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Steuereinrichtung für hin- und hergehende Bewegungen
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für hin-und hergehende Bewegungen, vorzugsweise für ein doppeltwirkendes Schubkolbengetriebe, bei, dem die Richtungsumkehr durch hydraulischeübernullsteuerung einer regelbaren Pumpe erfolgt, die über Leitungen mit den Zylinderräumen des Schubkolbengetriebesverbundenist. Jede der beiden Leitungen fungiert wechselweise als Druck- oder Rücklaufleitung, wobei jeweils in der Rücklaufleitung ein Ölaustausch stattfindet.
Es sind Steuereinrichtungen bekannt, bei denen mittels Folgesteuerung der Ölaustausch im geschlosse- nen Kreislauf erfolgt. Der blaustausch an sich ist erforderlich, um eine unzulässige Ölerwärmung und eine vorzeitige Ölalterung zu vermeiden. Ausserdem wird durch den Ölaustausch das Lecköl ergänzt und ein gewisser Gegendruck aufgebaut. Der Ölaustausch mittels Folgesteuerung geht folgendermassen vor sich :
Die Betätigung des Kolbens, durch den die Pumpe über Null gesteuert wird, geschieht durch einen vorgeschalteten Magnetsteuerschieber. Hat dieser Kolben seinen Hub zurückgelegt, so fliesst durch eine freigegebene Bohrung das Öl in die Rücklaufleitung des Hauptkreislaufes.
Da die Verstellung bis zur Freigabe der Bohrung immer gleich gross ist, muss auch ständig eine konstante Fördermenge vorhanden sein. Es fehlt also die Regelbarkeit der Steuereinrichtung. Um diese Regelbarkeit zu ermöglichem, weisen die bekannten Einrichtungen zur Regelung der Fördermenge eine Schwinge auf. Da die Hubgeschwindigkeit des Arbeitskolbens im Schubkolbengetriebe verändert werden soll, ist die Schwinge an einem Steuerkolben formschlüssig mechanisch angelenkt, wobei der Drehpunkt der Schwinge über eine Verstellspindel verla- gerungsfähigist. Die Verstellmöglichkeit, bei der der Drehpunkt der Schwinge verschiebbar ist, wirkt sich besonders bei kurzen und schnellen Hüben nachteilig aus.
Bei diesen kurzen schnellen Hüben sowie bei grösseren Anlagen sind die Massenkräfte der bewegten Teile so gross, dass diese Teile bereits nach kurzer Betriebsdauer zerstört werden. Ausserdem wird das sich zwischen den Führungen der Schwinge notwendige Montagespiel, das sich in kurzer Zeit durch die auftretenden Stösse vergrössern wird, an den umsteuernden Teilen zu einem mit Geräusch verbindenden Zurückschlagendes Pumpensternes führen, derjaeine zeitlang nicht festgehalten wird, u. zw. so lang, bis die Anlagekante der Schwinge auf die andere Seite gewechselt hat.
Die Leitungen, welche die über Null steuerbare Arbeitspumpe mit den Zylinderräumen des Schubkolbengetriebes verbinden, fungieren wechselweise'als Druck-oder Saugleitung. In der Rücklaufleitung findet dabei jeweils ein Ölaustausch statt. Es ist dabei aich bekannt, eine separate Steuerpumpe über ein Steuerventil mit dem Übernullsteuerkolben der regelbaren Arbeitspumpe zu verbinden, wobei je nach Stellung des Steuerventils die linke oder rechte Stirnfläche des Übernullsteurkolbens beaufschlagt wird.
Des weiteren ist eine Durchspülvorrichtung für Flüssigkeitsgetriebe bekannt, bei der die Saugleitung der mit einer Pumpe betriebenen Durchspülvorrichtung an die jeweilige Saugseite des Flüssigkeitsgetriebes durch ein bekanntes Umsteuerorgan angeschlossen wird.
