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Steuervorrichtung für einen über zwei druckmittelbeaufschlagte Arbeitsräume
bewegten Arbeitskolben Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen in
zwei Richtungen bewegten Arbeitskolben, auf den ein Druckmittel über zwei Hubräume
von verschieden großem Querschnitt in entgegengesetzter Richtung mit Hilfe von je
zwei in Abhängigkeit voneinander bewegten Doppelventilen wirkt.
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Bei hydraulischen Pressen z. B. liegt die Aufgabe vor, bei Beginn
des Pressens mit möglichst großer Geschwindigkeit den Arbeitskolben vorzuführen,
da die Widerstände des Werkstoffes noch verhältnismäßig gering sind. Am Ende des
Arbeitshubes des Preßkolbens dagegen ist mit möglichst großer Kraft bei geringem
Vorschube entsprechend dem größer gewordenen Widerstand des Werkstoffes zu pressen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bereits bekannt, bei hydraulischen
Pressen mit verschiedenen Drücken zu arbeiten, die durch zwei verschiedene Pumpen
geliefert werden, die in den beiden Abschnitten des Preßverfahrens zur Wirkung kommen.
Im allgemeinen ist die Anordnung so, daß zunächst die eine Pumpe die Preßflüssigkeit
für die Niederdruckstufe liefert und bei höher steigendem Druck selbsttätig abgeschaltet
und dafür die Hochdruckpumpe zur Lieferung der Preßflüssigkeit von hohem Druck eingeschaltet
wird. Durch die Verwendung zweier Pumpen werden derartige Preßvorrichtungen verhältnismäßig
teuer und unübersichtlich.
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Bei hydraulischen Pressen, Greifern und Kippern beispielsweise ist
eine derartige Ausbildung des Arbeitskolbens und des Arbeitszylinders gebräuchlich,
indem der Preßstempel durch einen doppeltwirkenden Kolben angetrieben wird, dessen
eine Kolbenseite infolge der durchgehenden Kolbenstange einen geringeren Querschnitt
hat als die andere. Auch die Anordnung von Doppelventilen mit zwei gemeinsam bewegten,
in einer Achse liegenden Ventilkegeln ist bereits bei hydraulischen Steilhinterkippern
mit Rückzug, hydraulischen Greifern und hydraulischen Vorstoßmaschinen für Tunnelbauten
bekannt. Durch die Anordnung von nur einer einzigen Steuervorrichtung dieser Art
war es bisher jedoch, ohne zusätzliche Mittel für die Ausbildung des Arbeitskolbens
aufzuwenden, nur möglich, über den ganzen Kolbenhub nur eine gleichbleibende Kraft
bei unveränderlicher Hubgeschwindigkeit anzuwenden.
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Es ist auch bei hydraulischen Preßvorrichtungen, wo die nicht durchgehende
Kolbenstange den Querschnitt des einen Arbeitszylinderraumes verkleinert, bekannt,
entweder nur den Arbeitsraum von größerem Querschnitt oder beide Arbeitsräume mit
denn
von der Pumpe gelieferten Druckmittel zu beaufschlagen, uni auf diese Weise mit
zwei verschiedenen Preßkräften arbeiten ztt", können. Die bekannten SteuervorrichtungerX
für derartige Anlagen sind jedoch verwickelt,-außerdem muß für die Rückzugsbewegung
ein besonderer Zylinder vorgesehen werden.
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Für Fernsteuerungen und Regler sind außerdem bereits zu dein Zwecke,
Steuerschieber mit nur zwei Steuerkanten vorsehen zu müssen, in bekannter Weise
zwei in Abhängigkeit voneinander bewegte Steuerschieber vorgeschlagen worden, deren
Einlaß- und Auslaßräume miteinander in ständiger Verbindung stehen. Es ist auch
bereits bekannt, bei einem in zwei Richtungen über zwei Druckmittel beaufschlagten
Arbeitsraum von verschieden großem Querschnitt bewegten Arbeitskolben -die Steuerung
des Druckmittels durch einen Vierwegekolb°uschi°b°r vorzunehmen. Es ist unstreitig,
daß Kolbenschieber an sich teuer und wesentlich teurer zu bearbeiten sind als Ventile.
