DE19630712A1

DE19630712A1 - Vorschubhydraulik

Info

Publication number: DE19630712A1
Application number: DE19630712A
Authority: DE
Inventors: Rainer Gloss; Peter Meinunger
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1998-02-05
Also published as: WO1998004839A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorschubhydraulik mit einem Differentialzylinder, von dem ein Vorschub verstellbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 42 22 906 A1 ist eine derartige Vorschubhydraulik für Sägemaschinen zum Sägen von Rohren und Profilen bekannt. An dem Vorschub der Sägemaschine ist das Sägeblatt und ein dieses antreibender Motor befestigt. Die Vorschubhydraulik besitzt einen Differentialzylinder, von dem der Vorschub für das Sägeblatt verstellbar ist, eine aus einem Tank gespeiste Druckquelle und ein Wegeventil, das zwischen der Druckquelle und dem Differentialzylinder angeordnet ist. Der Differential zylinder besitzt einen Kolben mit einer Kolbenstange, die an dem Vorschub angreift. Zwischen der Kolbenstange und dem Vorschub ist eine Kraftmeßdose angeordnet, die die über die Kolbenstange auf den Vorschub ausgeübte Kraft in ein elektrisches Ausgangs signal umformt. Die Höhe dieses Ausgangssignals ist ein Maß für die von der Kolbenstange des Differentialzylinders auf den Vorschub ausgeübte Kraft. Das elektrische Ausgangssignal der Kraftmeßdose ist einem Kraftregelkreis als Istwert zugeführt. Aus der Abweichung des Istwertes von einem Sollwert wird die Stellgröße des Kraftregelkreises gebildet und dem Steuereingang des Wegeventils zugeführt. Das Wegeventil wird dabei so angesteuert, daß der Vorschub mit konstanter, dem Sollwert entsprechender Kraft verstellt wird. Die Einstellung der gewünschten Vorschubkraft erfolgt durch eine entsprechende Verstellung des Sollwertes des Kraftregelkreises. Derartige Regelkreise sind einerseits teuer, andererseits sind Sicher heitsaspekte zu berücksichtigen. Von der Kraftmeßdose sind elektrische Leitungen für die Übertragung des Meßsignals und der Hilfsenergie zu dem Regler des Kraftregelkreises zu führen. Hierfür sind flexible Leitungen erforderlich, da die Kraftmeß dose nicht ortsfest angeordnet ist, sondern der Bewegung des Vorschubs folgt. Wenn es sich um Sicherheitseinrichtungen - wie z. B. Einrichtungen zur Begrenzung der auf den Vorschub wirken den Kraft - handelt, ist dafür zu sorgen, daß - insbesondere im Gefahrenfall - keine Beschädigung der elektrischen Leitungen erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorschubhydraulik der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sichere Begrenzung der beim Ausfahren der Kolbenstange des Differential zylinders auf den Vorschub wirkenden Kraft erlaubt, die sowohl kostengünstig ist als auch robust aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die auf den Vorschub wirkende Kraft wird auf einfache Weise unabhängig von der Verfahrgeschwindigkeit des Kolbens des Differentialzylinders begrenzt. Die Vorschub hydraulik besteht nur aus hydraulischen Bauelementen. Die für die Begrenzung der auf den Vorschub wirkenden Kraft verwendeten hydraulischen Bauelemente können zusammen mit dem Wegeventil auf oder in einem Steuerblock integriert sein. Die Druckmittelzufuhr kann somit direkt über Kanäle in dem Steuerblock erfolgen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Vorschubhydraulik gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung mit einem Druckteiler zur Bewertung des Druckes des Druckmittels in dem kolben stangenseitigen Druckraum des Differentialzylinders und

Fig. 2 eine zweite Vorschubhydraulik gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung mit einem Verhältnisventil zur Bewertung des Druckes des Druckmittels in dem kolbenstangenseitigen Druckraum des Differential zylinders.

