DE1653546C3 - Hydraulischer Vibralionsantrieb - Google Patents

Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (24, 26, 30, 32) in der Steuerbuchse (18) und im Schieber (28) dreieckförmig ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (30, 32) iin Schieber (28) unmittelbar aneinandergrenzen und eine einzige öffnung bilden.

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Vibrationsantrieb mit einem Schubkolbentrieb, dessen Kolben wenigstens an der der Last abgewandten Seite über ein Umsteuerventil abwechselnd mit einer Druckölquelle und einem drucklosen Ablauf ver-

beitskolben (2) gekuppelt ist und daß für den 30 bindbar ist, und mit Steuermitteln, mit denen der Schieber ein Drehantrieb (38) vorgesehen ist. Druckölzufluß abhängig von der Last veränder

bar ist.

Vibrationsantriebe der genannten Art sind als Schwingungserzeuger in Prüfmaschinen für Schwingungs- und Rütteluntersuchungen und auch für Festigkeitsprüfungen mit Arbeitsfrequenzen bekannt, die in der Größenordnung bis 50 Hz liegen.

Bei diesen bekannten Vibrationsantrieben ist das Umsteuerventil als Durchfluß-Regelventil mit axial

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, da- 40 verschiebbarem Schieber ausgebildet, mit dem die durch gekennzeichnet, daß der Durchgang im beiden Kolbenseiten mit im wesentlichen gleicher Schieber rhombusförmig ausgebildet ist, wobei Größe- abwechselnd mit Drucköl beaufschlagt wereine Diagonale achsparallel liegt. den. Die Antriebe sind weiter mit elektrischen Weg-

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- und Kraftaufnehmern versehen. Die Ansteuerung kennzeichnet, daß über den Umfang der Steuer- 45 des Durchfluß-Regelventils erfolgt dabei in Abhänbuchse (18) und des Schiebers (28) verteilt meh- gigkeit von einem elektronischen Sollwert-Istwertrere Rücköl- und Drucköldurchgänge (30, 32) Vergleich.

angeordnet sind. Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Vibrationsantrieb zu schaffen, der als Leistungskennzeichnet, daß die Drucköldurchgänge (26) 50 antrieb beispielsweise für Rüttelsiebe, Feinbrecher und die Rücköldurchgänge (20) in der Steuer- für Sand u. dgl. verwendbar ist. Der Vibrationsbuchsc (18) jeweils in Umfangsrichtung gegen- antrieb soll dabei in Abhängigkeit von der jeweiligen einander versetzt sind. Last selbsteinstellend sein, und zwar ohne elektrische

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- Regelkreise.

kennzeichnen, daß der Schieber (28) auf dem 55 Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch Umfang jeweils mit zwei diametral gegenüberliegenden Durchgängen (30, 32) versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stcuerbuchse (18) axial verschieblich ist.

gelöst, daß als Umsteuerventil ein Drehschieberventil mit einer radial durchströmten Steuerbuchse mit axial im Abstand voneinander liegenden Durchgängen für das Drucköl bzw. Rücköl und mit einem Drehschieber vorgesehen ist, der gleichfalls axial im

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Abstand voneinander liegende radiale Durchgänge kennzeichnet, daß der Steuerschieber (28) rohr- aufweist, die in wenigstens einen nach einem Schieförmig ausgebildet ist. bcrende hin offenen Kanal münden, daß die Durch-

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gänge der Steuerbuchse nach den Buchsenenden zu gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (28) dreh- 65 divergieren und die Durchgänge des Schiebers nach bar auf einer mit dem Arbeitskolber. (2) verbun- den Schieberenden hin konvergieren, daß der denen Verbindungsstange (34) gelagert ist. axiale Abstand der Schieberdurchgänge kleiner ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch als der Abstand der Durchgänge der Steuerbuchse,

laß der der Last zugewandte Durchgang der Steuerjuchse mit der Rückölleitung verbunden ist, daß der Jchieber in axialer Richtung starr mit dem Arbeitstolben gekuppelt ist und daß für den Schieber ein Drehantrieb vorgesehen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Vit rationsantrieb ist i

