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Steuerung für hydraulische Anlagen mit einem Steuerkolben zum Aus-
und Einschalten der Pumpenförderung Die Erfindung betrifft eine Steuerung für hydraulische
Anlagen, und zwar eine Steuerung mit einem federbelasteten, ein Umlauf- oder Verteilungsventil
beeinflussenden Steuerkolben zum Aus- und Einschalten der Pumpenförderung bei Überschreiten
des Höchstdruckes bzw. Unterschreiten des Mindestdruckes.
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Je größer der zu steuernde Höchstdruck ist, um so größer muß selbstverständlich
auch die Federbelastung des Steuerkolbens sein. In diesem Sinne ist es bekannt,
die Spannung der den Steuerkolben belastenden Feder durch Verstellen ihres Federtellers
von Hand zu regeln.
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Die Erfindung geht darauf aus, derartige Steuerungen so zu verbessern,
daß sie den jeweils vorgeschriebenen, durch die Größe der Federbelastung des Steuerkolbens
bestimmten Höchstdruck in einer hydraulischen Anlage möglichst gleichmäßig einzuhalten
vermögen. Es kommt also darauf an, den Druckunterschied zwischen Ausschaltung der
Pumpenförderung bei Überschreiten des Höchstdruckes und Einschaltung bei Unterschreiten
des Mindestdruckes möglichst gering zu Balten. In diesem Zusa.mnienhange ist es
sehr wesentlich, daß der Steuerkolben gegen den zu steuernden Betriebsdruck abgedichtet
werden muß und dadurch gewisse Dichtungsreibungen sich ergeben, die immer erst zu
überwinden sind, bevor eine Bewegung des Steuerkolbens einsetzen kann. In bezug
auf das Einsetzen der Steuerkolbenbewegungen verursacht die Dichtungsreibung also
eine gewisse Trägheit, und diese Trägheit leichter überwinden zu helfen ist Zweck
der vorliegenden Erfindung, so daß der Steuerkolben nicht nur beim geringsten Überschreiten
des Höchstdruckes, sondern umgekehrt auch bei geringstem Unterschreiten des Mindestdruckes
sofort anzusprechen vermag.
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Erfindungsgemäß ist neben der Federbelastung des Steuerkolbens noch
eine Hilfsvorrichtung zu dessen zusätzlicher Belastung vorgesehen, die in Abhängigkeit
von der bei Überschreiten des Höchstdruckes erfolgenden Ausschaltung der Pumpenförderung
selbsttätig zur Wirkung kommt und auch selbsttätig durch einen der vom Steuerkolben
bewegten Teile bei Wiedereinschaltung der Pumpenförderung außer Wirkung gesetzt
wird. Dadurch wird erreicht, daß die Steuerkolbenfeder bei Überschreiten des Höchstdruckes
und Ausschaltung der Pumpenförderung noch zusätzlich gespannt wird und die so erhöhte
Federspannung auf den auswärts verdrängten Steuerkolben in solch einem Sinne sich
auswirken muß, daß letzterer seine Einwärtsbewegung trotz hoher Dichtungsreibung
schon bei ganz geringem Druckabfall antreten wird, um die Pumpenförderung wieder
einzuschalten.
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Die Hilfsvorrichtung selbst besteht in der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung aus einem oder aus mehreren livdraulisclien
Hilfskolben;
doch könnte sie gegebenenfalls auch durch andere geeignete Mittel dargestellt sein,
so beispielsweise durch elektromotorisch drehbare Gewindespindeln, deren Antrieb
in, Abhängigkeit von den Steuerkolbenbewegun-' gen selbsttätig ein- und ausschaltbar
ist. Fürs den Fall der Verwendung hydraulischer Hilfskolben empfiehlt es sich, deren
Anordnung so zu treffen, daß sie bei Pumpenförderung auf beiden Seiten gleichmäßig
von der Druckflüssigkeit belastet sind, jedoch im Augenblick der bei Überschreitung
des Hilfsdruckes erfolgenden Umsteuerung der Anlage einseitig entlastet werden und
alsdann eine zusätzliche Belastung bzw. Spannung der Steuerkolbenfeder herbeiführen.