Gleiche Bauteile sind in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorschub hydraulik für den Vorschub eines von einem Motor angetriebenen Messerrades einer Holzbearbeitungsmaschine zum Zerspanen von Langholz. Die Vorschubhydraulik besitzt einen Differential zylinder 1 mit einem Kolben 2 und einer Kolbenstange 3. Die Kolbenstange 3 greift an dem durch einen Pfeil 4 symbolisch angedeuteten Vorschub an und verschiebt den Vorschub entsprechend der Bewegung der Kolbenstange 3. Der Differential zylinder 1 ist über Leitungen 5 und 6 mit den Arbeitsanschlüssen A bzw. B eines Wegeventils 7 verbunden. Das in der Fig. 1 dargestellte Wegeventil 7 ist ein elektrisch angesteuertes Proportionalventil. Die Leitung 5 verbindet den Arbeitsanschluß A des Wegeventils 7 mit einem kolbenseitigen Druckraum 8 des Differentialzylinders 1. Der Druck des Druckmittels in der Leitung 5 ist gleich dem Druck des Druckmittels in dem kolben seitigen Druckraum 8. Dieser Druck ist mit p_A bezeichnet. Die Leitung 6 verbindet den Arbeitsanschluß B des Wegeventils 7 mit einem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 des Differential zylinders 1. Der Druck des Druckmittels in der Leitung 6 ist gleich dem Druck des Druckmittels in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9. Dieser Druck ist mit p_B bezeichnet. Das Wegeventil 7 weist außer den Arbeitsanschlüssen A und B einen Druckanschluß P sowie einen Tankanschluß T auf. Der Druckanschluß P des Wege ventils 7 ist mit einer Pumpe 10 verbunden, die Druckmittel aus einem Tank 11 fördert. Der Tankanschluß T des Wegeventils 7 ist mit dem Tank 11 verbunden. Ein Schieber 12 des Wegeventils 7 steuert den Druckmittelfluß zu den Druckräumen 8 und 9 des Differentialzylinders 1 und von diesen zurück. Ein Druck begrenzungsventil 13 begrenzt den Pumpendruck auf einen einstellbaren Wert. Bei einer Auslenkung des Schiebers 12 des Wegeventils 7 nach links ist der Pumpenanschluß P mit dem Arbeitsanschluß A und der Arbeitsanschluß B mit dem Tankanschluß T verbunden. Dem kolbenseitigen Druckraum 8 wird Druckmittel zugeführt. Das Druckmittel fährt den Kolben 2 mit der Kolben stange 3 in Richtung des Pfeils 4 aus und verstellt den Vorschub des Messerrades entsprechend. Dabei wird aus dem kolbenstangen seitigen Druckraum 9 Druckmittel verdrängt und über die Leitung 6 und das Wegeventil 7 zum Tank 11 abgeführt. Die Geschwindig keit, mit der der Kolben 2 ausfährt, hängt von der Größe der Auslenkung des Schiebers 12 ab. Die Druckmittelwege zwischen dem Druckanschluß P und dem Arbeitsanschluß A sowie zwischen dem Arbeitsanschluß B und dem Tankanschluß T wirken als Drossel stellen und erzeugen eine Druckdifferenz zwischen dem Druck anschluß P und dem Arbeitsanschluß A sowie zwischen dem Arbeits anschluß B und dem Tankanschluß T. Unter der Voraussetzung, daß der Druck des Druckmittels im Tank 11 null ist, ist der Druck p_B gleich der Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsanschluß B und dem Tankanschluß T. Der Druck p_B ist von der Geschwindigkeit abhängig, mit der der Kolben 2 des Differentialzylinders 1 ausfährt. Der Druck p_A vergrößert sich mit steigender Kolben geschwindigkeit.

