DE19701248A1 - Vorrichtung zum Steuern eines Zylinders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Verstellbewegung des Kolbens eines Zylinders, insbesondere Hydraulikzylinders, wie sie z. B. an Pressen zum Einsatz kommen, um z. B. in dem Bewegungsablauf Ruhepausen zu ermöglichen, und/oder um einen ausreichenden Freiraum und Zeit für das Zu- und Abführen von Werkstücken zu schaffen.

Derartige Steuerungen sind in Form von aufwendiger Kurventechnik, d. h. Kurven, Nocken und Stößel sowie aufwendiger Servotechnik bekannt. So ist beispielsweise aus der EP 0 151 204 A1 ein Stößelantrieb für eine Münzprägepresse bekannt, der aus einem von einer Kurbelwelle über ein Mittellager angetriebenen Dreieckhebel besteht, der mit einem hinteren Schwingenlager an einem Lenker und über den Lenker gestellseitig mit einem vorderen Schwingenlager über eine Druckstange an den Prägestößel angelenkt ist. Von dem Stößelantrieb wird über einen Umlenkantrieb ein Antrieb eines Auswerferprägestempels zum Erzeugen einer im wesentlichen zeitgleich mit der aus dem vorderen Totpunkt in den hinteren Totpunkt ausgeführten Bewegung des Stößels erfolgenden Auswerfbewegung abgeleitet.

Um für den Transport bzw. Weitertransport der bei diesen Münzprägepressen üblicherweise von einem Drehteller zugeführten Prägerohlinge bzw. der fertig­ gepreßten Münzen einen ausreichenden Platz zu schaffen und genügend Zeit zu gewinnen, arbeitet diese bekannte Presse mit einer entsprechend modifizierten Lenkerkonstruktion. Abgesehen davon, daß aufgrund dieser Lenkeranordnung keine Universalität gegeben ist, lassen sich außerdem keine definierten Rastpositionen erreichen, vielmehr stellt sich eine Pendelbewegung des den Stößel über die Kniehebel betätigenden, von einer angetriebenen Kurbelwelle beaufschlagten Pleuels ein. Die Pendelbewegung kann zu Schwingungen und einem unruhigen Maschinenlauf führen.

Durch die JP-A 61-222 782 ist es für eine automatische Stanz-Einrichtung einer Druckereimaschine bekanntgeworden, die Hin- und Herbewegung des zugeführten Papierstreifens während des Stanzens zu unterbrechen. Das wird durch eine auf der Antriebswelle des Oszillationsantriebs angeordnete Nockenscheibe erreicht, die mit einem definierten Haltepunkt ausgelegt ist.

Zylindersteuerungen für pneumatische oder hydraulische bzw. pneumatisch-hydraulische Systeme als solche sind in verschiedenster Form hinlänglich bekannt, z. B. als Folge- oder Programmsteuerungen. Bei der Programmsteuerung betätigt eine angetriebene Programmwelle mit Nockenscheiben (Nockenwelle) oder ein Programmschaltwerk mit Nockenband eine Batterie von Signalgliedern oder Steuergliedern, und zwar sowohl für einfachwirkende als auch für doppeltwirkende Zylinder. Die einzelnen Nocken geben dabei zeitabhängige Informationen, wobei sich die Zeitabhängigkeit des Programmschritts aus der Kurvenform des Steuernockens und aus der Drehzahl der Nockenwelle ergibt. Die Informationen werden dadurch verarbeitet, daß die Nockenwelle angetrieben wird und die Steuernocken darunterliegende Ventile, die als Öffner oder Schließer arbeiten können, eine bestimmte Zeit lang betätigen. Der Aufwand für derartige Steuerungen ist stets sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine schnellhubige Umsteuerung der Kolbenbewegung eines Zylinders ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an einen in einem Steuergehäuse rotierenden Steuerkolben angeschlossener Drehschieber einen scheibenförmigen Rotationskörper aufweist, der die Druckmittelzufuhr und -abfuhr des Zylinders steuert. Die Erfindung macht sich hierbei die überraschende Erkenntnis zunutze, daß sich ein für Hydraulikmotoren seit langem bekannter Drehschieber auf einfache Weise zum Steuern eines Zylinders verwenden läßt und dabei eine sehr schnelle Hubfolge ermöglicht, beispielsweise 1000 Hübe pro Minute. Hierzu brauchen lediglich die Anschlüsse des Drehschiebers in eine wechselweise Strömungsverbindung mit dem Zylinder gebracht zu werden. Dabei ist es im Grunde gleich, ob der Zylinder pneumatisch oder hydraulisch oder von einem beliebigen anderen Druckmittel angetrieben wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Rotationskörper des Drehschiebers mit jeweils mindestens einer Tankanschlußbohrung und einer Zulaufanschlußbohrung ausgebildet ist, über die er temporär mit dem kolbenflächenseitigen Zylinderraum verbindbar ist, und dem Rotationskörper eine am Steuergehäuse verdrehsicher gehaltene, eine sich in eine Arbeitsleitung des Steuergehäuses fortsetzende Durchgangsbohrung besitzende Scheibe zugeordnet ist. Indem somit in Abkehr von den Anschlüssen des Drehschiebers bei einem Hydraulikmotor die Arbeitsleitungen A und B erfindungsgemäß zum Tankanschluß (A=T) bzw. als Zulaufleitung (B=P) verwendet werden, läßt sich die Umsteuerung des Zylinderkolbens durch das Wechselspiel der Anschlüsse aufgrund der Rotation des Rotationskörpers erreichen, weil die Durchgangsbohrung der zugeordneten Scheibe eine klare Definition zwischen P und T gewährleistet. Die jeweils konkrete Anzahl der Anschlußbohrungen ermöglicht entsprechend größere oder kürzere Schließzeiten. Hierbei eignet es sich in besonders vorteilhafter Weise, die als Zulaufleitung P verwendete Arbeitsleitung des Drehschiebers sogleich zur Rückstellung des Zylinderkolbens auszunutzen, indem diese an den - bei einem vorteilhaften Differentialzylinder - kolbenstangenseitigen Zylinderraum angeschlossen ist. Alternativ eignet sich zur Rückstellung gleichwohl eine die Kolbenstangenfläche des Zylinderkolbens beaufschlagende mechanische Feder von ausreichender Kraft oder beispielsweise auch ein Stickstoffniederhalter.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß - wiederum am Ausführungsbeispiel eines Differentialzylinders - der kolbenstangenseitige Zylinderraum des Zylinders über die Zulaufleitung mit einem Druckmittelspeicher verbunden ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbespiel des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt ein Steuergehäuse mit darauf aufgesetztem, strichpunktierten Drehschieber und diesen einschließendem, ebenfalls strichpunktierten Außengehäuse;

