Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines durch ein Druckmedium bewegten Kolbens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Bewegung eines durch ein Druckmedium wechselseitig beaufschlag- ten Kolbens.
Bisher ist es bei Maschinen mit einem durch einen Kolben bewegten Tisch üblich, dass von einem Druck erzeuger ein Ölstrom über einen Vorsteuerschieber zum Hauptsteuerschieber geleitet und dort der jewei ligen Zylinderseite zugeteilt wird. Die Umsteuerung erfolgt dabei nicht unmittelbar durch den Haupt steuerschieber, sondern Tischanschläge schwenken einen Anschlaghebel, der den Vorste erschieber ver schiebt.
Durch diese Schaltbewegung wird allmäh lich die Zuführung zum Zylinder gedrosselt und zu letzt der Hauptsteuerschieber hydraulisch verschoben. Dabei überwindet der Hauptsteuerschieber seine Tot lage in der Haltestellung des Tisches ohne jede zusätzliche Feder oder Schneidenbelastung.
Weiterhin ist bekannt, die Umsteuerung mittels eines schwenkbaren Drehschiebers durchzuführen. Die Schwenkbewegung wird hierbei entweder durch Anschläge und Hebel oder durch Schalter und Elektro magnete eingeleitet.
Die gemeinsamen Nachteile dieser Steuerungs arten bestehen einmal in der beim Umsteuern wir kenden Trägheit der Steuerelemente, die durch ent sprechende Beschleunigungskräfte nur langsam über wunden werden kann. Dadurch ist eine Beschränkung der Hubfrequenz gegeben, die sich besonders bei kurzen Hüben als sehr nachteilig auswirkt. Ein ande rer Nachteil ist, dass die Umsteuerung durch An schläge eingeleitet wird. Die durch die Anschläge gegebenen Impulse werden durch längere Hebel systeme oder ähnliches auf den Vorsteuerkolben ge leitet.
Diese Art der Übertragung ergibt beim Um steuern durch ihre Trägheit weitere Zeitverluste. Auch ist die durch die Anschläge vorhandene Unfall quelle recht schwer zu beseitigen.
Eine andere Art der Umsteuerung ist die über- nullsteuerung der Antriebspumpe. Dabei wird das Kolbengehäuse der Pumpe für jeden Umsteuerungs- vorgang gegensätzlich ausgeschwenkt, und zwar so, dass einmal der Förderstrom zu der einen Zylinder- seite und einmal zu der anderen Zylinderseite ge leitet wird. Es ist dabei besonders schwierig, die Be schleunigung der durch das Kolbengehäuse gegebe nen grossen Massen durchzuführen.
Diese Beschleu nigung benötigt eine gewisse Zeit, die von der für die Arbeitsbewegung zur Verfügung stehende Zeit abgezogen werden muss.
Weiterhin ist nachteilig, dass der Arbeitskolben erst dann die volle Geschwindigkeit erreicht, wenn das Pumpengehäuse voll ausgeschwenkt ist. Infolge der zu bewegenden grossen Massen ist für das Aus schwenken eine gewisse Zeiterforderlich. Das be deutet, dass bei hohen Hubzahlen bzw. kleinen Hub längen der geschwindigkeitskonstante Wegabschnitt des Arbeitskolbens relativ klein wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Bewegung eines wechselseitig beaufschlagten Kolbens zu schaffen, wel che ohne Anschläge oder Schalter zeitabhängig um steuern, die Bremsenergie beim Umsteuern nutzen und eine hohe Hubfrequenz zulassen.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass Druckströme von einem Erzeuger einerseits zu einem Drehschieber und zum anderen zu einem mit dem Drehschieber verbundenen hydraulischen Motor geleitet werden und durch die ständige, aber regel bare Rotation des Drehschiebers bewirkt wird, dass der eine Druckstrom abwechselnd in eine der beiden,
zu den beiden Seiten des den Kolben enthaltenden Zylinders führenden Leitungen gelenkt wird, wobei die jeweils andere Leitung als Rücklaufleitung wirkt und. dabei mit einem Druckmittelbehälter verbunden ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens zum Steuern der Bewegung eines durch ein Druckmedium wechselseitig beauf- schlagten Arbeitskolbens, durch dessen Kolbenstange hindurch das Druckmedium dem Zylinder zu- und von ihm weggeführt wird, wobei diese Stange nahe dem Kolben beiderseits desselben mit radialen Boh rungen versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die doppelseitige Kolbenstange und der Arbeitskolben mit einer gemeinsamen Axialbohrung versehen sind,
in die von jedem Kolbenstangenende aus eine inner halb der Kolbenstange einen Steuerkolben aufweisende Steuerkolbenstange eingeführt ist, die hohlgebohrt und an eine vom Drehschieber kommende Leitung ange schlossen ist und die durch eine zur Bohrung der Arbeitskolbenstange abdichtende Buchse umschlossen wird, wobei Steuerkolben und Buchse gegeneinander axial verstellbar sind.
