DE7009006U - Steuervorrichtung fuer druckmittel-betriebene antriebe. - Google Patents

Description

FRIEDRICH UHDE GMBH
Dortmund

Aktenzeichen: 70 003
11» Kar* 1970

steuwwi Γ Or Dr*iöcmittel-i>etriebens Antrieb·

Die Erfindung; betrifft ein Steaersysteis für» Antriebe zur Erzeugung: gegenläufiger Bewegungsrichtung«]* «rie si« vorzugsweise bei Kolben- oder Plunger-Pumpen und Werkzeugmaschinen vorkOBmexiu

Bei Druckaittel-betriebenen Antrieb*» wird das Druckmittel, a*i-•tens öl ₉ in einem offenen oder geschlossenen Kreislauf durch den ^Antriebsmotor mittels einer regelbaren oder feet Pumpe über «in Mehrweg«-V«ntil abwechselnd den beiden Seiten-üfeir ' Antriebskolben.· zugeführt· Der K&lbsn des Antriebszylinders bewegt «ich dabei j«weil« in Sichtung zur drucklosen Zylinderseit« und überträgt sein« Bewegung mittels starrer Verbindungen auf di« eigentliche Arbeitsmaschine wie z»B, auf die Plunger oder Kolben von Pumpen oder auf Schlitten von Werkzeugmaschinen«

Endlagttnsteuerventile oder -achalter bewirken die Umsteuerung des Mehrwege-Ventils. Strömt die Flüssigkeit von der Druckaittalpis^e über das Mehrwege-Ventil in den Zylinderraun! auf einer Seite des Arbeitskolbens, so läuft sie drucklos aus dem Zylinderrau« auf der anderen Seite über das Hehrwegeventil in die Rücklaufleitung ab.

Das Steuersystem für Druekmittel-betriebene Antriebe besteht demnach im wesentlichen aus den beiden Endlagensteuerventilen bzw· •schaltern, evtl. Impuls-Verstärkern und dem Mehrwege-Ventil·

Bekanntlich wird bei Plunger-Pumpen und bei hin- und hergehenden Schlitten von Werkzeugmaschinen «in Bevegungsdiagrama angestrebt_s das äußerst kurze Beschleunigungs- und Verzögerungswege und äußerst kurze Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten aufweist· Druckabbau und Druckaufbau an den üinkehrptmkten sollen nicht allmählich, sondern kurzzeitig erfolgen*

70 Ö02 f

Für Plunger-Pumpen, die zum Fördern und Eindosieren von Flüssigkeiten hohen und höchsten Druckes in der Technik eingesetzt werden, bedeutet dies* daß mit nur 2 Plungern eine fast stetige Förderung und Eindosierung bei praktisch konstantem Druck erreicht
werden muß. Vom Maß der Stetigkeit der Eindosierung von Katalysator in flüssiger Form in Reaktionsräume, z.B. für Verfahren zur
Hochdruck-Polyäthylen-Herstellung, ist die Stetigkeit der Tempera- I turführung beim Prozeß abhängig. Die Temperaturführung wiederum f wirkt eich auf die Qualität des Produktes aus. f

Für Schlitten von Werkzeugmaschinen, die ein Werkstück zur Bearbeitung tragen, bedeuten kurze Beschleunigungswege und Beschleunigungszeiten bzw» Verzögerungswege und -zeiten, daß die s«g. Tot»
zeit wesentlich vermindert und die Bearbeitungszeit verkürzt w,ird..