Fig. 2 als Einzelheit des Drehschiebers gemäß Fig. 1 dessen scheibenförmigen Rotationskörper von der dem Steuergehäuse abgewandten Seite her gesehen;

Fig. 3 den Rotationskörper gemäß Fig. 2 von seiner dem Steuergehäuse zugewandten Aufsteckseite her gesehen;

Fig. 4 den Rotationskörper gemäß Fig. 3 entlang der Linie IV-IV geschnitten;

Fig. 5 als Einzelheit der Fig. 1 die verdrehfest am Steuergehäuse gehaltene, zwischen dem Steuergehäuse und dem Drehantrieb angeordnete Scheibe;

Fig. 6 die Scheibe gemäß Fig. 5 entlang der Linie VI-VI geschnitten, um 72° gedreht dargestellt; und

Fig. 7 in grob schematischer Darstellung die an einen Hydraulikzylinder angeschlossene Steuervorrichtung gemäß Fig. 1.

Eine in Fig. 1 gezeigte Steuervorrichtung 1 umfaßt ein Steuergehäuse 2 mit einem dieses ergänzenden, in einem strichpunktiert angedeuteten Außengehäuse 3 angedeuteten, ebenfalls strichpunktiert gekennzeichneten Drehschieber 4. In dem Steuergehäuse 2 lagert auf Kugellagern 5 ein zylindrischer Steuerkolben 6, der bzw. dessen Kugellager 5 mittels Seegeringen 7 und einem O-Ring 8 abgedichtet ist. Der Steuerkolben 6 wird mittels eines nicht dargestellten Antriebes über ein am hinteren, aus dem Steuergehäuse 2 vorkragenden Ende des Steuerkolbens 6 angeordnetes Stirnrad 9 angetrieben, das mittels Schraube 10 und Scheibe 11 gesichert ist. An seinem anderen Ende ist der Steuerkolben 6 mit einem endseitig als Flachsteg 12 ausgebildeten Kopf versehen, der aus einer mittels Stiften 13 verdrehsicher am Steuergehäuse 2 gehaltenen Scheibe 14 hervorragt. Die näher in den Fig. 5 und 6 dargestellte Scheibe 14 ist mit Sackbohrungen 15 versehen und weist neben einer den Durchtritt für den Steuerkolben 6 erlaubenden Mittenbohrung 16 weiterhin eine Durchgangsbohrung 17 auf, die in situ, d. h. der in Fig. 1 gezeigten Einbaulage mit einer weiterhin an einen Zylinder 18 (vgl. Fig. 7) angeschlossenen Arbeitsleitung 19 bzw. A fluchtet. Die Scheibe 14 ist gegen die steuergehäuseseitige Arbeitsleitung 19 mittels eines O-Ringes 20 (vgl. Fig. 1) abgedichtet, der in eine zu der Durchgangsbohrung 17 konzentrische Ringnut 21 (vgl. Fig. 6) eingesetzt wird.