Neben den üblichen Vorteilen eines hydraulischen Antriebes, wie stufenlose Re=gelung unter Last, kon stante Geschwindigkeit auf grösstmöglicher Weg strecke, einfache Überlastungssicherung, Möglichkeit des automatischen Arbeitsablaufes usw. sind. noch folgende Vorteile der nachfolgend an Hand der Fig. 1 beschriebenen Steuerung zu nennen:
Die Möglichkeit zur Erreichung sehr hoher Dop- pelhubza-hlen, denn beim Umsteuern sind .ausser dem Arbeitskolben keine Schalt- oder Steuerelemente zu beschleunigen. Deshalb wird für den Umsteuervor- gang die kleinstmögliche Zeit benötigt und die absolut zur Verfügung stehende Zeit kann fast vollständig für die Ausführung der Arbeitsbewegung benutzt werden.
Der ständig rotierende Drehschieber wird bei der Umsteuerung nicht beschleunigt und hat dadurch eine weit kleinere Leistungsaufnahme als ein Steuer element, das entsprechend der Hubzahl beschleunigt werden muss. Dadurch ist die Steuerung universell und für alle hochtourig hin und her gehenden Bewe gungen (bis zur oszillierenden Bewegung) anwend bar, obwohl auch kleine Hubzahlen möglich sind.
Eine vorgesehene Verbundregelung von Arbeitskreis lauf und Steuerkreislauf gestattet eine Geschwindig keitsregelung bei konstanter Hublänge. Die Steuerung enthält ausserdem keinerlei elektrische Steuer- und Schalteinrichtungen als die für einen Elektromotor üblichen. Dadurch wird die Betriebssicherheit stark erhöht. Die Gestaltung der Umsteuereinrichtung, wel che den Drehschieber und eine feststehende Hub begrenzungseinrichtung besitzt, schliesst Schaltverzüge und damit verbundene Hubungenauigkeiten aus.
In der Zeichnung sind Vorrichtungen zur Durch führung von Ausführungsbeispielen des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemässe Steuervorrichtung für eine Kolbenmaschine, deren Zylinder feststeht, während die Kolbenstange den Hub ausführt, Fig. 2 eine andere Steuervorrichtung, wobei die Hubbegrenzungseinrichtung ausserhalb der Kolben maschine liegt.
Eine durch einen Elektromotor 1 angetriebene, schematisch gezeichnete Radialkolbenpumpe 2 fördert aus einem Ölbehälter 3 Drucköl zu einem Steuer organ 4. An eine Leitung 5 von der Pumpe 2 zum Organ 4 ist ein Überdruckventil 6 mit Ableitung 7 zum Ölbehälter 3 angeschlossen. Das Steuerorgan 4 besteht aus einem Gehäuse 8 und einem Drehschie ber 9. Der Drehschieber hat axial nebeneinander zwei (nicht gezeigte) Ringnuten und dazwischen zwei Paare einander diametral gegenüberliegende Ausfräsungen 10 bzw. 11.
Je die zwei gegenüberliegenden Aus- fräsungen 10 bzw. 11 sind mit einer der Ringnuten durch eine Querbohrung 12 bzw. 13 und eine Innen- bohrung 14 bzw. 15 verbunden. Durch die eine Ring nut und die dazugehörigen Bohrungen erfolgt jeweils der Zufluss und durch die andere der Abfluss vom bzw. zum Drehschieber 9. Die zwischen den Aus- fräsungen 10, 11 liegenden Stege 16 überdecken zeit weilig zwei um 90 versetzte Steuerschlitze 18, 17 im Gehäuse B.
Diese Steuerschlitze 17, 18 sind durch Teleskoprohre 19, 20 mit dem Inneren der Ab schnitte 21, 22 einer doppelseitigen Kolbenstange 23 verbunden. Die doppelseitige Kolbenstange 23 und ein zwischen ihr sitzender Kolben 24 sind mit einer gemeinsamen axialen Bohrung 25 versehen. Un mittelbar neben dem Kolben 24 sind die Kolbenteil 21, 22 mit je vier radialen Bohrungen 26 versehen.