Die richtige Auswahl und Gestaltung des Steuersystems ist also j

Voraussetzung für z«B. optimale Verfahreneführung bzw. wirtschaft- !

liehe Fertigung. \

Die Endlagen-Steuergeräte können entweder mechanisch direkt oder
mittel8 hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Übertragung auf das Mehrwege-Vent11 wirken«

Bei mechanischen Endlagensteuergeräten muß das Mehrwege-Ventil in

dsr Mähs dieser Endlagensteuergeräte angebracht sein, da sie aas \

Mehrwege-Ventil direkt betätigen. Diese mechanisch wirkenden End- j

iagensteuergerate haben den Nachteil, daß sie nicht plötzlich den J

gesamten erforderlichen Querschnitt im Mehrwege-Ventil für die 1

Druekmittelmenge freigeben, sondern im Maß der Geschwindigkeit des |

hin- und hergehenden Maschinenteiles» Bei hydraulischen, pneujaa- |

tischen oder- elektrischen Endlagensteuergeräten kann das Mehrwege- |

Ventil räumlich getrennt von ihnen angeordnet werden. Die bekann- |

ten hydrauliach=>wirkenden bzw» pneu»aatiseh-«irkenden Endlagensteu- |

erveirtile haben jedoch den Nachteil, daß bei ihnen der Steuerkol- 1

hen auf seinem ganzen Steuerweg vom hin und hergehenden Maschinen- I

ireil betätigt wird, d.h* der Steuerkolben wird mit einer Geschwin- ]

digkeit bewegt, die der Geschwindigkeit des hin- und hergehenden J

Masehißsnteiies entspricht· Diese Geschwindigkeit ist für den Um- 1

Steuervorgang jedoch zn gering* J

7083OOS-2.7.7O J

70 003

Bei pneumatisch gesteuerten Druckmittel-betriebenen Antrieben läßt sich eine Verkürzung des Uasteuervorganges erzielen* wenn ein pneumatisches Endlagensteuerventil mit kleinstem Hubweg und dann daran anschließend mehrere größer werdende pneumatische Verstärker, je nach Größe des hydraulischen Hehrwege-Ventils angeschlossen werden. Dies bedeutet zwangsläufig großen Aufwand» Schneller Umsteuervorgang kann weiterhin erzielt werden, wenn das Steuersystem Endlagensteuergerät - Mehrwege-Ventil elektrisch ausgebildet wird· Jedoch bringt der Einsatz von elektrischen Steuergeräten wiederum arteigene Nachteil« mit sich, wie da z.B. sind: Verschleiß von Steuerschützen, Kontaktfehler, schwieriges Herausfinden von Fehlerquellen in der elektrischen Anlage und aufwendige Ausbildung in explosionsgefährdeten Raunen oder Anlagen·

Für FÖrder- oder Dosierpunrpen wird oft eine vielzylindrige, ζ·Β. 4- oder 6-zylindrige, doppelseitige Anordnung gewählt*! So kann die Gesamtf order leistung von ζ·Β· 60 l/h auf 3 doppelseitige Pumpen von je 20 l/h aufgeteilt werden» Hierdurch lasse» sich für Teillast oder Reparatur Zylinderpaare abschalten· Für Vollastbetrieb einer solchen Pumpe bei erforderlichem Gleichlauf der einzelnen Zylinderpaare sind bisher aufwendige, zusätzliche Gleichlaufeinrichtungen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem zu finden, das die geschüaerxeJi Haarteile sieht: *iiis?eisx₅ lh kurze Beschleunigungs« und Verzögerungswege hat bei voller Druckauswirkung auf den Antriebskolben·

Diese Aufgabe wird überraschenderweise dadurch gelöst, daß am Steuerkolben jedes Endlagensteuerventils eine Rückholfeder angebracht ist und am Leckölänschlufi die Yerriegeiungsleitung für äam Steuermittel zwischen dem anderen Endlagensteuerventil und dem Mehrwege-Ventil angeschlossen ist· Die Rückholfeder ist am Steuerkolben derart angebracht, daß die Kraftwirkung der Rückholfeder entgegengesetzt ist der Bewegungsrichtung des Steuerkolbens bei tfirksamwerden des Verriegelungsdruckes·

