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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.