Auf den Flachsteg 12 des Steuerkolbens 6 der Steuervorrichtung 1 wird ein in den Fig. 2 bis 4 gezeigter scheibenförmiger Rotationskörper 22 des Drehschiebers 4 aufgesteckt, der zur drehfesten Ankopplung mit dem Steuerkolben 6 eine komplementäre Ausnehmung 23 aufweist (vgl. die Fig. 3 und 4). Der Drehschieber 4 bzw. der Rotationskörper 22 ist nach außen abgedichtet in den mittels Schrauben 24 am Steuergehäuse 2 angeflanschten Außengehäuse 3 angeordnet (vgl. Fig. 1). Der Rotationskörper 22 besitzt im Ausführungsbeispiel drei Zulauf-Anschlußbohrungen 25 und drei Tank-Anschlußbohrungen 26, die im Gegensatz zu den axial durchgängigen Zulauf-Anschlußbohrungen 25 radiale, d. h. seitliche Ausgänge 27 aufweisen, um Druckunterschiede zu dem die Anschlußbohrungen 25 durchströmenden Druckmedium zu bewirken. Den Zulauf-Anschlußbohrungen 25 ist eine in dem Rotationskörper 25 exzentrisch angeordnete, zur Anschlußseite hin von einem Dichtring 28 abgedichtete Bohrung 29 zugeordnet.

Wie sich den nur auf das Wesentliche beschränkten, unter Vernachlässigung z. B. der Förderpumpen gezeigten Prinzipskizze gemäß Fig. 7 entnehmen läßt, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Zulaufleitung P einerseits mit einem Druckspeicher 30 verbunden und andererseits an den kolbenstangenseitigen Zylinderraum 31 des Zylinders 18 angeschlossen, während der über dem Kolben 32 liegende kolbenflächenseitige Zylinderraum 33 über die Arbeitsleitung 19 bzw. A mit der Steuervorrichtung 1 verbunden ist. In einer zu der Steuervorrichtung 1 führenden Abzweigung der Zulaufleitung P ist ein Sperrventil 34 angeordnet, das den Eintritt des Druckmediums in die Steuervorrichtung 1 bzw. den Drehschieber 4 von dieser Seite her, d. h. der Leitung P sperrt. Jedes mal dann, wenn die Zulauf-Anschlußbohrungen 25 in einer Deckungslage mit der Durchgangsbohrung 17 der verdrehsicher am Steuergehäuse 2 gehaltenen Scheibe 14 kommen, kann das Druckmedium aus dem Zylinderraum 33 über das Sperrventil 34 in die Zulaufleitung P entweichen, über die gleichzeitig Druckmedium in den kolbenstangenseitigen Zylinderraum 31 gelangt und den Kolben 32 in seine in Fig. 7 gezeigte Position zurückstellt. Aufgrund der danach in Deckungslage mit der Durchgangsbohrung 17 der Scheibe 14 gelangenden Tank-Anschlußbohrungen 26 wird der Weg frei für das den Zylinderraum 33 wieder auffüllende Druckmedium, worauf die Bewegungsumkehr des Kolbens 32 eingeleitet und dabei das im Zylinderraum 31 befindliche Druckmedium in die Leitung P verdrängt wird. Dieses Wechselspiel und damit die Umkehr der Bewegungsrichtung des Kolbens 32 des Zylinders 18 wiederholt sich stetig mit jedem Umlauf des Rotationskörpers 22, wobei die Scheibe 14 mit ihrer Durchgangsbohrung 17 stets eine klare Definition zwischen den Anschlußleitungen P und T sicherstellt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Steuern der Verstellbewegung des Kolbens eines Zylinders, insbesondere Hydraulikzylinders, dadurch gekennzeichnet, daß ein an einen in einem Steuergehäuse (2) rotierenden Steuerkolben (6) angeschlossener Drehschieber (4) einen scheibenförmigen Rotationskörper (22) aufweist, der die Druckmittelzufuhr und -abfuhr des Zylinders (18) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (22) des Drehschiebers (4) mit jeweils mindestens einer Tank-Anschlußbohrung (26) und einer Zulauf-Anschlußbohrung (25) ausgebildet ist, über die er temporär mit dem kolbenflächenseitigen Zylinderraum (33) verbindbar ist, und dem Rotationskörper (22) eine am Steuergehäuse (2) verdrehsicher gehaltene, eine in Flucht mit einer Arbeitsleitung (19 bzw. A) des Steuergehäuses (2) verlaufende Durchgangsbohrung (17) besitzende Scheibe (14) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kolbenstangenseitige Zylinderraum (31) des Zylinders (18) mit einem Druckmittelspeicher (30) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (8) hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und 4, gekennzeichnet durch eine die Kolbenstangenfläche des Zylinderkolbens (32) beaufschlagende mechanische Feder.