-2.7.70

Um nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Arbeitskolben von 2 oder mehreren Antrieben parallel schalten zu können, werden die Endlagenateuerventile einer Seite* d.h. der gleichen Bewegungsrichtung mehrerer Aggregate miteinander über die Verriegelungsleitungen dieser Endlagensteuerventile verbunden* Die Endlagensteuerventile der anderen Bewegungsrichtung bleiben untereinander un verbunden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß am Endlagensteuerventil ein minimaler Ansteuerhub von einem Bruchteil eines Millimeters genügt, um einen plötzlichen Aussteuerhub von mehreren Millimetern zu erhalten und somit den Druck auf der einen Seite des Arbeitskolben plötzlich zusammenbrechen zu lassen und ihn auf der anderen Seite des Arbeitskolbens plötzlich aufzubauen^-Dureh diese Arbeitsweise ist ^s bei Kolbenoder Plunger-Pumpen möglich, ein fast ideales rechteckiges Förderdiagramm zu erhalten. Der Antriebsdruck auf den Arbeitskolben bleibt bis zur Endlage wirksam, bricht plötzlich zusammen und wird gleichzeitig plötzlich von der anderen Seite her voll wirksam« Bei Werkzeugschlitten bedeutet der Einsatz obigen Steuersysitems »ehr kurze Totzeiten und damit verkürzte Fertigungszeiten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Steuernocken an der Antriebskolbenstange den Kopf des Steuerkolbens nur kurzzeitig berührt und um einen Bruchteil eines Millimeters ventileinwarts bewegt. Infolge der dann wirksam werdenden Kraft der Rückholfeder wird der Kopf des Steuerkolbens sofort vom Steuernocken entfernt. Eine Beschädigung des Endlagensteuerventils durch den Steuernocken bzw. die Antriebskolbenstange kann nicht eintreten.

Bei mehrzylindrigen, doppelseitigen Pumpen läßt sich allein durch Verriegelung der Endlagensteuerventile einer Bewegungsrichtung aller Antriebe völliger Gleichlauf dieser Antriiibe erzielen» Es sind nur eine oder mehrere Verbindungsleitungen erforderlich» Zu- «stalich Gleichlaufeinrichtungen mit evtl. Störquellen entfallen«

der Erfindung sind in den Jieichnungen 1-6 dargestellt 12nd werden im folgenden näher beschrieben»

-2.7.70

11.1»

Ee zeigen:

Fig· 1 - Hydraulischer Antrieb für eine doppelseitige Pumpe mit den verschiedenen Rohrleitungssystemen, in Mittenstellung und Fließrichtuiigsanzeige

Fig. 2 - Endlagensteuerventil in Arbeitsstellung, im Schnitt Fig. 3 - Endlagensteuerventil in Nullstellung, im Schnitt

Fig. »l· - Hydraulischer Antrieb für eine doppelt«irkende Pumpe, in Endlagenstellung und Druckzustand des Druckmittels

Fig. 5*6 - Hydraulischer Antrieb für mehrzylindrige doppelseitige Pumpen, in Endlagenstellung und Druckzustand des Druckmittels.

Der hydraulische Antrieb nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus dem System für den Antrieb, für die Steuerung und für die Verriegelung. In dem Antriebssystem A wird das Druckmittel von einer Pumpe, die der Übersichtlichkeit halber nicht eingaz* lehnet ist, über das Mehrwege-Ventil 1 abwechselnd den beiden Seiten des Antriebezylinders 2 zugeführt. Von der drucklosen Zylinderseite strömt das Mittel über das Mehrwege-Ventil zum AnsaugbehäTter des· Pumpe surüöjC. Die Pumpe iür das Sxeüefung»syis-cerä S, axe Fiüujjc HtU--de ebenfalls picht eingezeichnet, erzeugt den konstanten Steuerungsdruck vor den Endlagen-Steuerventilen 3 und 3*. Oöer diese Ventile wird der Steuerungsdruck abwechselnd auf das Mehrwege-Ventil wirksam, indem er die Kolben 4 hin und her bewegt« Das Verriegelungssystem V verbindet die Endlagensteuerventile mit den Steuerleitungen zwischen Endiagen-Sxeuervejrtiien und des Mehrwege—Ventil. RüelSelaufleituBgen R an den Endlagensteuerventilen ermöglichen die abwechselnde Druckentlastung des Kolben 4 im Mehzwege-Ventil,