Drehzahl des

die Arbeitsirequcfiz abhängig vor. der Drehzahl
Drehschiebers, die durch Änderung der Drehzahl des Antriebsmotors leicht veränderbar ist. Der Antrieb paßt sich weiter automatisch mit seiner Leistungsabgabe der jeweiligen Last an und schaltet bei Überlast selbsttätig ab.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen an Hand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen hydraulischen Antrieb gemäß der Erfindung;

F i g. 2 bis 4 zeigen das Steuerorgan in Abwicklung in verschiedenen Betriebszuständen des Antriebs;

Fig. 5 zeigt im Längsschnitt eine abgewandelte Ausführungsform des Antriebs gemäß der Erfindung in Anwendung auf einen Brecher mit rotierenden Brechbacken.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist ein Arbeitskolben 2 axial in einem Zylinder 4 geführt, so daß er in axialer Richtung hin- und herbeweglich ist. Unmittelbar an den Zylinder 4 schließt sich ein Gehäuse 6 an. das an seiner Unterseite mit einen. Deckel 8 verschlossen ist. Seitlich in dem Gehäuse 6 ist ein Anschluß 10 für die Druckflüssigkeit und ein Anschluß 12 für die Rückölleitung zum Tank vorgesehen. Diese Anschlüsse münden in Ringnuten 14, 16. Im Inneren des Gehäuses ist eine Steuerbuchse 18 angebracht, die auf ihrem äußeren Umfang wiederum Ringnuten 20, 22 trägt, die den Ringnuten 14, 16 gegenüberliegen. In der Steuerbuchse sind weiter radiale Durchgänge 24, 26 angebracht, die axial im Abstand voneinander liegen und auf die weiter unten noch näher eingegangen wird.

Innerhalb der Steuerbuchse ist ein drehbarer Steuerschieber 28 angebracht, der rohrförmig ausgebildet, d. h. an seinen beiden Enden offen ist. In der Mantelfläche des Schiebers 28 sind unmittelbar aneinandergrenzend zwei radiale Durchgänge 30, 32 angeordnet, auf die gleichfalls weiter unten näher eingegangen wird.

Der Arbeitskolben 2 trägt an seiner Unterseite eine Verbindungsstange 34, deren Ende 36 durch einen Steg 38 des Schiebers 28 geführt ist und mit dem Schieber in axialer Richtung starr verbunden ist. Die Verbindung ist als Drehlager ausgebildet, auf dem sich der Steuerschieber 28 um seine Achse drehen kann.

An der Unterseite des Gehäusedeckels; 8 ist ein Antriebsmotor 38 angeordnet, oer hier als Hydromotor ausgebildet ist und dessen Abtriebswelle 40, die hinreichend druckdicht durch den Gehäusedeckel 8 geführt ist. einen Mitnehmer 42 trägt, der in Nuten 44 des Steuerschiebers 28 eingreift.

Auf dem Deckel 8 ist über einen Lagerring 4C> abgestützt ein mit einem Zahnkranz versehener Ring 48 drehbar gelagert, in den über ein Gewinde 50 die Steuerbuchse 18 eingesehraubt ist. Mit dem Zahnkranz arbeitet ein Kegelrad 52 zusammen, das durch ein auf der Außenseite des Gchiiuscs 6 angebrachtes Handrad 54 verstellbar ist. Die Steuerbuchse ist durch einen in eine Längsnut 56 eingreifenden Arretierungsstift 58 gegen Drehung gesichert.

Das obere Ende des Arbeitskolbens 2 ist abge_setzt, so daß eine Ringfläche 60 gebildet ist, die mit dem Zylinderdeckel 62 einen Zylinderraum bildet, der mit einer Anschlußbohrung 64 in der Zylinderwand 4 in Verbindung steht.