Dazu kommt, d:aß bei hohen Drücken, wie sie hier vorliegen. Kolbenschieber trotz
sorgfältigster Bearbeitung schwer dichtzuhalten sind. Es ist ganz unstreitig, daß
ein Ventil, insbesondere bei höheren Drücken, auf wesentlich einfachere Weise abgedichtet
werden kann als ein Kolbenschieber. Selbstverständlich ist es möglich, die Dichtigkeit
eines Kolbenschiebers durch eine äußerst genaue Bearbeitung, durch Schleifen, durch
Honen usw. zu erhöhen. Da es aber in der Natur eines Ventils liegt, daß es leichter
abgedichtet werden kann als ein Kolbenschieber, wird auch hier bei einem mehr oder
minder hohen Druck und bei einer mehr oder minder hohen Bearbeitungsgenauigkeit
die Grenze des Möglichen erreicht sein. Ein Schieber vermag zwar ebenso. wie ein
Ventil irgendeine Absperr- oder Steuerfunktion zu erfüllen; er ist jedoch bei höheren
Drücken wesentlich schwerer abzudichten als ein Ventil und insofern dem Ventil nicht
äquivalent.
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Die Erfindung besteht darin, jeden der beiden Arbeitsräume des Zylinders
von verschieden großem Querschnitt mittels je eines Doppelventils gegen einen Zufluß-
und gegen einen Abströmraum zu steuern. Die beiden Zufluß- und die beiden Abströmräume
stehen hierbei in ständiger Verbindung miteinander; durch Steuerung der Doppelventile
wird entweder der eine Hubraum mit dem Druckmittelzufluß und der andere Hubraum
mit dem Druckmittelabfluß verbunden, oder es werden beide Hubräume mit dem Druckmittelzufluß
verbunden.
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Wenn der Hubraum des Preßkolbens, durch den die Kolbenstange hindurchgeht
(hier kurz Bodenseite genannt), mit dem Druckmittelzufluß und der andere Hubraum
des Preßkolbens (hier kurz Deckelseite genannt) mit dem Druckmittelabfluß in Verbin-@:dung
steht, ergibt sich eine große Hubgeschwindigkeit bei geringem Preßdruck, entsprechend
der kleinen Querschnittsfläche des ringförmigen Hubraumes. Die hierbei sich ergebende
Bewegungsrichtung des Preßkolbens wird zweckmäßig für seinen Rückgang bestimmt.
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_ Wenn sowohl die Boden- als auch die Deckelseite des Arbeitskolbens
mit dein Oruckmittelzufluß verbunden sind, ergibt sich eine verhältnismäßig große
Hubgeschwindigkeit bei nicht besonders großem Preßdruck. Die Bewegungsrichtung des
Preßkolbens ist der zuerst erwähnten entgegengesetzt. Zweckmäßig sind also die beiden
Doppelventile der Preßvorrichtung derart ztt bewegen, daß sich diese Verbindung
bei Beginn des Arbeitshubes des Preßkolbens ergibt.
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Stehen dagegen die beiden Doppelventile so zueinander, daß die Bodenseite
des Preßkolbens mit dein Druckmittelablauf und seine Deckelseite mit dem Druckmittelzufluß
verbunden ist, ergibt sich, in der zuletzt erwähnten Bewegungsrichtung eine geringe
Hubgeschwindigkeit bei großer Preßkraft, entsprechend dem großen Querschnitt des
Hubraumes. Die beiden Doppelventile sind also derart zu steuern, daß sich diese
Verbindung am Ende des Arbeitshubes des Preßkolbens ergibt.
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Die beiden Doppelventile können außerdem auch so zueinander gestellt
werden, daß keine Kraft auf den Preßkolben wirkt, so daß er in jeder Stellung festgehalten
«-erden kann.
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Bei den durch ein Druckmittel bewegten Schalen eines Greifers für
Massengüter werden die Arbeitskolben bisher so gesteuert, daß sich der Greifer schnell
öffnet und langsam schließt. Die Greiferwirkung wird durch die vorliegende Erfindung
bedeutend verbessert. da die Geschwindigkeit der Arbeitskolben am Schluß der Schließbewegung
vermindert und dabei gleichzeitig der Schließdruck der Greiferschalen erhöht wird,
ohne die Abmessungen der Arbeitskolben zu ändern.
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Die gleicheVerbesserung ist durch die vorliegende Erfindung bei hydraulischen
Steilhinterkippern mit Rückzug möglich. Bisher war hier für das Heben ein Höchstdruck
und für das Senken ein Höchstzug vorhanden, die durch die Kolbenabmessungen bedingt
waren. Ohne hieran etwas zu ändern, kann durch die neue Steuerung die Druckkraft
für das Anheben bei gleichzeitiger Geschwindigkeitsverminderung bedeutend erhöht
werden, was gerade für Kipper sehr erwünscht ist.
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Die beiden Doppelventile können auf einfache Weise durch ein starres
Gestänge miteinander
verbunden werden. Zu diesem Zwecke wird vorgeschlagen,
das eine Ventil der beiden mittels eines gemeinsamen Hebels bedienten Doppelventile
in beiden Richtungen mittels dieses Hebels zu bewegen, während die Bewegung des
anderen Ventils in der einen Richtung mittels des Hebels und in der anderen Richtung
mittels einer Feder erfolgt.