Die beiden Endlagensteuerventile, dargestellt £a Fig· 2 und 3, bestehen im wesentlichen aus dem VentükSrper 5, den beiden Deckeln 6 und 7, der Steuerbuchse 8, dem Steuerkolben 9 und der Rückholfeder 10* Der VentilkSrper 5 ist versehen mit einem Steuermittel— anschluß B, einem RücklaufanschluS C und einem Anschlug B füx» die

-2.7,70

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Yerbindungl-eitung zwischen Endlagen-Steuerventil und Mehrwege-Ven-"til· Der Deckel 8 hat einen Anschluß E für die Verriegaauixgs leitung· In den bekannten Steuersystemen dient dieser Anschluß als Leokolaxischlois.

Als Ruhestellung gibt es für da« Endlagensteuerventil die Arbeitsstellung und die Nullstellung· In der Arbeitsstellung ist der Steuerkolben aus den Ventil ausgefahren und bereit für die Ansteuerung durch die sich bewegende Antriebsmaschine, ζ.B, Plunger-Pumpe, Ih der Nullstellung hat die Rückholfeder den Steuerkolben in das Ventil gezogen. Für das Steuerungssystem bezüglich der Endlagensteuerventile gibt es einen statischen Zustand, d.h. ein Ventil ist in Arbeitsstellung und das andere in Nullstellung, und einen dynamischen, d,h, der Steuerkolben des einen Ventils geht von Arbeitsstellung in Nullstellung und der andere Steuerkolben geht von Nullstellung in Arbeitsstellung. Die Steuerungsvorgänge, d.h. die Übergang* von der Arbeitsstellung iur Nullstellung bzw. von der Nullstellung zur Arbeitsstellung laufen im einzelnen wie folgt ab:

In der Arbeitsstellung wird nach Fig. 2 und 3 in Verbindung mit Fig. ^ der Steuerkolben durch den Druck in einer Leitung des Verriegelungssystems über Anschluß E entgegen der Kraft der Rückholfeder nach außen gedrückt· Die Rückholfeder ist zusammengedrückt. Anschlvß D und C stehen über die Kolbeneindrehung 11 mit der Rücklaufleitung R in Verbindung und sind daher drucklos. Die bei D angeschlossene Steuerleitung 12 zum Mehrwege-Ventil ist ebenfalls drucklos. Der am Anschluß B anstehende Steuerdruck kann nicht wirksam werden, weil von B über die Kolbeneindrehung 13 kein Durchfluß freigegeben ist. Erfolgt nun durch den Steuernocken IU an der Antriebskolbenstange die Ansteuerung des Steuerkolbens am Kolbenkopf 15, bewegt sich der Steuerkolben einwärts. Dabei wird nach Fig. 3 der Anschluß B über die Kolbeneindrehung 13 in Verbindung nit dem Anschluß D gebracht.

Nach Fig· »* wird am Endlagensteuerventil 3¹ der Druck von B über D, die SteuerOLeitung 16 und die Verriegelungs leitung 17 auf den Kolben H des Mehrwege-Ventils 1 und auf den Anscüluß E des anderen Endlagensteuerventils 3 wirksam. Der Druck auf den Kolben Ί im Mehrwege-Ventil bewirkt die Umsteuerung der Fließrichtung des Druckmittels für den Antrieb. Im Endlngensteuerventil 3 wird der

