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Sinrichtung zur hubbegrenzung an
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doppelt wirkenden Arbeitszylindern Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Hubbergrenzung an doppelt wirkenden Arbeitszylindern gemäß dem Oberbegriff des
anspruchs 1.
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Bei derartigen bekannten Hubbegrenzungseinrichtungen ist der Zylinder
aus einem nicht magnetischen Material wie Messing hergestellt, der holben trägt
einen Permanentmagneten, und außerhalb des Zylinders sind bei den gewünschten Endlagen
Induktionsspulsen
angeorfnet, in welchen der Permanentmagnet beiu Vorbeilaufen einen Strom induziert,
welcher dann seinerseits zur Ansteuerung von Magnetventilen dient, über welche der
Arbeitszylinder mit einer Druckmittelquelle und einem Recklauf verbunden ist.
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Derartige Hubbegrenzungseinrichtungen arbeiten jedoch nicht sehr präzise,
weil einerseits die Ausgangssignale der induktiven Stellungsgeber unscharf sind
und auch von der holbengeschwindigkeit und nicht nur von der kolbenstellung abhängen
und weil andererseits durch bloße Unterbrechung der Druckmittelzufuhr kein präzises
anhalten des Kolbens sichergestellt weden kann.
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Durch die vorliegende Erfindung soll eine Sinrichtung zur Hubbegrenzung
an doppelt wirkenden Arbeitszylindern gemäß dem Obergriff des Anspruchs 1 so weiter
gebildet werden, daß die Endllagen des Abtriebsteiles des Arbeitszylinders mit großer
Genauigkeit eingestellt werden.
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ausgehend von dem im Oberbegrilf des anspruchs 1 angesprochenen St-and
der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im Kennzeichen des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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bei der erfindmi'sgemäßen Hubbegrenzungseinrichtung dienen somit die
Betätigungsglieder der Stellungsfühler zugleich als anschläge, über welche der Kolben
bzw. die Kolbenstange in einer der Endlagen am Zylinder abgestützt sind. Auf diese
weise
läßt sich die Endlage ohne weiteres mit einer Senauigkeit von 0 , 0,03 mm vorgeben
und hängt nicht von der Trägheit der Druckmittelsteuerung und auch nicht von Schwankungen
in Versorgungsdruck ab.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Hubbegrenzungseinrichtung
ist der, daß sie ohne weiteres auch an schon vorhandenen Arbeitszylindern vorgesehen
werden kann. flan brauchtnur die schon vorhandene Zylinderstirnplatte, durch welche
sich die Kolbenstange nach außen erstreckt, durch eine geringfügig abgewandelte
Stirnplatte gleicher radialer abmessungen und allenfalls geringfügig größerer axialer
Abmessung zu ersetzen und auf der Kolbenstange außerhalb des Zylinders noch zusätzlich
den Betätigungskörper zu befestigen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Mit den Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 und 3
läßt sich jeweils eine der Endstellungen des Kolbens und der Kolbenstange einstellen.
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Diese Einstellung kann im Prinzip auch unter Verwendung von längeneinstellbaren
Betätigungsgliedern oder Betätigungskörpern erfolgen. Vorzugsweise erfolgt jedoch
die Vorgabe der Endlagen dadurch, daß man auf einen Grundkörper des Betätigungsgliedes
oder des Betätigungskörers eine die ge wünschte Endlage vorgebende Verlängerung
autscharaubt oder
sonstwie betestigt. Auf diese weise lassen sich
die Endlagen nach Art von Endmaken besonders genau vorgeben.
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Verwendet man gemäß Anspruch 6 fluidische Stellungsgeber, so kann
deren Ausgangssignal direkt zur Ansteuerung von Servoventilen mit druckmittelbeaufschlagten
Stellmotoren verwendet werden.