Die Umsteuerung der Pumpe zur Richtungsumkehr des Hydromotors erfolgt dabei so, dass die Fördermenge der Pumpe ständig kleiner wird, der Hydromotor infolge der Massenkräfte jedoch weiterläuft. Dadurch verringert sich der Druck in der Druckleitung, d. h. er wird kleiner als der Druck in der Rücklaufleitung, wodurch die Hilfspumpe in die Druckleitung fördert, da der ungebremste Hydromotor Öl benö- tigt. Reicht das Öl, das die Hilfspumpe fördert, nicht aus, so muss sich das in der Leitung angeordnete Saugventil öffnen.
In dieser Phase erfolgt die Bremsung nur durch Reibkräfte, womit die Anwendung die-
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ser Durchspülvörrichtung, beispielsweise für senkrechte hin-und hergehende Bewegungen, nicht gewähr- leistet ist, da der Arbeitszylinder bis in seine Endstellung durchschlägt. Eine Umsteurung erfolgt voll- kommen ungedämpft, wodurch insbesondere bei kurzen Hüben für geradlinige Bewegungen der Hydromo- tor noch nicht zum Stillstand gekommen ist und bereits wieder einen Druckstoss erhält, der das Spülventil in die andere Stellung schiesst. Dies führt dazu, dass das genannte Spülventil mehrmals hin- und herpen- delt und zu einer vollkommen unkontrollierbaren Umsteuerung führt.
Ein Zusammenhang mit der durchgeführten Bewegung des Umsteuerprozesses besteht daher nicht mehr.
Diese mit der bekannten Durchspülvorrichtung erreichbare stosshafte Umsteuerung ist somit für weiche und trotzdem schnelle Umsteuerungsvorgänge nicht geeignet.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, die Nachteile der bekannten Steuereinrichtungen zu be- seitigen und eine Steuereinrichtung für hin-und hergehende Bewegungen, insbesondere für doppeltwirken- de Schubkolbentriebe zu schaffen, bei der der Ölaustausch nur während der Hubbewegung mit gleichför- miger Geschwindigkeit des Schubkolbengetriebes stattfindet, so dass die Übernullsteuerung der regelbaren
Pumpe und damit die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Schubkolbengetriebes an den Hubenenden im geschlossenen Kreislauf erfolgt, wodurch eine genaue und stossfreie Umsteuerung des Sehubkolbengetrie- bes ermöglicht werden soll.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass an beide den Arbeitszylinder mit der regelbaren Pumpe verbindenden Leitungen durch zwei weitere Leitungen je ein Ölaustauschventil ange- schlossen ist, das einen einerseits durch Federn und anderseits durch Druckmittel beaufschlagten Steuer- kolben enthält. Gleichzeitig ist die druckmittelbeaufschlagte Seite jedes Steuerkolbens der Ölaustausch- ventile mit einer Seite des verstellbaren oder konstant eingestellten Übernullsteuerkolbens durch bestimm- te Leitungen mit einem von der Bewegung des ArbeitskolbensbeeinflusstenUmsteuerschieberverbunden.
Die die Steuerkolben einerseits beufschlagenden Federn der Ölaustauschventile sind dabei so ausgebildet, dass diese jeweils erst nach erfolgter Umsteuerung des Übernullsteuerkolbens durch den ansteigenden Druck der Hilfspumpe geöffnet werden.
DieerfindungsgemässeSteuereinrichtung arbeitet als Drucksteuerung, wodurch eine Regelung der För- dermenge und damit auch der Arbeitsgeschwindigkeit möglich ist. Des weiteren wird durch die Einstel- lung der Federn der Ölaustauschventile erreicht, dass vor der Übernullsteuerung jeweils die Leitungen für den Ölaustausch gesperrt werden und die Übernullsteuerung selbst im geschlossenen Kreislauf erfolgt. Da- durch ist eine genaue und stossfreie Umsteuerung möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Zeichnung eine schematische Anordnung der erfindungsgemässen Steuereinrichtung zeigt.
