpumpen erzeugen jeweils nur denjenigen Druck, der für den augenblicklichen Betriebszustand in der jeweils angeschlossenen Zylinderkammer benötigt wird. Eine mit Strömungsverlusten verbundene Drosselung erfolgt nur im Abfluß aus den Zylinderkammern, wo der Energieinhalt der strömenden Hydraulikflüssigkeit wesentlich geringer ist.

Die auftretenden Energieverluste werden insbesondere auch dadurch gering gehalten, daß die Drosselwirkung am Auslaß aus den Zylinderkammern jeweils nur so eingestellt werden muß, wie dies zur Erzielung des jeweils erforderlichen hydraulischen Drucks in dieser Zylinderkammer erforderlich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Auslaß jedes einer Zylinderkammer zugeordneten Steuerventils mit dem Einlaß der der jeweils anderen Zylinderkammer zugeordneten Hydraulikpumpe verbunden ist. Der aus dem Steuerventil austretende Flüssigkeitsstrom wird hierbei ohne wesentliche Verluste der jeweils anderen Hydraulikpumpe zugeführt. Bei dem Betriebszustand, in dem kein oder nur ein geringer Druck in der jeweils zugeordneten Zylinderkammer erforderlich ist, fließt der Flüssigkeitsstrom weitestgehend ungedrosselt und daher verlustarm aus der Zylinderkammer zum Zufluß der jeweils anderen Hydraulikpumpe.

Der durch die Notwendigkeit von zwei Hydraulikpumpen verursachte Mehraufwand wird dadurch weitgehend wieder ausgeglichen, daß die beiden Hydraulikpumpen von einem gemeinsamen Pumpenantrieb versorgt werden und beispielsweise auf einer gemeinsamen, mit dem Pumpenantrieb verbundenen Welle angeordnet sind.

Bei der Rückführung der Hvdraulikflüssigkeit aus dem Auslaß des einen Steuerventils zum Einlaß der der jeweils anderen Zylinderkammer zugeordneten Hydraulikpumpe wird ein besonderer energetischer Vorteil erreicht, weil mit der rückströmenden Hydraulikflüssigkeit auch die darin hydraulisch vorgespannte Energie ausgenutzt wird.

Hierfür ist es aber erforderlich, das System weitgehend abgedichtet zu betreiben. Stattdessen kann gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch vorgesehen werden, daß die Auslässe der beiden Steuerventile in einen gemeinsamen Hvdraulikbehälter münden, an den die Einlässe der beiden Hydraulikpumpen angeschlossen sind. Hierbei kann auf eine vollständige Abdichtung des Systems verzichtet werden, so daß der Kolben und der Hydraulikzylinder dann auch mit Spaltdichtungen ausgeführt werden können; hierbei ist es auch möglich, eine hydrostatische Lagerung des Kolbens im Hydraulikzylinder vorzusehen, wobei die auftretende Leckflüssigkeit in den Hydraulikbehälter geführt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer ersten Ausführungsform eines hydraulischen Oszillatorantriebs gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild einer zweiten Ausführungsform eines hydraulischen Oszillatorantriebs nach der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte hydraulische Oszillatorantrieb weist einen Hydraulikzylinder 1 auf, in dem ein doppelseitig beaufschlagter Kolben 2 hin- und herbeweglich geführt ist, dessen Kolbenstange 3 aus dem Hydraulikzylinder 1 abgedichtet herausgeführt ist. Der Kolben 2 unterteilt den Zylinderraum des Hydraulikzylinders 1 in zwei Zylinderkammern 4 und 4′. Am Einlaß 5 bzw. 5′ jeder Zylinderkammer 4 bzw. 4′ sind steuerbare Hydraulikpumpen 6 bzw. 6′ angeschlossen, die als Volumenregelpumpen ausgeführt sind.

Die beiden Hydraulikpumpen 6, 6′ sind auf einer gemeinsamen Antriebswelle 7 angebracht, die eine umlaufende Schwungmasse 8 trägt und von einem Motor 9 angetrieben wird, der den Pumpenantrieb bildet.