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Zur weiteren Beschreibung der Erfindung sei nunmehr auf die beiliegenden
Zeichnungen Bezug genommen.
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Es stellen dar: Fig. i ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß
verbesserten Steuerung im Schnitt, Fig. 2 ein Schema einer Gesamtanlage, Fig. 3
ein Ausführungsbeispiel für den besonderen Fall, daß die Hilfsvorrichtung zur zusätzlichen
Belastung der Steuerkolbenfeder aus elektromotorisch drehbaren Gewindespindeln besteht.
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In der vorliegenden Darstellung ist ein in einem Gehäuse i sitzender
Steuerkolben 2 gegen ein Querhaupt 3 wirksam, das durch Stangen ,4 mit einem auf
einer Führung sitzenden Federteller 6 der Steuerkolbenfeder 7 verbunden ist. Ein
zweiter Federteller 8, der ebenfalls auf der Führung 5 angeordnet ist und für gewöhnlich
eine in Fig. i strichpunktiert dargestellte Stellung einnimmt - in welcher er an
einem einstellbaren, hier beispielsweise aus zwei Stellschrauben bestehenden Widerlager
anliegt -, bestimmt in dieser Stellung -und im Verein mit der jeweiligen Einstellung
des anderen Federtellers (Einstellung auf den Stangen die irgendeinem gewünschten
Höchstdruck entsprechende normale Federbelastung des Steuerkolbens.
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Die Hilfsvorrichtung zur zusätzlichen Belastung des Steuerkolbens
besteht in der Ausführung gemäß Fig. i und 2 aus doppelseitig beaufschlagten hydraulischen
Hilfskolben 12, die bei einseitiger Entlastung eine Verschiebung im Sinne einer
Vergrößerung der Spannung der Feder 7 antreten, wobei die Kolbenstangen i i den
Federteller 8 nach unten drücken. Ein den Bewegungen des Steuerkolbens folgender
Teil der Steuerung, z. B. das Querhaupt 3, beeinflußt mittels eines Hebels 13 die
beiden Ventile 14, 15 der Vorsteuerung eines Umlauf- oder Verteilungsventiles 16
und mittels eines Hebels 17 gegebenenfalls auch die Ventile 18, i9 der Vorsteuerung
eines zwischen dem Akkumulator und den Arbeitsmaschinen liegenden Sicherheitsabschlußventiles
2o.
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Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, fördert die Pumpe P die Druckflüssigkeit
in der Richtung des Pfeiles a durch das Umlaufventil 16 und dann weiter durch das
Sicherheitsabschlußventil 2o des Druckluftakkumulators A zu einer oder zu mehreren
Arbeitsmaschinen M, im vorliegenden Falle z. B. zu einer hydraulischen Presse.
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Bei offenem Sicherheitsabschlußventil 2o (Fig. i) kann der Pressenzylinder
sowohl von der Pumpe als auch von dem Akkumulator A gespeist werden; dahingegen
bei geschlossenem Sicherheitsabschlußventil allein nur von der Pumpe aus.
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Angenommen, die Pumpe P fördert zum Akkumulator A bzw. unmittelbar
zu der oder den Maschinen M, so ist die Stellung des Steuerkolbens 2 so, daß das
Ventil 14. offen, das Ventil 15 jedoch geschlossen steht. Der Betriebsdruck wird
alsdann durch die Leitung 21, das Ventil 14. und die Leitung 22 auf den Kolben 16'
des Umlaufventiles 16 übertragen und dieses geschlossen halten. Weiterhin wird der
Betriebsdruck aus der Leitung 21 in den Raum unterhalb des Steuerkolbens a sowie
in die Räume oberhalb der Hilfskolben 12 und von der Leitung 22 aus in die Räume
unterhalb der Hilfskolben 12 übertragen. Die Hilfskolben 12 sind also auf beiden
Seiten von dem gleichem Flüssigkeitsdruck beaufschlagt, somit im Gleichgewichtszustande
und axial leicht hin und her verschiebbar. Also wird die Druckfeder 7 die Hilfskolben
1a so weit hoch halten, wie es das Widerlager (Stellschrauben 9 o. dgl.) zuläßt.