Ein doppelt wirkendes Schubkolbengetriebe, bestehend aus Zylinder 1 und Kolben 2, ist durch
Leitungen 3,4, die wechselweise als Saug-bzw. Druckleitung fungieren. mit einer regelbaren Radial- kolbenpumpe 5 verbunden. Der Schwenkzapfen 6 dieser Pumpe ist mit einem Übernullsteuerkol- ben 7 gekoppelt, der sich im Verstellgehäuse 8 befindet. Beide Stirnseiten des Verstellgehäuses 8 sind mit je einer Verstellspindel 9,10 versehen.
Von einer Leitung 4 des Steuerkreislaufes führen
Leitungen 11, 12 zu einem Ölaustauschventil 13 und von der andernSteuerleitung 3 führen Lei- tungen 14, 15 zu einem weiteren Ölaustauschventil 16. Beide Ventile 13 bzw. 16, die je einen durch eine Feder 17,18 belasteten Kolben 19,20 enthalten, sind über Leitungen 21, 22 bzw. 23,
24 mit einem Umsteuerschieber 25 verbunden, an dem eine Hilfspumpe 26 über eine Leitung 27 angeschlossen ist.
DieZylinderräumeim Verstellgehäuse 8 zu beiden Stirnseiten des Übernullsteuerkolbens 7 sind an die Leitung 21 bzw. 23, welche die Ölaustauschventile 13,16 mit dem Umsteuerschieber 25 verbindet, über Verbindungsleitungen 28,29 angeschlossen.
Die Leitungen 3, 4 des Hauptsteuerkreislaufes sind durch je ein Sicherheitsventil 30,31 ent- haltende Leitungen 32,33 miteinander verbunden. Die von den Ölaustauschventilen 13,16, vom
Umsteuerschieber 25 und von der Druckleitung 27 zum Behälter führenden Leitungen 34,35, 36 und 37 enthalten je ein Überströmventil 38, 39,40.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Steuereinrichtung ist folgendes
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gezeichneten Stellung bewegt sich der Arbeitskolbengetriebes nach unten. Die Radialkolbenpumpe 5 fördert über die Leitung 3 in den oberen Raum des Arbeitszylinders 1. Das aus der Gegenseite verdrängte Öl fliesst der Radialkolbenpumpe 5 über Leitung 4 wieder zu.
Um das im Hauptkreislauf befindliche Öl zur Vermeidung vorzeitiger Erwärmung und Alterung aus- zutauschen und das Lecköl zu ergänzen, wird durch die Pumpe 26, über Leitung 27, Umsteuerschie-
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ber 25 und Leitungen 21,11 über das Ölaustauschventil 13 Öl in die momentan als Rückführungsleitung fungierende Leitung 4, des Hauptkreislaufes gefördert. Das ausgetauschte Öl fliesst dabei aus der gleichen Leitung 4 über Leitungen 12, 35, 34 in den Behälter zurück.
Durch mechanischen, elektrischen oder hydraulischen wegabhängigen Steuerimpuls am Arbeitskolben 2 wird der Umsteuerschieber 25 umgesteuert, wodurch keine Druckbeaufschlagung des Kolbens 19 über die Leitung 22 mehr erfolgt.
Durch Rückführung des Kolbens 19 auf Grund der freiwerdenden Kraft der Feder 17 wird die Verbindung der an die Leitung 4 angeschlossenen Leitungen 11 bzw. 12 mit den zur Hilfsölpumpe 26 führenden Leitungen 21, 27 bzw. den Leitungen 35,34 zum Behälter unterbrochen, so dass während der Umsteuerung der Hauptkreislauf geschlossen ist.