Die Leitung 5 ist über eine Leitung 14, ein 2-Wege-Einbauventil 15 sowie eine weitere Leitung 16 mit dem Tank 11 verbunden. Das 2-Wege-Einbauventil 15 ist ein - auch als Logikelement bezeichnetes - druckgesteuertes Schaltventil. In Abhängigkeit von der Höhe des Steuerdruckes, der einer Steuerkammer 17 des 2-Wege-Einbauventils 15 zugeführt ist, verbindet das 2-Wege-Einbauventil 15 entweder die Leitung 5 und damit den kolben seitigen Druckraum 8 des Differentialzylinders 1 mit dem Tank 11 oder es unterbricht diese Verbindung. Dem 2-Wege-Einbauventil 15 ist ein Vorsteuerventil 18 vorgeschaltet. Das Vorsteuerventil 18 ist über eine Steuerleitung 19 mit der Steuerkammer 17 des 2-Wege-Einbauventils 15 verbunden. Das Vorsteuerventil 18 besitzt einen durch einen Doppelpfeil symbolisch dargestellten Steuerkolben 20, der den Druckmittelfluß zu der Steuerkammer 17 des 2-Wege-Einbauventils 15 bzw. von der Steuerkammer 17 zum Tank 11 steuert. Der einen Seite des Steuerkolbens 20 ist über eine Steuerleitung 21 der Druck p_A in dem kolbenseitigen Druck raum 8 des Differentialzylinders 1 zugeführt. Eine Dämpfungsdüse 22 begrenzt den Druckmittelzufluß. Der anderen Seite des Steuer kolbens 20 ist über eine weitere Steuerleitung 23 der mit einem Bewertungsfaktor α multiplizierte Druck p_B des kolbenstangen seitigen Druckraums 9 des Differentialzylinders 1 zugeführt. Der Bewertungsfaktor α ist der Quotient aus der Kolbenfläche A_B in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 und der Kolbenfläche A_A in dem kolbenseitigen Druckraum 8. In dieselbe Richtung wie der Druck α × p_B wirkt die Kraft F_b einer Feder 24 auf den Steuer kolben 20. Die Größe der Kraft F_b der Feder 24 ist einstellbar. Die Einstellung der Kraft F_b erfolgt im einfachsten Fall von Hand. Es ist aber auch möglich, die Kraft F_b durch einen selbst hemmenden Motor einzustellen. Bezieht man die Kraft F_b auf die Fläche des Steuerkolbens 20, auf die der Druck p_A und auch der Druck p_A wirkt, ergibt sich ein mit p_b bezeichneter resultie render Druck. Der Druck p_b ist ein Maß für den maximalen Wert, auf den die Kraft, die die Kolbenstange 3 des Differential zylinders 1 auf den Vorschub ausübt, begrenzt wird. Die maximale auf den Vorschub wirkende Kraft ergibt sich damit aus dem Produkt des resultierenden Druckes p_b und der Kolbenfläche A_A im kolbenseitigen Druckraum 8 des Differentialzylinders 1.

Solange die von der Kolbenstange 3 auf den Vorschub ausgeübte Kraft kleiner als die maximal zulässige Kraft ist, übersteigt der Druck p_A nicht den mit dem Bewertungsfaktor α multiplizier ten Druck p_B um den Wert p_b. In diesem Betriebszustand befindet sich der Steuerschieber 20 in der in der Fig. 1 dargestellten Stellung und beaufschlagt die Steuerkammer 17 über eine Steuer leitung 25 und die Steuerleitung 19 mit dem Druck p_A. Dieser Druck wirkt zusammen mit der Kraft einer Schließfeder 26 auf einen Ventilkegel 27, gegen den der Druck p_A in der entgegen gesetzten Richtung wirkt. Da die in Schließrichtung wirkenden Kräfte überwiegen, ist die Verbindung zwischen dem kolben seitigen Druckraum 8 und dem Tank 11 unterbrochen und es fließt kein Druckmittel über die Leitung 14 zum Tank 11.

Erhöht sich die von der Kolbenstange 3 auf den Vorschub aus geübte Kraft so weit, daß der Druck p_A den mit dem Bewertungs faktor α multiplizierten Druck p_B um den Wert p_b übersteigt, verbindet der Steuerkolben 20 die Steuerkammer 17 über die Steuerleitung 19 und eine Steuerleitung 28 mit dem Tank 11. Da jetzt die Steuerkammer 17 zum Tank 11 druckentlastet ist, öffnet der auf den Ventilkegel 27 wirkende Druck p_A das 2-Wege-Einbau ventil 15 und verbindet den kolbenseitigen Druckraum 8 des Differentialzylinders 1 mit dem Tank 11. Hierdurch wird der Druck p_A verringert. Ist der Druck p_A so weit abgesunken, daß er nicht mehr um den vorgebbaren Wert p_b größer ist als der mit dem Bewertungsfaktor α multiplizierte Druck p_B, verbindet der Steuerkolben 20 wieder die Steuerkammer 17 mit der Steuerleitung 25. Damit ist die Steuerkammer 17 wieder mit dem Druck p_A beaufschlagt. Dieser Druck wirkt zusammen mit der Kraft der Schließfeder 26 auf den Ventilkegel 27 des 2-Wege-Einbauventils 15, gegen den der Druck p_A in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Da die in Schließrichtung wirkenden Kräfte überwiegen, ist die Verbindung zwischen dem kolbenseitigen Druckraum 8 des Differentialzylinders 1 und dem Tank 11 unterbrochen, es fließt kein Druckmittel mehr über die Leitung 14 zum Tank 11.