In die axiale Bohrung 25 des Kolbens 24 und der Kolbenstange 23 ist von jedem Ende der Stange 23 aus eine in axialer Richtung verstellbare Kolbenstange 28 mit Steuerkolben 27 eingeführt. Die Kolbenstange 28 (Steuerkolbenstange) hat ebenfalls eine axiale Boh rung 29 und weist nahe dem Kolben 27 vier radiale Bohrungen 30 auf. Der Steuerkolben 27 selbst ist mit einer Querbohrung versehen, in die zwei zu seiner Mantelfläche hin schliessende Kugelventile 31 einge setzt sind und welche durch eine Bohrung 32 mit der axialen Bohrung 29 der Steuerkolbenstange 28 ver bunden ist.
Die Steuerkolbenstange 28 ist durch eine für sich axial verstellbare, abgesetzte Buchse 33 um schlossen, die aussen zu der Bohrung 25 der Kolben stange 23 abdichtet. Der Kolben 24 und seine dop pelseitige Kolbenstange 23 sind in einem festen Zylin der 34 axial bewegbar. An beide Seiten 35, 36 des Zylinders 34 ist je ein Druckspeicher 37 angeschlos sen. Im besonderen sind für die Regelung der Ge schwindigkeit des Kolbens 24 und der Grösse und Lage des Hubes folgende Elemente vorgesehen: Zur Beeinflussung der Geschwindigkeit des Kol bens 24 und der Grösse des Hubes ist die den Druck strom erzeugende Radialkolbenpumpe 2 zweisternig ausgeführt.
Der eine Zylinderstern 38 fördert einen Arbeitsdruckstrom über das Steuerorgan 4 und die eine oder andere Steuerkolbenstange 28 zu der Zylin derseite 35 oder 36. (Im weiteren Arbeitskreislauf ge nannt.) Bei Regelung dieses Sternes 38 wird die Geschwindigkeit des Kolbens 24 verändert. Zur Ver- änderung der Hublänge wird das von dem zweiten Zylinderstern 39 erzeugte Druckmittel einem Hydraur likmotor 40 zugeführt, dessen Welle 41 den Dreh schieber 9 des Steuerorgans 4 antreibt.
(Im weiteren Steuerkreislauf genannt.) Die Verstellung der beiden Zylindersterne 38, 39 der Radialkolbenpumpe 2 erfolgt grundsätzlich in einem entsprechenden Verhältnis gemeinsam. Jedoch besteht auch die Möglichkeit, den den Arbeitsdruck- strom erzeugenden Stern 38 für sich zu regeln. Die gemeinsame Regelung aber führt zu einer Erhöhung der Kolbengeschwindigkeit bei gleicher Hubgrösse.
Um die Lage des Hubes festlegen zu können, werden beide Steuerkolbenstangen 28 mit Buchse 33 gemeinsam entsprechend verschoben. Für die Nach regelung der Lage und eventuell der Grösse des Hubes wird die Versteileinrichtung 42 der Radialkolben- pumpe 2 mit Versteileinrichtungen 43 für die Buch sen 33 und für die Steuerkolbenstangen 28 gekuppelt. Dabei werden die Buchsen 33 auf beiden Steuer kolbenstangen 28 gleichzeitig entgegengesetzt ver schoben. Eine zusätzliche Einstellmöglichkeit ist noch durch ein auf dem Ende der Buchse 33 vor gesehenes Gewinde 44 und eine in dieses Gewinde greifende Mutter 45 gegeben.
Die Steuerkolben 28 sind ebenfalls durch je eine Mutter 46 und ein am Ende der Steuerkolbenstange 28 angebrachtes Ge winde 47 zusätzlich verstellbar.
Die Wirkungsweise bzw. die Arbeitsweise derartig ausgebildeter Steuerungen ist folgende: Mit dem Einschalten des Elektromotors 1 wird die Radialkolbenpumpe 2 angetrieben. Je nach Regel stellung wird Arbeitskreislauf und Steuerkreislauf mit einer grösseren oder kleineren Menge Drucköl ver sorgt. Der Zylinderstern 38 des Abeitskreislaufes för dert seinen Druckölstrom in die Druckleitung 5.
Der Druck ist jedoch durch ein Maximaldruckventil 6 begrenzt; über dieses und eine Behälterleitung 7 kann eine eventuell zu viel geförderte Menge in den Be hälter 3 zurückfliessen. Durch die Druckleitung 5 kommt der ölstrom zum Gehäuse 8 des Steuer organs 4, wird von einer Seite einer Ringnut des Drehschiebers 9 zugeleitet und gelangt im gezeigten Fall über die Innenbohrung 14 und die Querbohrung 12 in zwei gegenüberliegende Ausfräsungen 10.
