DE4208755A1 - Hydraulische schiebersteuerung fuer arbeitszylinder mit ungleichen kolbengeschwindigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schieber­ steuerung für Arbeitszylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Hydraulische Arbeitszylinder dienen vor allem im Maschinenbau zur Zuführung von Bewegungsenergie in zwei gegenläufigen Richtungen. Damit lassen sich bewegliche Teile hin- und herbewegen. Die Bewegungs­ energie eines derartigen hydraulischen Antriebes hängt von dem Volumenstrom des hydraulischen Mediums ab, welcher der jeweiligen Seite des Kolbens im hydraulischen Zylinder zugeleitet wird. Während im allgemeinen der Kolben eine im wesentlichen gleich­ förmige Geschwindigkeit über den Hin- und Hergang im hydraulischen Arbeitszylinder entwickelt, ist erfin­ dungsgemäß vorgesehen, den Kolben auf wenigstens einer seiner beiden Wege mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten anzutreiben. Damit wird praktischen Erfordernissen Rechnung getragen, welche unterschied­ liche Anforderungen an den hydraulischen Antrieb stellen. Beispielsweise kann es darauf ankommen, die Bewegung mit langsamer Geschwindigkeit starten zu lassen, dann im Mittelbereich zu beschleunigen und am Bewegungsende wieder zu verlangsamen. Eine andere Anforderung geht dahin, die Bewegung mit hoher Geschwindigkeit zu starten, zum Mittelbereich hin zu verzögern und erforderlichenfalls kurzzeitig zum Stillstand zu bringen, um dann am Ende wieder zu beschleunigen. Dies sind lediglich Beispiele. In der Praxis kann eine Vielzahl anderer Bewegungsablaufkom­ binationen gefordert werden, für die in frei wählba­ rer Folge der Kolben beschleunigt und verzögert wer­ den muß.

Solche hydraulischen Arbeitszylinder sind an sich bekannt. Eine der bekannten Ausführungsformen sieht eine der jeweiligen Kolbengeschwindigkeit im Arbeits­ zylinder entsprechende Mengensteuerung des hydrauli­ schen Volumenstromes über den hydraulischen Drucker­ zeuger vor. Das setzt in der Regel mengenverstellbare Pumpen voraus, bei denen z. B. bei einer Schiefschei­ benpumpe die Neigung des Steuerspiegels den jeweili­ gen Volumenstrom bestimmt. Solche Pumpen sind ver­ hältnismäßig aufwendig. Außerdem ist es nicht immer möglich, derart gesteuerte Pumpen für den Arbeits­ zylinder vorzusehen. Sind solche Pumpen in einem Steuerkreis notwendig, von dem der Steuerkreis des hydraulischen Arbeitszylinders abgeleitet ist, kann man auf diese Weise unterschiedliche Kolben­ geschwindigkeiten häufig nicht ohne weiteres verwirk­ lichen.

Eine andere bekannte Möglichkeit, eine Maschine oder ein Maschinenelement mit einem Arbeitszylinder in einer Bewegungsrichtung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit anzutreiben, besteht darin, in die Vermittlung der Bewegungsenergie ein mechanisches Getriebe einzuschalten. Insbesondere kommen hierfür Hebelgetriebe in Betracht. Solche Getriebe sind ver­ gleichsweise aufwendig und benötigen auch Platz, der nicht immer zur Verfügung gestellt werden kann.