Siehe hierzu die punktiert eingezeichnete Stellung des Federtellers 8 und der Hilfskolben
12 in Fig. i.
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Mit steigendem Betriebsdruck bewegt sich der Steuerkolben 2 unter
Anspannung der Feder 7 weiter aus dem Gehäuse i heraus, und zwar so lange, bis das
Querhaupt 3 die Vorsteuerung 1.4, 15 des Umlaufventiles 16 durch Vermittlung des
Hebels 13 betätigt, d. h. das Ventil 14 geschlossen und das Ventil 15 geöffnet hat
(siehe die mit vollen Linien eingezeichnete Stellung der Ventile 14, 15). In diesem
Augenblick wird die Leitung 22 durch das Vorsteuerungsventil 15 mit der drucklosen
Rücklaufleitung 23 verbunden. Dadurch wird der Kolben oder Ventilkegel 16' im Umlaufventil
16 entlastet und durch den Pumpendruck von seinem Sitz abgehoben, so daß die Förderung
der Pumpe zum Akkumulator bzw. zu der oder den Arbeitsmaschinen M aussetzt. Wenn
nun die Leitung 22 drucklos geworden ist, wird auch unter
rung unter
dem Steuerkolben 2 genügen. wird, um letzteren wieder hochzudrücken.
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In diesem Zusammenhange mag sich vielleicht die Frage ergeben, wie
es möglich ist, daß die zusätzlich gespannte Feder sich im Augenblicke der Wiederumsteuerung
auf Pumpenförderung entspannen und den Federteller 8 hochdrücken kann. Hierzu sei
bemerkt, daß es beispielsweise möglich wäre, die Spindeln i i dermaßen steilgängig
zu gestalten, daß sie nicht selbsthemmend wirken und sich mitsamt den Ankerwellen
der stromlos gewordenen Elektromotoren von dem hochdrückenden Federteller zurückdrehen
lassen, sobald eine Wiederumschaltung auf Pumpenförderung erfolgt ist.
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Beide Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen erkennen, daß die
Druckunterschiede zwischen dem Aussetzen und Wiedereinsetzen der Pumpenförderung
in ganz geringen Grenzen gehalten werden können. Je größer die der Feder 7 erteilte
zusätzliche Spannung bemessen ist, um so eher wird der Steuerkolben 2 seine Manschetten-
oder Dichtungsreibung überwinden und sich wieder einwärts bewegen können, wenn der
Flüssigkeitsdruck unter dem Kolben nachläßt bzw. abfällt.
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Man hat es natürlich ohne weiteres in der Hand, die Anfangsspannung
der Feder 7 entsprechend den jeweiligen Erfordernissen zu verändern, indem man den
Federteller 6 auf den Stangen ,4 bzw. auf der Führung 5 höher oder tiefer stellt.
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In ihrer baulichen Gestaltung ist die Erfindung auf Einzelheiten der
hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele selbstverständlich nicht
beschränkt. Wesentlich ist vor allem, daß die Feder 7 beim Erreichen der oberen
Regelgrenze des Betriebsdruckes zusätzlich gespannt und beim Erreichen der unteren
Regelgrenze des Betriebsdruckes zusätzlich entspannt wird, so daß das Überwiegen
der die Umkehr des Steuerkolbens in den Endstellungen bewirkenden Kräfte beschleunigt
und damit der Einfluß der Dichtungsreibung des Steuerkolbens ausgeschaltet bzw.