Als Stromquelle für den Antrieb ist eine Hydraulikpumpe 66 vorgesehen, die über eine Leitung mit dem Anschluß 10 und eine Leitung 70 mit dem An-Schluß 64 in Verbindung steht und an die weiter ein Speicher 72 angeschlossen ist, der auf einen bestimmten Druck vorgespannt ist. Als Systemsicherung ist ein Druckbegrenzungsventil 74 vorgesehen. An die Hochdruckleitung der Pumpe 66 ist weiter über eine Leitung 76 und einen einstellbaren Mengenregler 78 der Hydromotor 38 angeschlossen.

Wie aus der Abwicklung nach F i g. 2 hervorgeht, divergieren die Öffnungen 24 und 26 nach den Enden der Steuerbuchse. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben sie die Form von Dreiecken. Die Öffnungen 24 und 26 liegen in einem axialen Abstand X voneinander. Die Öffnungen 24 und 26 sind jeweils um eine halbe Teilung gegeneinander auf dem Umfang versetzt. Die Öffnungen 30 und 32 des Steuerschiebers konvergieren zu den Schieberenden hin und sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer einzigen Öffnung verschmolzen, die hier die Gestalt eines Rhombus hat, deren eine Diagonale achsparallel verläuft und deren Schrägseiten parallel zu den Schrägseiten der öffnungen 24 und 26 der Steuerbuchse liegen. Die Größe der Öffnungen und ihre Form sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel so gewählt, daß zwisehen den Stellungen, in denen die Öffnungen 30 und 32 die Öffnungen 24 und 26 überschneiden, eine Stellung gegeben ist, in der die Öffnungen 30, 32 völlig durch die Steuerschieberw3nd abgedeckt sind (Überdeckung Null). Die Überdeckung kann jedoch, abhängig von den jeweiligen Forderungen, auch positiv oder negativ sein, d. h., die Überdeckung kann für eine bestimmte Zeitdauer gegeben sein (positiv), oder der Steuerschieber kann für eine bestimmte Zeitdauer eine gewisse Verbindung zwisehen den Öffnungen aufrechterhalten (negativ).

Von den Öffnungen 24 und 25 sind auf dem Umfang der Steuerbuchse mehrere angeordnet. Von den Öffnungen 30 und 32 im Steuerschieber sind vorzugsweise jeweils zwei diametral gegenüberliegend angeordnet.

Im Betrieb wird der Steuerschieber 28 über den Hydromotor 38 mit einer vorbestimmten Drehzahl angetrieben, so daß die Öffnungen 30 bzw. 32 jeweiis über die Öffnungen 24 bzw. 26 hinwegstreichen Durch die Drehzahl des Hydromotors ist die Zeitdauer vorbestimmt, während der die öffnung 30 die Druckmittelzufuhr zu dem Arbeitsraum unter den Arbeitszylinder über die öffnung 26 freigibt unc ebenso die Zeitdauer, während der die öffnung 3i die Rückführung des Rücköles über die öffnung 2^ in den Tank ermöglicht. Diese Zeitdauer hängt zu sätzlich von der axialen Lage des Steuerschiebers 21 relativ zu der Steuerbuchse 18 ab und beträgt be dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 für den öl ausstoß I_r und für den Ölzustrom t„. Die Beträge voi I₁₁ und t, ergeben zusammen die Zeitdauer eines Ar beitsspicles, wenn die Überdeckung Null ist (Peri

1 D ÖD

odenzeit). Die axiale Höhe der öffnungen 24, 26, 30 und 32 ist im Verhältnis zum Hub des Arbeitskolbens, der in der Größenordnung von Millimetern liegt, groß, so daß die Verlagerung des Steuerschiebers durch den Hub des Arbeitskolbens für die Wirkungsweise außer acht gelassen werden kann. Wie aus der Zeichnung und den vorstehenden Ausführungen ersichtlich, bilden die öffnungen 32 und 24 bzw. 30 und 26 zusammen jeweils rechteckige Durchgangsquerschnitte.