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Steuerkolbes entgegen dem Federdruck herausgedrückt, und zwar in Arbeitsstellung. Durch die Verschiebung der Steuerkanten taircS £ie bis jetzt bestehende Verbindung von B nach D unterbrochen und die Verbindung D nach C hergestellt, Bei C erfolgt Entspannung in die RücJtlaufleitung, Dsait wird die Leitüssg 12 sit der Verriegeltmgsleitung 18 drucklos, was zum Zusammenbruch des Druckes unter der Feder von 3* führt und die Federkraft sof*ört wirksam werden läSt· Der Steuerkclben wird in Nullstellung gebracht, Druckaufbau in Leitung 16 und 17 und Druckabbau in Leitung 12 und 18 erfolgen gleichzeitig. Mit Hilfe der Rückholfeder 1O₁ deren Kraft den Druck am Anschluß E entgegenwirkt » wird kurzer Ansteuert?eg und kurze Ansteuej?zeit in langen Aussteuerweg bai sehr kurzer Aussteuerzeit übergeleitet. Die Durchflussquerschnitte dar Steuerorgane werden ruckartig, unabhängig von der Geschwindigfc-ext des Antriebskolbens, freigegeben· Der Steuerdruck aus dem System S wird nach der Umsteuerung schnell und voll auf den Kolben des Mehrwege-Ventil*? wirksam. Das Druckmittel für den Antrieb strömt abwechselnd mit vollem Druck und voller Menge durch das Mehrwege-Ventil in den Antriebszylinder. Die schnelle Umsteuerung des Kolbens des Mehrwege-Ventils bewirkt, daß Belastung und Entlastung des Antriebskolbens in der Endlage gleichzeitig und plötzlich erfolgen.

Das Steuerungssystem für einen mehrzylindrigen Antrieb, z*B. für 2 doppelseitige Pumpen^ ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Die Pumpe .für das Druckmittel ist so groß ausgelegt, daß beide Antriebszylinder gleichzeitig beaufschlagt werden können. Die Antriebssysteme A sind bei a an die Druckleitung der Pumpe angeschlossen. Jedem Antriebszylinder sind ein Mehrwege-Ventil und zwei Endlagensteuerventile mit Steuerungssystem und Verriegelungssystem zugeordnet. Die beiden Steuerungssysteme werden von einer Pumpe versorgt und sind über Anschluß b verbunden, Gleichlauf der beiden Antriebskolben wird erreicht durch die Verbindung der beiden Steuerleitungen 12 üLer die Anschlüsse c. Mit der Verbindung der Steuerleitungen 12 sind auch die Verriegelungsleitungen 18 verbunden. Die beiden Endlagensteuerventile 3' für die andere Bewegungsrichtung sind nicht untereinander verbunden bzw. verriegelt,,

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Je nach GrSSe der pjgapa für das Druckmittel können mehrere Systeme nach Fig« ^ angeschlossen und die Gesanrfcförderleistimg danii: erhöht werden« Ihircih Einbau von Abschält— i>zw. iäaschaHr-Ventilen in den Veasbindungsleixungen. können einzelne Systeme abgeschaltet werden, ζ·Β» füa? Teillasti>etx*iei> oder für

Claims (3)

Schutzansprüche

1. St euere jet am QEfUr Druckmittel-betriebene Antriebe eines Aggregates zur Erzeugung gegenläufiger Bewegungsrichtrungen mit Druckmittel-durchstromtem Mehrwege-Yentil, das an zwei hydraulische Endlagensteuerventile angeschlossen ist, wobei die Endlagensteuerventile mit Anschlüssen für SteuermittelzufluS, Steuermittelabfluß zum oder vom Mehrwege-Ventil, Steuermittelrückfluß und Lecköl versehen sind und die Endlagensteuerventile im wesentlichen aus Ventilkörper, Steuerbuchse und Steuerkolben bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerkolben eine Rückholfeder angebracht ist und am Leckölanschluß die Verriegelungsleitung für das Steuermittel zwischen dem anderen Endlagensteuerventil und dem Mehrwege-Ventil angeschlossen ist.

2. Hydraulisches Endlagensteuerventil, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerkolben eine Rückholfeder angebracht ist, deren Kraftrichtung entgegengesetzt ist der Bewegungsrichtung des Steuerkolbens bei Wirksamwerden des Verriegelungsdruckes.

©ütncWu

3. Steue für Druckmittel-betriebenen Antrieb mehrer Aggregate nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Endlagensteuerventile einer Seite, d.h. der gleichen Bewegungsrichtung mehrerer Aggregate miteinander über die Verriegelungsleitungen dieser Endlagensteaeryentile verbunden sind und die Endlagensteuerventile der anderen Bewegungsrichtung untereinander unverbunden sind.