Die beiden anderen Ausfräsungen 11 sind durch die in 90 dazu liegende Querbohrung 13 und die andere Innenbohrung 15 nach der anderen Seite mit einer Rücklaufleitung 48 zum Behälter 3 verbunden.
Der Drehschieber 9 des Steuerorgans 4 wird durch den Hydraulikmotor 40, der im Steuerkreislauf liegt, in stufenlos regelbare Drehungen versetzt. Somit wer den über die Leitungen 5, 19, 20 jeweils abwechselnd die eine Zylinderseite 35 oder 36 mit Drucköl ge füllt, während die andere Seite 36 oder 35 mit der Rücklaufleitung 48 verbunden ist. Das Drucköl fliesst über Teleskoprohr 19 oder 20 und Bohrung 29 der einen oder anderen Steuerkolbenstange 28 in den Ringkanal 49 zwischen Steuerkolben 27 und Buchse 33 und dann weiter in den Zylinder 34 auf dessen eine Seite.
Kurz vor Beendigung eines Hubes wird an den Bohrungen 26 der als Steuerblock wirkenden Kolbenstange 23 durch die Kante von einem Steuer kolben 27 und von der anderen Buchse 33 der Druck- und RücklaufbIstrom gedrosselt und somit die Kolbengeschwindigkeit verringert.
Nach vollständiger Überdeckung der Bohrungen wird durch die kinetische Energie des Kolbens 24 der eine Druckspeicher 37 aufgeladen. Bei Beendi gung des Hubes ist der Drehschieber 9 so weit ge dreht, dass die Funktionen der Zu- und Ableitungen 19, 20 vertauscht werden, also die Druckleitung 20 zur Rücklaufleitung 19 oder umgekehrt wird. Der erste Impuls für die umgekehrte Hubbewegung er folgt durch .die im entsprechenden Druckspeicher 37 vorhandene Druckenergie.
Dabei fliesst das auf der Gegenseite vorhandene Öl zuerst über die Kugel ventile 31 und später durch Bohrungen 26 über den Ringkanal 49, die Bohrungen 30 in der Steuerkolben stange 28 und Leitungen 19 bzw. 20 und 48 druck los in den ölbehälter 3. Durch Verstellen der Steuer kolben 27 und der Buchsen 33 nach Lage und Ab stand zueinander wird die Lage des jeweiligen Arbeits hubes eingestellt. Die Hubzahl wird durch die Dreh zahl des Drehschiebers 9 geregelt. Um aber eine grö ssere Hubzahl bei gleichem Weg zu erhalten, muss durch Erhöhung der Fördermenge des Sternes 38 des Arbeitskreislaufes die Kolbengeschwindigkeit er höht werden.
Aus diesem Grund ist eine Verbund regelung der beiden Sterne 38, 39 vorgesehen. Die erhöhte Fördermenge des Sternes 39 des Steuerkreis laufes erhöht dann die Drehzahl des Drehschiebers 9. Die Feineinstellung der Hubzahl erfolgt am Motor 40 des Steuerkreislaufes.
Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 2. Die gesamte Hubbegrenzungseinrichtung ist aus dem Kol ben 24 und der doppelseitigen Kolbenstange 23 her ausgenommen und ausserhalb angeordnet. Die Funk tion ist im wesentlichen die gleiche wie vorbeschrie- ben. Für die Hubbegrenzung ist der sich bewegende Kolben 24 mit Kolbenstange 23 mit einer in gleicher Weise aber umgekehrter Richtung sich bewegenden Buchse 50 verbunden, indem die Buchse 50 und die Kolbenstange 23 durch einen zweiarmigen Hebel 51 verbunden sind.
Die Verbundregelung ist auch etwas geändert. Die Verstellung des Steuerkolbens 27 und der Buchse 33 erfolgt zusammen mit der Verstellung des hydrau lischen Motors 40 im Steuerkreislauf. Die gemein same Verstellung der beiden Stern;, 38 und 39 der Pumpe 2 hat dadurch keinen Einfluss mehr auf die Verstellung der Hubbegrenzungseinrichtung. Vielmehr wird, da die Sterne 38 und 39 vom Steuerkreislauf und Arbeitskreislauf gemeinsam geregelt werden, nur die Geschwindigkeit des Motors 40 im Steuer kreislauf und damit die Drehzahl des Drehschiebers 9 verändert.
Dadurch wird :die Geschwindigkeit des Kol bens 24 bei konstanter Hublänge verändert. Es liegt auch nahe, die Radialkolbenpumpe 2 mit zwei Ster nen 38 und 39 durch zwei getrennte Radialkolben- pumpen oder andere mehrteilige, stufenlos regelbare Druckerzeuger zu ersetzen.