Die öffnungen 26 und 30 haben eine axiale Überdeckung h' und die Öffnungen 24 und 32 eine axiale Überdeckung h". Mit kleiner werdendem h' vergrößert sich h" und umgekehrt. Das durch die jeweiligen Querschnitte durchströmende öl ist abhängig von der Druckdifferenz über den Öffnungsquerschnitt und der Öffnungszeit t_a bzw. t_r. Die Druckdifferenz über die Durchtrittsöffnungen ist unter anderem auch abhängig von dem Strömungswiderstand durch den jeweils gegebenen Querschnitt.

Angenommen, auf den Arbeitskolben wirkt nur die jeweilige Last als Rückführkraft für den Arbeitskolben. Der Arbeitskolben wird sich dann mit dem Steuerschieber in einer axialen Lage einpendeln, in der die unter dem Druck der Last während des Rückholzeitraums t_r aus dem Uberdeckungsquerschnitt der öffnungen 24 und 32 ausströmende Ölmenge gleich der ölmenge ist, die während der Arbeitszeit /„ über den Uberdeckungsquerschnitt der Öffnungen 26 und 30 einströmt. Verringert sich die Last, muß zur Wiedererlangung der Gleichgewichtsbedingungen t_r größer und t_a kleiner werden. Vergrößert sich die Last, wird entsprechend t_r kleiner und t_a größer. Einen Betriebszustand unter Höchstlast zeigt beispielsweise die F i g. 3.

Wird die Belastung des Arbeitskolbens großer als der durch das Druckbegrenzungsventil 74 eingestellte Systemdruck, multipliziert mit der Beaufschlagungsfläche des Arbeitskolbens, verlagert sich der Arbeitskolben nach unten, bis die Rückölöffnungen 4» vollständig abgeschlossen sind, und verhält dann in dieser Lage, in der dann keine Vibrationen mehr auftreten. Wird der Arbeitskolben dann wieder entlastet, wird er durch das einströmende öl nach oben gedrückt, bis wiederum ein Gleichgewichtszustand zwischen ein- und ausströmendem Massenstrom vorliegt.

Der Zylinderraum oberhalb der Ringfläche 60 kann direkt an die Druckölleitung 68 angeschlossen werden. In diesem Fall wirkt zusätzlich zu der auf dem Arbeitskolben ruhenden Last eine Rückholkraft auf den Arbeitskolben, die abhängig ist vom Systemdruck. Das heißt, bei sinkender Last und damit sinkendem Druck im System sinkt auch die auf die Ringfläche 60 wirkende Kraft. Dadurch verringert sich die Rückführgeschwindigkeit, woraus wiederum eine Vergrößerung der Rückholzeit t_r resultiert. Auf diese Weise erreicht der Kolben beschleunigt seine neue Gleichgewichtslage.

Wie aus dem vorstehenden hervorgeht, sucht der Arbeitskolben des beschriebenen Antriebs stets seine von der Belastung abhängige Gleichgewichtslage. Es ist daher ausgeschlossen, daß der Arbeitskolben aus seiner der jeweiligen Belastung entsprechenden Lage verläuft.