Die Hilfsölpumpe 26 beaufschlagt nach der Umsteuerung über die Leitungen 27,23, 29 die der Verstellspindel 10 zugewendete Stirnseite des Übernullsteuerkolbens 7 und bewegt diesen nach rechts, wobei der Schwenkzapfen 6 in seine andere Totpunktlage und die Radialkolbenpumpe 5 über Null gesteuert wird.
Die Förderrichtung der Radialkolbenpumpe 5 wird auf Grund der Übernullsteuerung umgekehrt und damit der Arbeitskolben 2 nach oben bewegt. Das Frischöl der Hilfsölpumpe 26 wird nun, nachdem der Druck in der Leitung 23, "24 angestiegen ist und der Ventilkolben 20 die Kraft der Feder 18 überwunden hat, dem halbgeschlossenen Kreislauf über Leitung 14 zugeführt. Als Rücklaufleitung fungiert jetzt die Leitung 3. Das überschüssige Öl gelangt aus dem Kreislauf über Leitung 15 und 34, Ventil 38 in den Behälter.
Die Ventile 38,39 erzeugen einen bestimmten Gegendruck in der Anlage und dienen als Sicher-
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mittelbaren Zusammenhang. Werden die Spindeln 9, 10 nach aussen verstellt, so hat der Übernullsteuerkolben 7 einen längeren Hub zurücklegen. Die Pumpe 5 wird weiter ausgelenkt und fördert nun eine grössere Ölmenge in einen der Zylinderräume des doppeltwirkenden Schubkolbengetriebes, wodurch der Arbeitskolben 2 schneller bewegt wird. Es ergibt sich bis zum Stillstand des Kolbens 2 ein grösserer Auslaufweg, der von der Masse und der Geschwindigkeit des Kolbens 2 abhängig ist. Um jedoch den Abstand de'Umkehrpunkte konstant zu halten, muss die Umsteuerung des Übernullsteuerkolbens 7 schnellererfolgen. Diesesist möglich, wenn der Hilfsölstrom entsprechend regelbar ist.
Wenn also die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht wird, so muss im entsprechenden Verhältnis auch der Hilfsölstrom vergrössert werden.
Die Zuordnung des erforderlichen Hilfsölstromes zum Hauptölstrom erfolgt mechanisch, elektrisch oder hydraulisch. Meistens werden nicht mehr als zwei Geschwindigkeiten benötigt, die zum Einrichten und dem eigentlichen Betrieb der Maschine dienen. Für diesen Fall sind entsprechende Anschläge am Übemullsteuerkolben 7 vorgesehen, die hydraulisch in denEndstellungen des Kolbens 7 betätigt werden.
Die Umsteuerung wird von den festen Anschlägen, Endschaltern usw. eingeleitet. Die Lage der Umkehrpunkte wird unabhängig von der Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 2 durch die Zuordnung eines regelbaren Hilfsölstromes konstant gehalten.
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Control device for reciprocating movements
The invention relates to a control device for reciprocating movements, preferably for a double-acting push-piston gear, in which the direction is reversed by hydraulic zero control of a controllable pump which is connected to the cylinder chambers of the push-piston gear via lines. Each of the two lines acts alternately as a pressure or return line, with an oil exchange taking place in the return line.
Control devices are known in which the oil exchange takes place in a closed circuit by means of sequential control. The blue replacement itself is required to avoid impermissible oil heating and premature oil aging. In addition, the leakage oil is supplemented by the oil exchange and a certain counter pressure is built up. The oil exchange by means of sequence control proceeds as follows:
The piston, which controls the pump above zero, is actuated by an upstream magnetic control slide. Once this piston has completed its stroke, the oil flows through a released bore into the return line of the main circuit.
Since the adjustment is always the same until the hole is released, a constant flow rate must also be available at all times. So there is no controllability of the control device. In order to enable this controllability, the known devices for regulating the delivery rate have a rocker. Since the stroke speed of the working piston in the thrust piston gear is to be changed, the rocker arm is mechanically linked to a control piston in a form-fitting manner, the pivot point of the rocker arm being able to be moved via an adjusting spindle. The possibility of adjustment, with which the pivot point of the rocker can be moved, has a disadvantageous effect, particularly with short and fast strokes.