Die Erfindung geht von der oben wiedergegebenen Mög­ lichkeit der Steuerung der Kolbengeschwindigkeit über den den Antriebskolben beaufschlagenden Volumenstrom aus, wobei die Umschaltung der Bewegungsrichtung mit einem vorgesteuerten Wegeventil erfolgt. Sie geht jedoch einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß erfolgt die Vorsteuerung des Umsteuerwegeventils mit einem Vorsteuerventil, wel­ ches hydraulisches Medium auf die eine oder die andere Seite des Ventilkolbens leitet und so den jeweils gewünschten Schaltzustand herbeiführt, der von der übergeordneten Steuerung bestimmt wird. Die Kolbengeschwindigkeit wird durch die Steuerung eines Steuerventiles bestimmt, dessen Kolben eine belie­ bige, dem Einzelfall jedoch angepaßte Anzahl von Stellungen mit diesen zugeordneten Steuerbohrungen einnehmen kann und dadurch in jeder Stellung einen der Volumenströme unmittelbar beeinflußt. Dieses Steuerventil liegt mit beiden Seiten seines Ventil­ kolbens an je einer Steuerleitung der Vorsteuerung und ist dadurch selbst vorgesteuert. Dadurch kann der jeweils gewünschte Steuerzustand hydraulisch herbei­ geführt werden und bestimmt jeweils eine der Kolben­ geschwindigkeiten.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie auf einfache Weise, nämlich insbesondere ohne Zuhilfenahme des hydraulischen Druckerzeugers, jedoch auf hydrauli­ schem Wege unterschiedliche Arbeitsgeschwindigkeiten mit einem Linearantrieb in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders ermöglicht. Dazu gehört auch die Möglichkeit, den Kolben des Arbeitszylinders anzuhal­ ten.

Vorzugsweise und mit den Merkmalen der Ansprüche 2 und 4 lassen sich mehrere Kolbengeschwindigkeiten nacheinander einstellen. Die dazu erforderlichen und in die Vorsteuerwege des Steuerventiles eingebauten Drosseln stellen einfache Mittel dar, die sich in hydraulischen Schaltungen leicht verwirklichen las­ sen.

Mit den Merkmalen des Anspruches 3 wird die Möglich­ keit verwirklicht, den Kolben auf seinem Wege im hydraulischen Zylinder bedarfsweise anzuhalten.

Das Merkmal des Anspruchs 5, nämlich als Druckerzeu­ ger für den Linearantrieb eines hydraulischen Arbeitszylinders einen Speicher vorzusehen, hat gegenüber einer Hydraulikpumpe mit konstantem Fördervolumen den Vorteil, daß die Differenzmenge zwischen der von der Steuerbohrung bestimmte Beaufschlagungsmenge für den Arbeitszylinder und der vom Druckerzeuger zur Verfügung stehenden Menge nicht wärmeerzeugend über ein Sicherheitsventil zum Tank geleitet werden müssen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Die Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Schiebersteuerung in Symbolen, wäh­ rend der hydraulische Arbeitszylinder 1 sowie der von seiner Kolbenstange 2 angetriebene Maschinenteil in Form einer zweiarmigen Schwinge 3 schematisch wieder­ gegeben sind. In dem hydraulischen Arbeitszylinder 1 läuft der Kolben 4. Eine Leitung 5 beaufschlagt mit einem Volumenstrom des bei 6 angedeuteten hydrauli­ schen Druckerzeugers (Pumpe oder Speicher) die Kol­ benstangenseite 7 des Arbeitskolbens 4, während über die Leitung 8 die Kolbenseite 9 des Kolbens 4 im Arbeitszylinder 1 beaufschlagt wird.

Das Umsteuerventil S3 ist ein 4/2-Wegeventil bekann­ ter Art und ermöglicht die Beaufschlagung jeder Kol­ benseite mit dem hydraulischen Druckölstrom, während gleichzeitig die gegenüberliegende Kolbenseite druck­ los auf den Öltank 10 geschaltet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Kolbenseite 9 auf den Öltank 10 geschaltet.

Ein von einer übergeordneten Steuerung mit Schaltim­ pulsen auf beiden Seiten seines Ventilkolbens beauf­ schlagbares Vorsteuerventil A dient zur Steuerung der beiden Vorsteuerwege 11, 12 des Umsteuerventils S3. Dieses Vorsteuerventil entspricht im wesentlichen dem Umsteuerventil S3, jedoch kann es auch elektrisch bzw. elektronisch umgeschaltet werden. Obwohl der Tank in der Zeichnung zweimal erscheint, kann es sich in der Praxis um den gleichen Tank handeln, in den der ablaufende Volumenstrom aus den Vorsteuerwegen 11, 12 geleitet wird.