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Die weitere Ausbildung dieses Bewegungsgestänges geht aus dem folgenden,
sich auf zwei Ausführungsformen der Erfindung beziehenden Teil der Beschreibung
hervor.
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In der Zeichnung stellen dar: Fig. i bis 3 die Ausbildung des Erfindungsgegenstandes
in schematischer Darstellung bei verschiedenen Stellungen der Steuervorrichtungen.
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Fig.4 zeigt in vergrößertem Maßstabe die Steuervorrichtung, aus der
insbesondere ihr Betätigungsgestänge genauer hervorgeht, Fig. 5 einen Grundrsß der
Fig. 4, Fig.6 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zum Bewegen des einen
Doppelventils.
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Die Druckerzeugervorrichtung ist mit P, der Abflußbehälter mit B bezeichnet.
In dem Zylinder i ist der Preßkolben 2 angeordnet, an dem die Kolbenstange 3 angreift.
Die Steuervorrichtung ist in einem Gehäuse 4 angeordnet und besteht im wesentlichen
aus den beiden Doppelsteuerventilen 5 und 6. Jedes der beiden Steuerventile weist
zwei Ventilkegel und je einen Zuflußraum 7, 8, einen Abströmraüm 9, ib und einen
Verteilerraum i i, 12 auf. Der Ventilkegel 13 des Steuerventils 5 kann den Druckraum
7 von dem Verteilerraum i i abschließen, während der Ventilkegel 14 des Steuerventils
5 den Abströmraum 9 von dem Verteilerraum i i abschließt. In entsprechender Weise
sind auf dem Doppelsteuerv entil 6 die Ventilkegel 15 und 16 angeordnet: Das Doppelventil
5 dient zur Steuerung des Hubraumes 17 des Preßkolbens, indem der Raum 17 durch
die- Leitung 18 mit dem Verteilerraum i i verbunden ist, während das Doppelventil
6 zur Steuerung des Hubraumes 24 dient, indem die Leitung i9 eine Verbindung zwischen
ihm und dem Verteilerraum 12 herstellt.
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Die Zuflußräume 7 und 8 sind durch, die Leitung 2o miteinander und
durch die Leitung 21 mit dem Druckerzeuger P verbunden, während die Abströmräume
9 und io durch die Leitung 22 miteinander, und durch die Leitung 23 mit dem Abflußbehälter
B in Verbindung stehen'.
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Zwecks Rückbewegung des Arbeitskolbens wird, wie in der Fig.3 dargestellt
ist, das Doppelventil 5 nach. unten bewegt, damit der Ventilkegel 13 den Druckmittelzufluß
von dem Verteilerraum i i abschließt; geichzeitig hebt sich durch diese Bewegung
der Ventilkegel 14 von seinem Sitze und gibt die Verbiüdung zwischen dem Abströmraum
9 und dem Verteilerraum i i frei. Gleichzeitig wird ,dher auch das Doppelsteuerventil
6 nach oben bewegt, so daß der Ventilkegel 15 von seinem Sitz abgehoben und der
Ventilkegel 16 auf seinen Sitz gedrückt wird. Auf diese Weise wird der Verteilerraum
12 mit dem Zuflußraum 8 verbunden und von dem Abströmraum io abgeschlossen. Die
Pumpe fördert demgemäß in dieser Stellung über die Zuflußräume 7, 8, den Verteilerraum
12 und die Leitung i9 auf den Ringraum 24 des Arbeitskolbens, während die Flüssigkeit
aus dem Arbeitsraum 17 über die Leitung 18, den Verteilerraum i i, den Abströmraum
9 und die Leitung 23 in den Behälter B abfließt. Die Preßflüssigkeit wirkt also
auf den Ringraum 24 des Arbeitskolbens 2, so daß er mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit
bei geringer Kraft zurückgeht.
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Wie in Fig. i dargestellt, wird am Anfang des Arbeitshubes des Preßkolbens
2 das Doppelventil s nach oben bewegt, während das Ventil 6 in seiner bisherigen
Stellung stehenbleibt. Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem Druckerzeuger P
und dem Arbeitsraum 17 über die Leitung 21, den Zuflußraum 7, den Verteilerraum
i i und die Leitung 18 hergestellt. Es sind also sowohl der Ringraum 24 als auch
der Hubraum 17 von der Preßflüssigkeit beaufschlagt, so daß auf den Arbeitskolben
2 eine Kraft einwirkt, die dem Unterschied in dem OOuerschnitt der Boden- und Deckelflächen
des Arbeitskolbens 2 entspricht. Er wird demnach am Beginn des Arbeitshubes mit
verhältnismäßig geringer Kraft, aber großer Geschwindigkeit vorwärts bewegt.