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Mit der weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird erreicht,
dc'f die Stellungsgeber sogar direkt die Druckmittelbeaufschlagung der Arbeitsräume
des Arbeitszylinders steuern können. Man erhält auf diese Weise eine besonders kompakte
Gesamtanordung von AArbeitszylinder und Hubbegrenzungseinrichtung, die ohne Anderungen
zusammen mit einem konventionellen externen Druckversorgungskreis verwendet werden
kann.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 ist sichergestellt,
daß die Endlagen des Kolbens und der Kolbenstange auch dann sicher erreicht werden,
wenn die Steueröffnungen der Ventile größere Abmessung haben und die Anschlagfläche
für den Ventilschieber in axialer Wichtung von den Steueröffnungen entfernt ist.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß anspruch 9 ist wiederum im Hinblick
auf einen möglichst kompakten Aufbau der Hubbegrenzungseinrichtung von Vorteil.
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Anstelle von fluidischen Stellungsgebern können gemäß Anspruch 11
auch elektrische Stellungsgeber verwendet werden, falls dies im Hinblick auf die
Abdichtung des srbeitszylinders, im Hinblick
auf möglichst kleine
ßetätigungskräfte für die Stellungsgeber oder im Hinblick auf eine schon vorhandene
externe Druckmittelversorgung bevorzugt wird.
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Mit der Weiterbildung der Eri indunci- gemäß Anspruch 12 ist sichergestellt,
daß die Endlagen des Arbeitszyliiiders auch dann sicher erreicht werden, wenn der
Schaltpunkt der Stellungsgeber schon erreicht wird, bevor die Betätigungsglieder
der Stellungsgeber an der ßtirnplatte des Arbeitszylinders anschlagen.
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Nachstehend wirddie Erfindung anhanad von ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnnung naher erläutert.
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In dieser zeigen: S . 1 einen axia-len Schnitt durch einen Endabschnitt
eines Arbeitszylinders mit einer Einrichtung zur Hubbegrenzung, welche fluidische
Stellungsgeber aufweist, Fig. 2 eine schematische Darstellung der Steuerung der
Druckmittelversorgung des in Fig. 1 gezeigten Arbeitszylinders durch die beiden
fluidischen Stellungsgeber; Fig. 3 einen axialen Schnitt durch einen Endabschnitt
eines Arbeitszylinders mit einer Einrichtung zur Hubbegrenzung, bei welcher die
fluidischen Stellungsgeber zugleich als Steuerventile für die Druckmittelversorgung
ausgebildet sind;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Steuerung
der Druckmittelversorgung des in Fig. 3 gezeigten Arbeitszylinders Fig. L einen
axialen schnitt durch einen Endabschnitt eines Arbeitszylinders mit einer Einrichtung
zur Hubbegrenzung, bei welcher die Stellungsgeber als elektrische Schalter ausgebildet
sind.
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Fig. 1 zeigt einen Endabschnitt eines doppelt wirkenden hydraulischen
Arbeitszylinders mit einem Zylinder 10, einem in diesem beweglichen Kolben 12 und
einer mit dem letzteren verbundenen Kolbenstange 14. Das in der Zeichnung rechts
gelegene Ende des zylinders 10 ist durch eine Stirnplatte 16 dicht verschlossen,
welche eine mittige Öffnung 18 tür die Kolbenstange 14 aufweist, die im übrigen
durch hintereinander liegende Dichtringe 20 abgedichtet ist.
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ln er Stirnplatte 16 sind zwei Iluidische Stellungsgeber angeordnet,
die insgesamt mit 22 und 24 bezeichnet sind und ansprechen, wenn der Kolben 12 und
die Kolbenstange 14 ihre in der Zeicnung rechts gelegene bzw. links gelegene Endlage
erreichen, und die darüberhinaus diese Endlage präzise vorgeben. Diese Stellungsgeber
sind als Schieberventile ausgebildet und haben jeweils einen axial verlagerbaren
Ventilschieber 26 bzw. 28, der in einer nach links bzw. rechts offenen Bohrung 30
bzw. 32 der Stirnplatte 16 läuft und die Verbindung zwischen einer ersten Steueröffnung
34 bzw. 36 und einer
zweiten Steueröffnung )8 bzw. 40 Ireigeben
oder verschließen kann.
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Die Ventilschieber 26 und 28 haben eine mittige sederkammer 42 bzw.
44 zur Aufnahme einer Schraubendruckfeder 46 bzw. 48.