Für viele Zwecke ist es erwünscht, eine lastunabhängige Rückführung zu erreichen, d. h. eine konstante Rückholzeit. Dies kann durch ein in die zum Zylinderraum oberhalb der Ringfläche 60 führende Leitung 70 eingeschaltetes Druckminderventil erreicht werden, dem ein Druckspeicher 82 und ein Druckbegrenzer 84 nachgeschaltet sind. Der einstellbare Druckbegrenzer 84 dient dazu, den Rückholdruck auf einen bestimmten Druck einzustellen, wenn der Druck im Rückholsystem sich höher einstellen will als der Arbeitsdruck, der durch das Druckminderventil 80 eingestellt ist. Eine solche Druckerhöhung kann beispielsweise durch eine Leckölströmung zwischen dem Arbeitskolbcn 2 und dem Zylinder 4 auftreten, beispielsweise dann, wenn im Betrieb durch Abrieb des Kolbens bzw. des Zylinders das Spiel zwischen Kolben und Zylinder vergrößert wird. Mit der beschriebenen Schaltung wird ein lastunabhängiger Gleichgewichtszustand erreicht.

Wenn die Maschine vom Lastlauf auf Leerlauf geschaltet wird, steht zunächst noch das in Speicher 72 unter Druck gespeicherte Drucköl zur Verfügung. Die Rückholzeit t_r vergrößert sich, weil der Kolben nach oben wandert. Eine längere Rückholzeit bedeutet aber gleichzeitig, daß pro Hub mehr öl aus dem Speicher abfließt als die Pumpe in den Speicher hineinfördem kann.

Wenn der Druck im System unter die im Speicher 72 eingestellte Vorspannung kommt, öffnet sich das Reduzierventil 80, weil das System entlastet ist und der Arbeitsdruck beim Leerlauf unter den am Reduzierventil 80 eingestellten Druck abfällt. Es entleert sich daher auch der Speicher 82 im Rückholsystem.

Im Leerlauf ist das Verhältnis von Arbeitszeit zu Rückholzeit, also das Verhältnis tjt_r, nur abhängig von dem Verhältnis der Beaufschlagungsfläche an der Unterseite des Arbeitskolbens zur Ringfläche 60. Abgesehen von dynamischen Druckstößen und Staudrücken sind die Drücke im Arbeitskreislauf und im Rückholkreislauf gleich dem atmosphärischen Druck. Der Arbeitskolben nimmt daher im Leerlauf schließlich eine entsprechende Gleichgewichtsstellung ein.

Die jeweilige Mittellage des Arbeitskoibens ist durch axiale Verschiebung der Steuerbuchse 18 mittels des Handrades 54 einstellbar.

Im vorstehenden ist die Form der öffnungen 24 und 26 als Dreieck und die der beiden vereinigten Öffnungen 30 und 32 als Rhombus besprochen worden. Abweichend hiervon könnten einmal die öffnungen 30 und 32 auch im Abstand voneinander durch einen Steg getrennt angeordnet werden. Darüber hinaus läßt sich der Überdecl ungsgrad entsprechend den jeweiligen Erfordernissen auswählen. Schließlich können alle Öffnungen auch wesentlich andere Konturen aufweisen, beispielsweise um eine größere Feinfühligkeit zu erzielen; so könnten beispielsweise die divergierenden bzw. konvergierenden Steuerkanten nach mathematischen Funktionen gestaltet werden. Weiter kann die Form aufeinanderfolgender öffnungen voneinander abweichen, ebenso wie unterschiedliche Abstände für die einzelnen Öffnungen auf dem Umfang der Steuerbuchse vorgesehen werden können. Durch diese Abwandlunger können bestimmte Steuerprogramme für den Bewegungsablauf des Arbeitskolbens vorgegeben werden

Wie aus dem vorstehenden ersichtlich, hängt die Frequenz des Antriebs ab von der Drehzahl de! Steuerschiebers und der Zahl der auf dem Umfanj angeordneten öffnungen; die Amplitude ist bei vor gegebenes" Drehzahl abhängig vom Förderstrom de Pumpe 66.

4-

Abweichend von dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel könnte beispielsweise der Arbeitsikolben selbst als Steuerschieber und die Zylinderwand oder eine Buchse im Zylinder als Steuerbuchse verwendet werden. In diesem Fall wäre für den Kolben ein Drehantrieb vorzusehen. Diese Ausführungsform ist daher besonders vorteilhaft in Anwendungsfällen, in denen der axialen Hubbewegung des Arbeitskolbens ohnehin eine Drehbewegung überlagert wird, wie bei dem in F i g. 5 dargestellten Backenbrecher.