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Wie aus Fig. 2 zu ersehen, wird am Ende des Arbeitshubes des Preßkolbens
das Doppelventil 8 nach unten bewegt, so daß der Ventilkegel 15 auf seinen Sitz
gedrückt und der Ventilkegel 16 abgehoben wird. Die Verbindung des Druckerzeugers
P mit dem Arbeitsraum 17 bleibt bestehen, während der Ringraum 24 mit dem Abflußbehälter
B über die Leitung i9, den Verteilerraum i2, den Abströmraum io, die Leitung 22,
den Abströmraum 9 und die Leitung 23 verbunden wird. Auf den Arbeiskolben wirkt
demnach die verhältnismäßig große Kraft, die dem Querschnitt des Arbeitsraumes 17
entspricht.
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Durch zweckmäßige Wahl des Durchmessers des Arbeitskolbens und der
Kolbenstenge können die Preßkräfte und die Hubgeschwindigkeiten weitgehend den verschiedenen
Anforderungen der zu verarbeitenden Werkstoffe angepaßt werden.
Das
Doppelventil 6 wird in der einen Richtung durch eine Feder 26 und in der anderen
Richtung von einem Winkelhebel 27 aus bewegt, der durch den Handhebel 28
zwangsläufig betätigt wird und gleichzeitig dazu dient, um das andere Doppelventil
5 in beiden Richtungen zu bewegen. Der eine Hebel 38
des Winkelhebels 27 greift
an einem Bund 29 an, der längs verschieblich auf der Spindel des Doppelventils 5
angeordnet ist und in der einen Richtung durch einen Anschlag 30, in der anderen
Richtung durch eine Feder 31 gehalten wird. Der eine Arm 33 eines an einer zweckmäßigen
Stelle des Gehäuses 4. schwenkbar gelagerten Winkelhebels 32 greift an der Spindel
des Ventils 6 an, während der andere Arm 34 des Winkelhebels 32 mittels der Stange
35 mit dem Arm 36 des Winkelhebels 27 verbunden ist. Die Stange 35 ist verschieblich
in einer Bohrung des Armes 36 angeordnet und trägt einen festen Anschlag 37.
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In der Fig. 4 ist die Stellung der Ventile wiedergegeben, die auch
in der Fig.3 dargestellt ist.
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Durch Niederdrucken des Handhebels 28
wird dann das Doppelventil
5 angehoben, so daß der Ventilkegel 13 von seinem Sitz gehoben und der Ventilkegel
14 auf seinen Sitz gedrückt wird. In dieser Bewegungsrichtung wird die Wirkung des
Handhebels 28 durch die Feder 25 unterstützt, die sich einerseits gegen die Rückseite
des Ventiltellers 14 und andererseits gegen das Steuergehäuse abstützt. Das Ventil
6 bleibt bei dieser Bewegung in der gezeichneten Stellung stehen. Die Stellung der
beiden Ventile entspricht danach also der Fig. i der schematischen Darstellung.
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Durch weiteres Niederdrücken des Handhebels 28 wird das Doppelventil
6 nach. unten bewegt, indem der Kopf des Armes 36 des Winkelhebels 27 gegen den
festen Anschlag 37 drückt. Bei dieser Bewegung Wird mittels des Armes 38 der Bund
29 entgegen der Wirkung der Feder 31 längs der Achse der Ventilspindel 5 verschoben.
Auf diese Weise ergibt sich die in der Fig.2 der schematischen Skizze dargestellte
Stellung.
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Die Fig.6 zeigt die Ventile in derselben Stellung wie die Fig.2, bei
der also der Deckelraum 17 mit der Preßpumpe und der Bodenraum 24 mit dem Abflußbehälter
verbunden ist und der Arbeitskolben mit größter Kraft bei kleinster Hubgeschwindigkeit
wirkt. Das obere Ende des Doppelventils 6 ist als Kolben ausgebildet, auf den eine
Zylinderkappe .Io aufgesetzt und an dem Gehäuse 4 auf irgendeine Weise, beispielsweise
durch Schrauben, befestigt ist. Der obere Teil des kolbenförmigen Fortsatzes des
Doppelventils 6 bildet mit der Zylinderkappe 40 einen Arbeitsraum, der durch die
Leitung 39 mit einem unter dem Förderdruck des Druckmittels stehenden Raum verbunden
ist. In diesem Falle ist beispielsweise die Leitung 39 nach dem Zuflußraum 8 geführt.
Mit wachsendem Förderdruck der Preßpumpe erhöht sich die auf den Kolbenfortsatz
des Doppelventils 6 wirkende Kraft derart, daß immer mehr der Hubraum 24 von dem
Druckm:ittelz_ufluß abgesperrt und mit dem Abflußbehälter verbunden wird.