verringert wird. PATENTANSPRÜCHE: i. Steuerung für hydraulische Anlagen mit einem
federbelasteten und ein Umlauf-oder Verteilungsventil beeinflussenden Steuerkolben
zum Aus- und Einschalten der Pumpenförderung beim Überschreiten des Höchstdruckes
bzw. auch beim Unterschreiten des Mindestdruckes, dadurch gekennzeichnet, daß neben
der Federbelastung des Steuerkolbens (2) noch eine Hilfsvorrichtung zu dessen zusätzlicher
Belastung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der beim Überschreiten des Höchstdruckes
erfolgenden Ausschaltung der Pumpenförderung selbsttätig zur Wirkung kommt und auch
selbsttätig durch einen der vom Steuerkolben bewegten Teile bei Wiedereinschaltung
der Pumpenförderung wieder außer Wirkung gesetzt wird.
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2. Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung
aus einem oder mehreren Hilfskolben (i2) besteht, die bei Pumpenförderung auf beiden
Seiten gleichmäßig vom Druckwasser belastet sind,- jedoch im Augenblick der beim
Überschreiten des Höchstdruckes erfolgenden Umsteuerung der Anlage je auf einer
ihrer beiden Seiten entlastet werden und dabei mittels Übertragungsgliedern (Stößel
i i) eine Verschiebung eines Federtellers (8) im Sinne einer zusätzlichen Belastung
bzw. Spannung der Feder des Steuerkolbens herbeiführen.
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3. Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung
aus elektromotorisch drehbaren Gewindespindeln besteht, deren Antrieb in Abhängigkeit
von der Steuerkolbenbewegung selbsttätig ein- und ausschaltbar ist.
den
Hilfskolben 12 ein Drück nicht mehr vorhanden sein. Über den Hilfskolben 12 und
unter dem Steuerkolben 2 wird dahingegen der Betriebsdruck nach wie vor von der
Leitung 21 her wirksam sein. Somit folgt, däß die Hilfskolben 12 jetzt nach unten
drücken, d. h. den Federteller 8 abwärts bewegen und der Feder 7 eine zusätzliche
Spannung erteilen. Die Gesamtspannung der Feder 7 ist jetzt genügend groß, um den
Steuerlcolb°n trotz hoher Dichtungsreibung sofort wieder einwärts bzw. abwärts bewegen
zu können, sobald der Druck unter dem Steuerkolben nachläßt. Die Wiedereinwärts-
bzw. Abwärtsbewegung des Steuerkolbens ist jetzt schon möglich, ohne daß es, - wie
früher, erst eines der Dichtungsreibung entsprechenden Druckabfalles unter dem Steuerkolben
bedarf. Das Maß der zusätzlichen Steigerung der Federspannung kann durch Verstellen
der Anschläge g geregelt werden. Ist der Steuerkolben 2 wieder so weit in das Gehäuse
i. zurückgegangen, daß das Vorsteuerungsventil 14 wieder offen und das Vorsteuerungsventil
15 wieder geschlossen steht, also die Pumpenförderung zu dem Akkumulator bzw. zu
der oder den Arbeitsmaschinen wieder einsetzen muß; so wird auch die Unterseite
der Hilfskolben 12 von der nunmehr wieder unter Druck stehenden Leitung 22 her von
dem Betriebsdruck beaufschlagt. Die Druckfeder 7 hat dann wieder die Möglichkeit,
die entlasteten Hilfskolben 12 so weit zurückzudrängen, bis der Federteller 8 gegen
die festen Anschläge 9 stößt. Dabei wird die Feder 7 sich so weit entspannen bzw.
den Steuerkolben 2 dermaßen entlasten, daß schon ein ganz geringes Wiederanwachsen
des Betriebsdruckes genügt, um die Dichtungsreibung des Steuerkolbens zu überwinden
und dessen Steuerbewegung in Richtung auswärts wieder einsetzen zu lassen.