With these short, fast strokes and with larger systems, the inertia forces of the moving parts are so great that these parts are destroyed after a short period of operation. In addition, the assembly play required between the guides of the rocker, which will increase in a short time due to the impacts occurring, will lead to a noise-related return of the pump star on the reversing parts, which will not be held for a while, u. between until the contact edge of the rocker has changed to the other side.
The lines which connect the working pump, which can be controlled via zero, to the cylinder chambers of the thrust piston mechanism function alternately as a pressure or suction line. Oil is exchanged in the return line. It is also known to connect a separate control pump via a control valve to the over-zero control piston of the controllable working pump, the left or right end face of the over-zero control piston being acted upon depending on the position of the control valve.
Furthermore, a flushing device for fluid transmissions is known in which the suction line of the flushing device operated by a pump is connected to the respective suction side of the fluid transmission by a known reversing device.
The reversal of the pump to reverse the direction of the hydraulic motor takes place in such a way that the delivery rate of the pump is constantly decreasing, but the hydraulic motor continues to run due to the inertia forces. This reduces the pressure in the pressure line, i. H. it is lower than the pressure in the return line, which means that the auxiliary pump feeds into the pressure line since the unbraked hydraulic motor requires oil. If the oil that the auxiliary pump delivers is insufficient, the suction valve in the line must open.
In this phase, braking takes place only through frictional forces, which means that the application
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This flushing device, for example for vertical back-and-forth movements, is not guaranteed because the working cylinder penetrates into its end position. A change of direction takes place completely undamped, which means that the hydraulic motor has not yet come to a standstill, particularly with short strokes for straight movements, and already receives a pressure surge again, which shoots the flushing valve into the other position. This has the result that the flush valve mentioned oscillates back and forth several times and leads to a completely uncontrollable reversal.
There is therefore no longer any connection with the movement of the reversing process.
This sudden reversal, which can be achieved with the known flushing device, is therefore not suitable for soft but nevertheless rapid reversal processes.
The object of the invention is therefore to eliminate the disadvantages of the known control devices and to create a control device for reciprocating movements, in particular for double-acting push piston drives, in which the oil is only exchanged during the stroke movement at the same speed Thrust piston mechanism takes place, so that the over-zero control of the controllable
The pump and thus the acceleration or deceleration of the reciprocating piston gear at the stroke ends takes place in a closed circuit, which is intended to enable an exact and smooth reversal of the reciprocating piston gear.
According to the invention, this object is achieved in that an oil exchange valve is connected to both lines connecting the working cylinder with the controllable pump through two further lines and contains a control piston acted on by springs on the one hand and pressure medium on the other. At the same time, the pressurized side of each control piston of the oil exchange valve is connected to one side of the adjustable or constant oversull control piston through certain lines with a reversing spool influenced by the movement of the working piston.
The springs of the oil exchange valves which act on the control piston on the one hand are designed in such a way that they are only opened after the over-zero control piston has been reversed due to the increasing pressure of the auxiliary pump.
The control device according to the invention works as a pressure control, which makes it possible to regulate the delivery rate and thus also the operating speed. Furthermore, by setting the springs of the oil exchange valves, the lines for the oil exchange are blocked before the oversull control and the oversull control takes place in a closed circuit. This enables precise and smooth reversal.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment, the drawing showing a schematic arrangement of the control device according to the invention.
A double-acting push piston gear, consisting of cylinder 1 and piston 2, is through
Lines 3, 4, which alternately as suction or. Acting pressure line. connected to a controllable radial piston pump 5. The pivot pin 6 of this pump is coupled to an over-zero control piston 7, which is located in the adjustment housing 8. Both end faces of the adjustment housing 8 are each provided with an adjustment spindle 9, 10.