Am Auslaß 10 bzw. 10′ jeder der beiden Zylinderkammern 4, 4′ ist ein Steuerventil 11 bzw. 11′ angeordnet. Diese beiden Steuerventile 11, 11′ sind durch eine gemeinsame Steuereinrichtung 12 gesondert ansteuerbar. Der Auslaß 13 des der einen Zylinderkammer 4 zugeordneten Steuerventils 11 ist über eine Hydraulikleistung 14 mit dem saugseitigen Einlaß der Hydraulikpumpe 6′ verbunden, die an die andere Zylinderkammer 4′ angeschlossen ist. Entsprechend ist der Auslaß 13′ des der Zylinderkammer 4′ zugeordneten Steuerventils 11′ über eine Hydraulikleitung 14′ mit dem saugseitigen Einlaß der anderen, der Zylinderkammer 4 zugeordneten Hydraulikpumpe 6 verbunden. In den beiden Hydraulikleitungen 14, 14′ ist jeweils ein Kühler 15 bzw. 15′ angeordnet, durch den die rückgeführte Hydraulikflüssigkeit gekühlt wird.

Die Steuerventile 11 und 11′ sind so ausgeführt, daß die aus den Zylinderkammern 4, 4′ abgeführte Hydraulikflüssigkeit ohne nennenswerte Verluste wieder den Sauganschlüssen der Pumpen 6′ bzw. 6 zugeführt werden.

Wenn die Ventilöffnung der Steuerventile 11 bzw. 11′ durch die Steuereinrichtung 12 so eingestellt wird, daß die jeweiligen Flüssigkeitsströme technisch ungedrosselt und somit verlustarm abfließen können, dann baut sich in den Zylinderkammern 4, 4′ kein Druck auf. Durch wahlweises Ansteuern der Steuerventile 11 bzw. 11′ werden die Ventilöffnungsquerschnitte so eingestellt, daß sich die Drücke in den Zylinderkammern 4, 4′ gemäß den jeweils vorgegebenen Sollwerten aufbauen. Durch entsprechende Regelrückführung kann jeder beliebige Druck eingestellt werden.

Die auf der Welle 7 sitzende Schwungmasse 8 dient dazu, auf die Hydraulikpumpen 6, 6′ und den Motor 9 wirkende Spitzenbelastungen abzufangen, wenn insbesondere bei hochfrequentem Oszillatorbetrieb der Durchfluß durch die Steuerventile 11, 11′ schlagartig behindert bzw. unterbrochen wird.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel können die Steuerventile 11, 11′ als Ventilantriebe jeweils schnellschaltende Piezotranslatoren aufweisen. Stattdessen können aber auch andere Bauarten von schnellschaltenden Steuerventilen verwendet werden, beispielsweise schnellschaltende Kugelsitzventile, die als Digitalventile ausgeführt sind. Durch die Verwendung von Piezotranslatoren lassen sich sehr hohe Schaltfrequenzen erreichen.

Beim Beispiel nach Fig. 1 sind die Hydraulikpumpen 6 und 6′ Regelpumpen, die durch die Steuereinrichtung 12 angesteuert werden, wie durch eine gestrichelt dargestellte Steuerleitung 16 angedeutet ist. In diesem Fall kann der Motor 9 als Konstantantrieb ausgeführt sein.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die Auslässe 13 und 13′ der beiden Steuerventile 11 und 11′ über die Hydraulikleitungen 14 und 14′ in einen gemeinsamen Hydraulikbehälter 17 münden, an den die Einlässe der beiden Hydraulikpumpen 18 und 18′ angeschlossen sind. Die beiden Hydraulikpumpen 18 und 18′ sind hierbei nicht als Regelpumpen, sondern nur als Konstantpumpen ausgeführt. Sie sind aber in gleicher Weise wie die Hydraulikpumpen 6 und 6′ beim Beispiel nach Fig. 1 an die Einlässe 5 und 5′ der Zylinderkammern 4 und 4′ angeschlossen und werden über eine gemeinsame Welle 7 von einem Motor 19 angetrieben. In diesem Fall ist der Motor 19 drehzahlregelbar und wird ebenfalls von der Steuereinrichtung 12 über eine Steuerleitung 20′ gesteuert. Der Motor 19 ist beispielsweise ein Elektromotor mit Thyristorsteuerung.

Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch die geschlossene Rückführung der Flüssigkeitsströme von den Steuerventilen 11, 11′ zu den Hydraulikpumpen 6′, 6 die hydraulisch vorgespannte Energie ausgenutzt und somit ein besonders guter Wirkungsgrad erzielt wird, wird bei der Ausführung nach Fig. 2 auf diese Ausnutzung der hydraulisch vorgespannten Energie verzichtet. Im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 1 ist aber bei der Ausführung nach Fig. 2 auch keine vollständige Abdichtung des Systems erforderlich. Die Abdichtung der Kolbenstange 3 am Hydraulikzylinder 1 kann hierbei beispielsweise mit Spaltdichtungen und/oder mit einer hydrostatischen Lagerung erfolgen.

Zur Vereinfachung der Ansteuerung der Steuerventile 11, 11′ kann bei den beiden Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 vorgesehen sein, daß die beiden Steuerventile 11 und 11′ zu gegenläufiger Ansteuerung miteinander gekoppelt sind. Dadurch ist jeweils nur ein einziger Steuerbefehl erforderlich, um die beiden Steuerventile 11 und 11′ in der für die Bewegung des Kolbens 2 erforderlichen Weise gegenläufig zu betätigen.

Claims (10)

1. Hydraulischer Oszillatorantrieb mit einem Hydraulikzylinder, der durch einen doppelseitig beaufschlagten Kolben in zwei Zylinderkammern unterteilt wird, wobei jede Zylinderkammer mit mindestens einem Steuerventil verbunden ist, und mit mindestens einer Hydraulikpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit einem gemeinsamen Pumpenantrieb (7, 9 bzw. 19) verbundene Hydraulikpumpen (6, 6′ bzw. 18, 18′) jeweils an eine der Zylinderkammen (4 bzw. 4′) unmittelbar hydraulisch angeschlossen sind und daß am Auslaß jeder der beiden Zylinderkammern (4, 4′) jeweils ein durch eine Steuereinrichtung (12) gesondert ansteuerbares Steuerventil (11, 11′) angeordnet ist.

2. Oszillatorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (13 bzw. 13′) jedes einer Zylinderkammer (4, 4′) zugeordneten Steuerventils (11, 11′) mit dem Einlaß der der jeweils anderen Zylinderkammer (4′ bzw. 4) zugeordneten Hydraulikpumpe (6′ bzw. 6) verbunden ist.

3. Oszillatorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe (13, 13′) der beiden Steuerventile (11, 11′) in einen gemeinsamen Hydraulikbehälter (17) münden, an den die Einlässe der beiden Hydraulikpumpen (18, 18′) angeschlossen sind.

4. Oszillatorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hydraulikpumpen (6, 6′) Regelpumpen mit veränderbarem Fördervolumen sind.

5. Oszillatorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Pumpenantrieb (19) der beiden Hydraulikpumpen (18, 18′) drehzahlregelbar ist.

6. Oszillatorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Pumpenantrieb (7, 9 bzw. 19) eine mitlaufende Schwungmasse (8) angeordnet ist.

7. Oszillatorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (11, 11′) als Ventilantriebe jeweils schnellschaltende Piezotranslatoren aufweisen.

8. Oszillatorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (11, 11′) als Digitalventile mit Kugelsitz ausgeführt sind.

9. Oszillatorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rücklauf (14 bzw. 14′) der beiden Steuerventile (11 bzw. 11′) jeweils ein Kühler (15 bzw. 15′) für die Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist.

10. Oszillatorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerventile (11, 11,) zu gegenläufiger Ansteuerung gekoppelt sind.