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Das zweite Ende der letzteren ist in einer Vertiefung 50 bzw.
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52 des Bodens der Bohrung 30 bzw. 32 abgestützt.
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Auf der Außenseite und der Innenseite der Stirnplatte 16 ist jeweils
eine Halteplatte 54, 56 angeordnet, die eine mittige Durchgangsöffnung 58 bzw. 70
für die Kolbensta-nge 14 und weitere Durchgangsöffnungen 62 bzw. 64 aufweisen, deren
durch messer etwas kleiner ist als der der Bohrungen 30 und 32 und deren Buchsen
mit den Achsen der letzteren fluchten. Der Zylinder 10, die Stirnplatte 16 und die
Halteplatten 54 und 56 werden durch in der Zeichnung nicht wiedergegebene Bolzen
strömungsmitteldicht zusammengehalten.
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Der Ventilschieber 26 hat einen Endabschnitt 66 mit kleinerem Durchmesser
als die Durchgangsöffnung 64, welcher sich durch die letztere ins Innere des Zylinders
10 hinein erstreckt.
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Stirnseitig ist der Endabschnitt 66 mit einer Gewindebohrung versehen,
in welche ein mit Gewi-nde versehener Endabschnitt einer stabförmigen Verlängerung
68 eingeschraubt ist, an deren Stirnfläche 70 die hintere Stirnfläche 72 des Kolbens
12 flächig anschlagen kann.
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auf aer Kolbenstange 14 ist ein geschlitzter Träger 74 mit einer Klemmschraube
76 befestigt. In den Träger 74 ist ein axialer Betätiungszapfen 78 für den Ventilschieber
28 axial mit letzterem fluchtend fest eingeschraubt.
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Der oben beschriebene Arbeitszylinder mit den beiden fluidischen Stellungsgebern
cL und 24 arbeitet wie folgt: Befindet sich der Kolben 12 zwischen seinen Endlagen,
so Geben beide Ventilschieber 26 und 28 die Verbindung von der ersten Steueröfinung
,4 bzw. 36 zur zweiten Steueröffnung 38 bzw. 40 frei, da sie durch die Schraubendruckfedern
46 und 48 in Anlage an den Halteplatten 54 und 56 gehalten werden.
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Bei Annäherung an die rechte Endlage des Kolbens 12 kommt dessen hintere
Stirnfläche 72 in Anlage an die Stirnfläche 70 der Verlängerung 78 und bewegt so
die letztere zusammen mit dem Ventilschieber 26 nach rechts, wodurch der Durchströmquerschnitt
zwischen der ersten Steueröffnung 34 und der zweiten Steueröffnung 38 zunehmend
verkleinert wird und schließlich ganz auf null verringert wird. Hat der Kolben 12
den Ventil-schieber 26 bis zum Boden der Bohrung 30 bewegt, so wird der Kolben 1c
an einer durch die Gesamtlänge vom Ventilschieber 26 und Verlängerung 68 genau vorgegebenen
Stelle zum Anhalten gebracht. Die Druckänderung entweder in der mit der ersten Steueröffnung
34 oder der mit der zweiten Steueröffnung 38 verbundenen Leitung kann zur Abschalten
der Druckmittelzufuhr zum in der Zeichnung links gelegenen
arbeitsraum
des arbeitszylinders verwendet werden.
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Ahnlich kommt bei Annäherung aes Kolbens 12 an seine linke Endlage
der Betätigungszapfen 78 mit seiner Stirnfläche nach Durchsetzen der Durchgangsöffnung
62 in anlage an die Stirnfläche des Ventilschiebers 23 und drückt den letzteren
in aer Zeichnung nach links, wodurch der Druckmittelstrom von der ersten Steueröffnung
36 zur zweiten Steueröffnung 40 zunehmend gedrosselt und schließlich ganz unterbunden
wird. Der Kolben kommt zum Stillstand, wenn der Betätigungszapten 78 über den Ventile
schieber 28 an der Stiniplatte 16 abgestützt ist. Dalllit ist diese Endlage präzise
durch die Gesamtlänge von Ventilschieber 28 und Betätigungszapfen 78 vorgegeben.