Zwischen der Leitung 6 und dem Tank 11 sind zwei Drosseln 29 und 30 angeordnet. Die Drosseln 29 und 30 sind hintereinander geschaltet und bilden einen Druckteiler, der den Druck p_B entsprechend dem Bewertungsfaktor Q teilt. Die Querschnitts flächen der Drosseln 29 und 30 sind so dimensioniert, daß der zwischen den Drosseln 29 und 30 anstehende Druck gleich dem Produkt aus dem Druck p_B in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 des Differentialzylinders 1 und dem Quotienten aus der Kolbenfläche A_B in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 und der Kolbenfläche A_A in dem kolbenseitigen Druckraum 8 ist. Ist die Kolbenfläche A_A doppelt so groß wie die Kolbenfläche A_B, ergeben sich besonders einfache Verhältnisse. In diesem Fall ist der Bewertungsfaktor α = 0,5. Dieser Bewertungsfaktor läßt sich mit zwei Drosseln realisieren, die die gleichen Querschnittsflächen aufweisen.

Bei einer Auslenkung des Schiebers 12 des Wegeventils 7 nach rechts ist der Druckanschluß P mit dem Arbeitsanschluß B und der Arbeitsanschluß A mit dem Tankanschluß T verbunden. Dabei wird dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 des Differentialzylinders 1 Druckmittel zugeführt. Aus dem kolbenseitigen Druckraum 8 des Differentialzylinders 1 wird Druckmittel zum Tank 11 abgeführt. Das Druckmittel fährt den Kolben 2 mit der Kolbenstange 3 entgegen der Richtung des Pfeils 4 ein und verfährt den Vorschub des Messerrades entsprechend. Das Messerrad wird dabei in seine Ausgangsstellung zurück bewegt. In diesem Betriebszustand ist eine Begrenzung der Kraft, die auf den Vorschub wirkt nicht erforderlich. Der Druck p_A übersteigt in diesem Betriebszustand nicht den mit dem Bewertungsfaktor α multiplizierten Druck p_B um den Wert p_b. Die Steuerkammer 17 des 2-Wege-Einbauventils 15 ist daher über das Vorsteuerventil 18 mit dem Druck p_A beaufschlagt. Das 2-Wege-Einbauventil 15 ist geschlossen.

Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausgestaltung der Vorschub hydraulik, die bis auf die Einrichtung zur Multiplikation des Druckes p_B in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 mit dem Bewertungsfaktor α mit der in der Fig. 1 dargestellten Vorschubhydraulik übereinstimmt. Im folgenden werden daher nur die von der Fig. 1 abweichenden Einzelheiten der Vorschub hydraulik beschrieben. Zur Multiplikation des Druckes p_B mit dem Bewertungsfaktor α ist in der Fig. 2 ein Verhältnisventil 31 vorgesehen, dessen Übertragungsverhältnis gleich dem Bewertungs faktor α ist. Das Verhältnisventil 31 ist zwischen der Leitung 6 und dem federseitigen Steuereingang des Vorsteuerventils 18 angeordnet.

Das Vorsteuerventil 18, das 2-Wege-Einbauventil 15 und die Dämpfungsdüse 22 sowie die Drosseln 29 und 30 (in der Fig. 1) bzw. das Verhältnisventil 31 (in der Fig. 2) können baulich mit dem Wegeventil 7 auf oder in einem Steuerblock zusammengefaßt werden. Dabei kann die Druckmittelzufuhr direkt über entspre chende Kanäle in dem Steuerblock erfolgen. Es ist also keine außerhalb des Steuerblocks verlaufende Verrohrung für die zu der Leitung 5 führende Leitung 14 und für die Leitung, die die Drossel 29 (in der Fig. 1) oder das Verhältnisventil 31 (in der Fig. 2) mit der Leitung 6 verbindet, erforderlich.

Anstelle des in den Fig. 1 und 2 dargestellten 2-Wege-Einbauventils können auch andere Schaltventile, wie z. B. Druckzuschaltventile, verwendet werden, sofern sie einen federbelasteten Steuerkolben besitzen und der Steuerkolben von gegenüberliegenden Seiten mit Steuerdruck beaufschlagbar ist.

Die oben anhand einer Holzbearbeitungsmaschine zum Zerspanen von Langholz beschriebene Vorschubhydraulik ist allgemein für die Begrenzung des von der Kolbenstange eines Differentialzylinders beim Ausfahren der Kolbenstange ausgeübte Kraft einsetzbar.