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Mit Hilfe der Schrauben 9 kann man den Hub der Hilfskolben 12 und
demgemäß auch das Maß der zusätzlichen Spannung der Steuerkolbenfeder 7 in weiten
Grenzen verändern. Man hat dadurch die Möglichkeit, den vom Zeitpunkte des Aussetzens
bis zum Wiedereinsetzen der Pumpenförderung sich ergebenden Druckabfall des Akkumulators,
bzw. die Flüssigkeitsentnahme aus dem letzteren, innerhalb der durch die Dichtungsreibung
des Steuerkolbens 2 gegebenen Grenzen ganz nach Belieben zu verändern.
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Die beschriebene Steuerung kann gegebenenfalls auch zur Beeinflussung
eines an sich bekannten Sicherheitsabschlußventiles 20 des Akkumulators Verwendung
finden. Fällt der Druck im Akkumulator bei ungewöhnlich starker Flüssigkeitsentnahme
bis unter ein zulässiges Geringstmaß und geht demgemäß j der Steuerkolben entsprechend
zurück, so kann man hierbei den Steuerkolben 2 vermittels eines Hebels 17 auf die
Vorsteuerungsventile 18, ig des Sicherheitsabschlußventiles 2o einwirken lassen.
Der bisher mit dem Rücklauf 23 verbundene und daher unbelastete Ventilkegel oder
Kolben 2ö des Sicherheitsabschlußventiles 2o (siehe die eingezeichnete Stellung)
erhält dadurch einen Druck, der sich von der Leitung 21 aus durch das inzwischen
geöffnete Ventil 18 fortpflanzt und das Ventil2o zum Abschluß bringt, so daß der
Zufluß aus der Leitung b bzw. aus dem Akkumulator zu der oder den Arbeitsmaschinen
tIT unterbunden wird. Sobald der Steuerkolben 2 aber wieder in Richtung auswärts
verdrängt wird, werden die Vorsteuerungsventile 18, i9 zur gegebenen Zeit wieder
in die in Fig. i dargestellte Stellung zurückgebracht, so daß der Raum über dein
Ventilkegel oder Kolben 2o' des Sicherheitsabschlußventiles 20 wieder drucklos wird
und der Betriebsdruck den nunmehr entlasteten Ventilkegel 2o' von seinem Sitz abhebt.
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Es sei nunmehr auf die Fig. 3 Bezug genommen. An Stelle hydraulischer
Hilfskolben sind hier elektromotorisch drehbare Gewindespindeln i i vorgesehen.
Die Wirkungsweise dürfte leicht verständlich sein. Bei Überschreitung des Höchstdruckes
ergibt sich für die Vorsteuerungsventile 1q., 15, ähnlich wie in Fig. i, eine Stellung
Wig. 3), in welcher ein auf dem Hebel 13 angeordneter Schalter (vorzugsweise Quecksilberschalter)
einen Stromkreis a-b schließt und damit bewirkt; daß ein elektromagnetischer Schalter
S erregt wird. Der Anker des erregten elektromagnetischen Schalters S schließt die
Stromkreise a-b-c der Elektromotoren E, die nun durch Drehung der Gewindespindeln
i i bewirken, daß der Federteller 8 zwecks Erhöhung der Spannung der Feder 7 niedergedrückt
wird. Die so vergrößerte Spannung der Feder 7 muß sich natürlich auf den hochstehenden
Steuerkolben 2 auswirken, und zwar in solch einem Sinne, daß der Steuerkolben 2
trotz hoher Dichtungsreibung schon bei ganz geringem Druckabfall einwärts bewegt
wird und die Pumpenförderung wieder einschaltet. Ist dies geschehen, wird der Stromkreis
a-b unterbrochen, so daß der Anker des elektromagnetischen Schalters S abfällt und
die Stromkreise der Elektromotoren E ebenfalls unterbrochen werden. Die Feder 7,
die natürlich immer bestrebt ist sich zu entspannen, drückt den Federteller 8 wieder
in die Höhe, so daß die der Feder erteilte zusätzliche Spannung sich wieder verliert,
also auch die Federbelastung des Steuerkolbens 2 wieder auf ihr ursprüngliches Maß
zurückgeht und demgemäß schon eine geringe Drucksteige-