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Die rechte Endlage des Kolbens 12 lälSt sich durch austauschen der
Verlängerung 68 gegen eine Verlängerung anderer axialer Abmessung ganz genau vorgebbar
verändern, cLie linke Endlage des Kolbens läßt sich entweder durch sustauschen aes
Betätigungszapfens 78 durch einen solchen anderer Länge oder durch Verschieben des
Trägers 74 längs der Kolbenstange 14 variieren.
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i'ig. 2 zeigt eine hydraulische Druckmittelversorgung für den Arbeitszylinder
nach i'ig. 1, bei welcher die Stellungsgeber 22 und 24, welche als 2/2-Ventile 22'
und 24' wiedergegeben sind, automatisch die Druckbeauischlagung der Arbeitsräume
beenden, wenn eine der Endlagen dea Kolbens 12 erreicht ist.
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Durch gestrichelte Linien 80 und 82 ist die mechanische Betütigung
der Ventilschieber der Ventile 22' und 24' angedeutet.
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2iun Bewegen des Lolbens 12 nach rechts bzw. nach links sind ein 2/4-Servoventil
84 bzw. 86 vorgesehen, dessen Servomotor über eine Drossel 88 bzw. 90 mit einer
Druckleitung 92 verbunden ist und über das normalerweise offene 2/2-Ventil 22' bzw.
24' mit einer Rücklauf leitung 94 verbindbar ist.
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Die Servoventile b4 und t;6, deren Aufbau hier im übrigen nicht näher
beschrieben werden soll, haben druckausgeglichene Ventilschieber und sind in ihren
beiden Arbeitsstellungen elastisch einrastbar, wobei die abtriebskraft der Servomotoren
ausreicht, den Ventilschieber aus der Offenstellung unter Überwindung der Rasteinrichtung
in die Schließstellung zu bewegen. Das Bewegen der Ventilschieber in entgegengesetzter
Richtung erfolgt von Hand oder durch einen anderen, nicht gezeigten Servomotor.
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kird bei der Anordnung nach kig. 2 der Ventilschieber des Servoventiles
d6 von Hand nach rechts bewegt, so läuft der Kolben 12 nach links, bis der Träger
74 das Ventil 22' in die Schließstellung bewegt. Hinter der Drossel 90 baut sich
nun ein Druck ouf, durch welchen nach einer Zeitspanne, die vom Durchströmquerschnitt
der Drossel 90 und dem Volumen des Arbeitsraumes des Servomotors des Servoventiles
86 abhängt, der Ventilschieber des Servoventiles 86 in die Schließstellung bewegt
wird.
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Ganz analog erfolgt die Unterbrechung der Druckmittelzufuhr bei Annäherung
des Kolbens 12 an die rechte Endlage, nachdem zuvor das Servoventil 84 von Hand
in die Offenstellung bewegt worden ist.
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Big. 3 zeigt einen ganz ähnlichen Arbeitszylinder wie lig. 1.
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Entsprechende Teile sind mit denselben :Bezugszeichen versehen und
brauchen hier nicht noch einmal beschrieben zu werden.
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Die Stellungsgeber 22 und 24 dienen nun aber zugleich auch zur direkten
Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den Arbeitsräumen des Arbeitszylinders.
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Hierzu sind die Ventilschieber 26 und 28 vou der Stirnseite her mit
einer Mehrzahl dreieckiger Drosselschlitze 96 versehen, so daß sichergestellt ist,
daß mindestens einer der Drosselschlitze der ersten Steueröffnung 34 bzw. 36 gegenübersteht.
Die Drosselschlitze 96 sind so tief, daß sie auch noch bei auf dem Boden der Bohrungen
30 und 32 aufsitzenden Ventilschiebern 26 und 28 die Verbindung zu den ersten Steueröffnungen
34 und 36 noch etwas offen lassen. Außerdem ist die Bohrung 32 über einen Kanal
98 direkt mit dem rechten Arbeitsraum des Zylinders 10 verbunden.