In einem nicht dargestellton Gehäuse ist die obere konische Brechbacke 86 drehbar gelagert. Die untere flache Brechbacke 88 ist fest mit dem Kolben 90 verbunden, der in einem Zylinder 92 axial beweglich und drehbar gelagert ist. Ais Drehantrieb ist ein Hydromotor 94 vorgesehen, der über ein längsbewegliches Kupplungsglied 96 und eine Stange 98 mit dem Kolben in Verbindung steht. Im Kolben-

mantel 100 sind die SteuerschieberöfTnungen 10: vorgesehen, während im Gehäuse oder einer Steuer buchse im Gehäuse die Stcuerbuchsenöftnungen 10' angeordnet sind. Form und Anordnung der ÖfTnuri gen entsprechen denen des Steuerschiebers nacl Fig. 1 bis 4. Auch bezüglich der Schaltung wird au die Ausführungen zu F i g. 1 verwiesen. Die Steuer buchse kann weiter entsprechend Fig. 1 axial ver stellbar ausgebildet sein.

ίο Falls die Last, gegen die der Arbeitskolben wirkt eine über den Weg ansteigende Charakteristik auf weist, wird der Antrieb gemäß der Erfindung stet versucht sein, auch bei verringerter Last die voll· Leistung auf die Last aufzubringen. Ein solcher FaI

ist beispielsweise bei einem Backenbrecher gegeben bei dem der Arbeitskolben bei Verringerung der Be lastung weiter vorfährt und das im Brechinaul be findliche Gut dann in einem höheren Maße zerklei nert wird, also feineres Brechgut anfällt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

509 681/

1983

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Hydraulischer Vibrationsantrieb mit einem Schubkolbentrieb, dessen Kolben wenigstens an der der Last abgewandten Seite über ein Umsteuerventil abwechselnd mit einer Drucköiquelle und einem drucklosen Ablauf verbindbar ist, und mit Steuermitteln, mit denen der Druckölzufluß abhängig von der Last veränderbar ist, d a - ίο durch gekennzeichnet, daß als Umsteuerventil ein Drehschieberventil mit einer radial durchströmten Steuerbuchse (18) mit axial im Abstand voneinander liegenden Durchgängen (24, 26) für das Drucköl bzw. Rücköl und mit einem Drehschieber (28) vorgesehen ist, der gleichfalls axial im Abstand voneinander liegende radiale Durchgänge (30, 32) aufweist, die in wenigstens einen nach einem Schieberende hin offenen Kanal münden, daß die Durchgänge (24, 26) der Steuerbuchse nach den Buchsenenden zu divergieren und die Durchgänge (30, 32) des Schiebers nach den Schieberenden hin konvergieren, daß der axiale Abstand der Schieberdurchgänge kleiner ist als der Abstand der Durchgänge der Steuerbuchse, daß der der Last zugewandte Durchgang (24) der Steuerbuchse mit der Rückölleitung (12) verbunden ist, daß der Schieber in axialer Richtung starr mit dem Ar-

   gekennzeichnet, daß der Schieber (28) mit einem Antriebsmotor gekuppelt ist.

   12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem drehbar angetriebenen Arbeitskolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (100) als Schieber und der Zylinder (92) als Schiebergehäuse ausgebildet xrX.

   13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (2) mit einer ringförmigen Rückholfläche (60) versehen ist, die mit dem Drucksystem des Antriebs in Verbindung steht.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen der Rückholfiäche (60) und dem Drucksystem ein Druckminderventil (80) vorgesehen ist.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckminderventil (80) ein Druckspeicher (82) und ein Druckbegrenzer (84) nachgeschaltet sind.