Lead from a line 4 of the control circuit
Lines 11, 12 to an oil exchange valve 13 and from the other control line 3 lines 14, 15 lead to a further oil exchange valve 16. Both valves 13 and 16, which each contain a piston 19, 20 loaded by a spring 17, 18 via lines 21, 22 or 23,
24 is connected to a reversing slide 25 to which an auxiliary pump 26 is connected via a line 27.
The cylinder spaces in the adjustment housing 8 on both ends of the oversull control piston 7 are connected to the line 21 or 23, which connects the oil exchange valves 13, 16 with the reversing slide 25, via connecting lines 28, 29.
The lines 3, 4 of the main control circuit are connected to one another by lines 32, 33 each containing a safety valve 30, 31. The of the oil exchange valves 13,16, from
Reversing slide 25 and lines 34, 35, 36 and 37 leading from the pressure line 27 to the container each contain an overflow valve 38, 39, 40.
The mode of operation of the control device according to the invention is as follows
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position shown moves the piston gear down. The radial piston pump 5 delivers via the line 3 into the upper space of the working cylinder 1. The oil displaced from the opposite side flows back to the radial piston pump 5 via line 4.
In order to replace the oil in the main circuit in order to avoid premature heating and aging and to replenish the leakage oil, the pump 26, via line 27, reverses the valve.
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Oil is conveyed via 25 and lines 21, 11 via the oil exchange valve 13 into the line 4 of the main circuit, which is currently functioning as a return line. The exchanged oil flows back into the container from the same line 4 via lines 12, 35, 34.
The reversing slide 25 is reversed by mechanical, electrical or hydraulic travel-dependent control impulses on the working piston 2, as a result of which the piston 19 is no longer subjected to pressure via the line 22.
By returning the piston 19 due to the released force of the spring 17, the connection of the lines 11 and 12 connected to the line 4 with the lines 21, 27 and the lines 35, 34 leading to the auxiliary oil pump 26 to the container is interrupted, so that the main circuit is closed during the reversal.
After the reversal, the auxiliary oil pump 26 acts on the end face of the oversull control piston 7 facing the adjusting spindle 10 via the lines 27, 23, 29 and moves it to the right, the pivot pin 6 being controlled to its other dead center position and the radial piston pump 5 being controlled above zero.
The delivery direction of the radial piston pump 5 is reversed due to the oversull control and thus the working piston 2 is moved upwards. After the pressure in the line 23, "24 has risen and the valve piston 20 has overcome the force of the spring 18, the fresh oil of the auxiliary oil pump 26 is now fed to the semi-closed circuit via line 14. Line 3 now functions as the return line. The excess Oil escapes from the circuit via lines 15 and 34, valve 38 into the container.
The valves 38,39 generate a certain counter pressure in the system and serve as a safety
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indirect connection. If the spindles 9, 10 are adjusted outwards, the oversull control piston 7 has to cover a longer stroke. The pump 5 is deflected further and now conveys a larger quantity of oil into one of the cylinder spaces of the double-acting push-piston gear, whereby the working piston 2 is moved faster. Up until the piston 2 comes to a standstill, there is a greater discharge path which is dependent on the mass and the speed of the piston 2. However, in order to keep the distance of the reversal points constant, the reversal of the over-zero control piston 7 must take place more quickly. This is possible if the auxiliary oil flow can be regulated accordingly.
If the working speed is increased, the auxiliary oil flow must also be increased in a corresponding ratio.
The allocation of the required auxiliary oil flow to the main oil flow is done mechanically, electrically or hydraulically. Most of the time no more than two speeds are required, which are used for setting up and actually operating the machine. For this case, appropriate stops are provided on the overspill control piston 7, which are hydraulically actuated in the end positions of the piston 7.
The reversal is initiated by the fixed stops, limit switches, etc. The position of the reversal points is kept constant regardless of the speed of the working piston 2 by assigning a controllable auxiliary oil flow.