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Mit dieser geringfügigen Abwandlung können die Stellungsgeber 22 und
24 nun direkt zur Druckmittelsteuerung verwendet werden, wie nachstehend anhand
von Fig. 4 genau ausgeführt wird.
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Dort sind die Stellungsgeber 22 und 24 in Form eines Ersatzschaltbildes
als 2/2-Ventile 22" und 24" gezeigt, über die Drosseln 100 und 102 parallelgeschaltet
sind. Die mechanische Betätigung der Ventile 22" und 24" ist wieder durch gestrichelte
Linien 104 und 106 angedeutet.
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Die Ventile 22" und 24" sowie die hierzu parallelen Drosseln 100 und
102 sind jeweils in eine der Arbeitsleitungen geschaltet,
elche
von einem 3/4-Ventil 108 zum Arbeitszylinder verlaufen, um dessen Arbeitsräume wahlweise
mit einer Druckleitung 110 oder einer Rücklaufleitung 112 zu verbinden oder den
srbeitszylinder hydraulisch zu verriegeln.
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Man erkennt, daß bei Annäherung des kolbens 12 an eine seiner Endlagen
der zufließende Druckmittelstrom gedrosselt wird, aber eine vollständige kimäherung
an die Endlage sichergestellt ist, in welcher der kolben die direkt oder über die
Kolbenstange 14 an der Stirnplatte 16 abgestützt ist. Diesen letzten Teil der Bewegung
stellen die Drosseln 100 und 102 also die tiefen Drosselschlitze 96 sicher. Nach
Erreichen der Endlage kann das 3/4-Ventil 108 entweder von Hand in die Neutralstellung
zurückbewegt werden oder auch automatisch, wobei dann z. B. der Druckabfall an den
Drosseln 100 und 102 als anzeige für das Erreichen der Endstellung verwendet werden
kann, Big. 5 zeigt eine abwandlung des in Fig. 1 gezeigten Arbeitszylinders, bei
der die Stellungsgeber 22 und 24 nun als elektrische Schalter ausgebildet sind.
Unverändert beibehaltene Bauteile des Arbeitszylinders sind wieder mit denselben
Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.
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Die Ventilschieber 26 und 28 sind nun durch gleiche Anbmessungen aufweisende
elektrisch leitende Schaltkörper 26' und 28' ersetzt, deren Federkammer 42 bzw.
44 über einen Kanal 112 bzw. 114 mit dem Zylinderinnenraum bzw. der Atmosphäre verbunden
ist.
In radiale Gewindebohrungen 116 und 118 der Stirnplatte 16 sind Gewindestopfen 120
und 122 aus isolierenaem Material eingeschraubt, welche in Umfangsrichtung hintereinander
liegende Paare axial ausgerichteter, durch Blattfedern gebildeter Kontakte 124 bzw.
126 tragen, welche über die hantelflächen der Schaltkörper 26' bzw. 28' elektrisch
verbindbar sind. An Paaren von Anschlußklemmen 128 und 130 ist eine nicht näher
dargestellte elektrische tiberwachungsschaltung angeschlossen.
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Bei Annäherung an die Endlagen bewegt bei dieser husführungsform entweder
der Kolben 12 den Schaltkörper 26' in eine das Paar von Kontakten 124 überbrückende
Stellung und dann gegen den Boden der Bohrung 30, oder der Betätigungszapfen 78
bewegt den Schaltkörper 28 in eine das Paar von Kontakten 126 überbrückende Stellung
und dann gegen den Boden der Bohrung 32.
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In jedem Balle erfolgt zunächst eine elektrische Anzeige für das fast
Erreichthaben der Endstellung und dann das genaue zwangsweise, mechanische Einstellen
der jeweiligen Endlage.
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Werden die Pusgangssignale der Stellungsgeber 22 und 24 direkt zum
Steuern der Druckmittelversorgung des Arbeitszylinders verwendet, so wird den Stellungsgebern
22 und 24 ein elektrischer Verzögerungskreis nachgeschaltet, um wieder sicherzustellen,
daß die durch Anschlagwirkung vorgegebene Endlage von Kolben und Kolbenstange auch
mit Sicherheit ganz erreicht wird.