Zwischen das Vorsteuerventil A und das Umsteuerventil S3 ist in die Vorsteuerwege 11, 12 ein drittes Wege­ ventil in Gestalt eines vorgesteuerten Steuerventiles B eingebaut. Es ist ebenfalls hydraulisch vorgesteu­ ert. Dies erfolgt über Drosseln 14, 15 aus den Vor­ steuerwegen 11, 12. Der Ventilkolben des Steuerven­ tils B weist gemäß dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel fünf Wege auf. Zwei Wege schalten den Ablauf aus dem Antriebszylinder auf den Tank durch. Zwei dazwischenliegende Wege enthalten Drosseln mit glei­ cher oder unterschiedlicher Drosselwirkung, während der mittlere Weg den ablaufenden Volumenstrom sperrt.

In der Schaltung ist die Anordnung so getroffen, daß der von der Kolbenseite 9 verdrängte Volumenstrom über die Leitung 8 durch das Steuerventil B verläuft, während die Kolbenstangenseite 7 über Leitung 5 und einen Bypaß 16 an den hydraulischen Druckerzeuger 6 angeschlossen ist.

Im Betrieb wirkt die Drossel 14 an der drucklosen Seite des Ventilkolbens im Steuerventil B. Die Dros­ sel 15 bestimmt die jeweilige Stellung des Ventilkol­ bens, wobei der Ventilkolben sämtliche Schaltwege nacheinander durchläuft. Infolgedessen wird der Antriebskolben 4 mit unterschiedlicher Geschwindig­ keit angetrieben und in der Mittelstellung angehal­ ten. Die Schwinge 3 des Hebelgetriebes führt daher eine Folge von Bewegungen über den wirksamen und durch die Doppelpfeile gekennzeichneten Weg aus.

Wird das Umsteuerventil S3 umgeschaltet, so kehrt der Kolben des Steuerventils B in seine Anfangsstellung zurück und kann hierbei wiederum verschiedene Bewe­ gungsabläufe ausführen.

Claims (5)

1. Hydraulische Schiebersteuerung für Arbeitszylinder mit ungleichen Kolbengeschwindigkeiten, bei der der den Kolben beaufschlagende Volumenstrom des hydraulischen Arbeitsmediums der jeweiligen Kol­ bengeschwindigkeit angepaßt und die Bewe­ gungsrichtung des Kolbens mit einem vorgesteuerten Wegeventil eingestellt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß das Umsteuerventil (S3) hydraulisch mit einem Vorsteuerventil (A) vorgesteuert ist, wel­ ches mit den Steuerimpulsen für den Arbeitszylin­ der (1) verstellbar ist und daß zwischen die Vor­ steuerwege (11, 12) vom Vorsteuerventil (A) zum Umsteuerventil (S3) ein hydraulisch vorgesteuertes Steuerventil (B) eingebaut ist, durch das einer der beiden Volumenströme des hydraulischen Arbeitsmediums verläuft, wobei jeder Stellung des Schaltventils (B) eine Kolbengeschwindigkeit zuge­ ordnet ist.

2. Hydraulische Schiebersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Vor­ steuerung des Steuerventiles (B) mit in die Vorsteuerwege eingeschalteten Drosseln (14, 15) erfolgt.

3. Hydraulische Schiebersteuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Stellung des Steuerventiles (B) in den dieser zugeordneten Weg eine Sperre einge­ baut ist.

4. Hydraulische Schiebersteuerung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben des Steuerventiles (B) eine Folge von Durchgangsbohrungen, Drosselbohrungen und Sperren aufweist.

5. Hydraulische Schiebersteuerung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckerzeuger für den Linearantrieb eines hydrau­ lischen Arbeitszylinders ein Speicher vorgesehen ist.