Claims

1. Vorschubhydraulik mit einem Differentialzylinder, von dem ein Vorschub verstellbar ist, mit einer aus einem Tank versorgten Druckquelle und mit einem zwischen der Druckquelle und den Druckräumen des Differentialzylinders angeordneten Wegeventils, insbesondere für den Vorschub des Messerrades einer Holzbearbeitungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (15) den kolbenseitigen Druckraum (8) des Differentialzylinders (1) mit dem Tank (11) verbindet, wenn der Druck (p_A) in dem kolbenseitigen Druckraum (8) des Differentialzylinders (1) den mit einem Bewertungsfaktor (α) multiplizierten Druck (p_B) in dem kolbenstangenseitigen Druckraum (9) des Differentialzylinders (1) um einen vorgebbaren Wert (p_b) übersteigt und daß der Bewertungsfaktor (α) gleich dem Quotienten aus der Kolbenfläche (A_B) in dem kolbenstangenseitigen Druckraum (9) und der Kolben fläche (A_A) in dem kolbenseitigen Druckraum (8) ist.

2. Vorschubhydraulik nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ventil (15) ein druckgesteuertes Schaltventil ist.

3. Vorschubhydraulik nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß dem druckgesteuerten Schaltventil (15) ein Vorsteuerventil (18) vorgeschaltet ist, daß das Vorsteuerventil (18) ein Wegeventil mit einem den Druckmittelfluß steuernden Steuerkolben (20) ist, daß die eine Seite des Steuerkolbens (20) mit dem Druck (p_A) in dem kolbenseitigen Druckraum (8) des Differentialzylinders (1) beaufschlagt ist und daß die andere Seite des Steuerkolbens (20) mit dem bewerteten Druck (α × p_B) in dem kolbenstangenseitigen Druckraum (9) des Differential zylinders (1) sowie mit der Kraft (F_b) einer Feder (24) beaufschlagt ist.

4. Vorschubhydraulik nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kraft (F_b) der Feder (24) einstellbar ist.

5. Vorschubhydraulik nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das druckgesteuerte Schaltventil (15) ein 2-Wege-Einbauventil mit einer Steuerkammer (17) ist, daß die Steuerkammer (17) des 2-Wege-Einbauventils (15) über das Vorsteuerventil (18) mit dem Tank (11) verbunden ist, wenn der Druck (p_A) in dem kolbenseitigen Druckraum (8) des Differential zylinders (1) den mit dem Bewertungsfaktor (α) multiplizierten Druck (p_B) in dem kolbenstangenseitigen Druckraum (9) des Differentialzylinders (1) um den vorgebbaren Wert (p_b) über steigt, und daß die Steuerkammer (17) des 2-Wege-Einbauventils (15) mit dem Druck (p_A) in dem kolbenseitigen Druckraum (8) des Differentialzylinders (1) beaufschlagt ist, wenn der Druck (p_A) in dem kolbenseitigen Druckraum (8) des Differentialzylinders (1) den mit dem Bewertungsfaktor (α) multiplizierten Druck (p_A) in dem kolbenstangenseitigen Druckraum (9) des Differential zylinders (1) nicht um den vorgebbaren Wert (p_b) übersteigt.

6. Vorschubhydraulik nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druck (p_A) in dem kolbenseitigen Druckraum (8) des Differentialzylinders (1) dem Vorsteuerventil (18) über eine Dämpfungsdüse (22) zugeführt ist.

7. Vorschubhydraulik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem kolbenstangenseitigen Druckraum (9) des Differentialzylinders (1) und dem Tank (11) ein Druckteiler (29, 30) angeordnet ist, der den Druck (p_A) in dem kolbenstangenseitigen Druckraum (9) des Differential zylinders (1) entsprechend dem Bewertungsfaktor (α) teilt.

8. Vorschubhydraulik nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druckteiler als Hintereinanderschaltung zweier Drosseln (29, 30) ausgebildet ist und daß die Querschnitts flächen der beiden Drosseln (29, 30) so gewählt sind, daß zwischen den beiden Drosseln (29, 30) der mit dem Bewertungs faktor (α) multiplizierte Druck (p_B) in dem kolbenstangen seitigen Druckraum (9) des Differentialzylinders (1) ansteht.

9. Vorschubhydraulik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (p_B) in dem kolben stangenseitigen Druckraum (9) des Differentialzylinders (1) einem Verhältnisventil (31) zugeführt ist, dessen Übertragungs verhältnis gleich dem Bewertungsfaktor (α) für den Druck (p_B) in dem kolbenstangenseitigen Druckraum (9) des Differential zylinders (1) ist.