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Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit eines hydraulischen
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Antriebes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der
Geschwindigkeit eines hydraulischen Antriebes entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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In bekannter Weise ist bei diesenVorrichtungen das Stromregelventil
zur Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit beispielsweise beim Einsatz in Werkzeugmaschinen
dem Steuerventil zur Festlegung der Stromrichtung in Reihe nachgeschaltet.
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Steuerventil und Stromregelventil müssen demnach gleiche Nennweite
aufweisen. Der die Vorschubgeschwindigkeit festlegende Mengenstrom läßt sich durch
den Stromregler mit verhältnismäßig großer Nennweite nur begrenzt herabsetzen. Besonders
kleine Mengenströme,wie sie beispielsweise bei kleinen Vorschubgeschwindigkeiten
verlangt werden, können deshalb mit dieser bekannten Schaltung nicht erreicht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung
zur Steuerung der Geschwindigkeit eines hydraulischen Antriebes, bei dem der Stromregler
lediglich der geforderten Mindergeschwindigkeit angepaßt werden muß, so daß sich
nicht allein eine preisgünstige Vorrichtung ergibt, sondern darüberhinaus auch kleinste
Geschwindigkeiten des hydraulischen Antriebes betriebssicher zu fahren sind.
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Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 erreicht.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den kennzeichnenden
Merkmalen der Unteransprüche.
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Durch die DE-OS 2 609 434 ist es bekannt, den Stromregler proportional
anzusteuern und damit gleichzeitig den Flüssigkeitsstrom vom Eilgang zum Vorschub
soweit zu verkleinern, daß eine weitgehende genaue Umschaltung von Eilgang auf Vorschub
zu erzielen ist. Dies setzt voraus, daß das Stromregelventil die gleiche Nennweite
aufweisen muß, wie das Umsteuerventil. Durch die Erfindung erfolgt die Minderung
der Strömungsgeschwindigkeit von Eilgang auf Vorschub durch das Wegeventil, so daß
der Stromregler ausschließlich zur Festlegung der Vorschubgeschwindigkeit dient.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer
in der Zeichnung dargestellten Prinzipskizze beschrieben.
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In der Prinzipskizze ist mit 1 der Arbeitszylinder als hydraulischer
Antrieb bezeichnet. Die Arbeitsflüssigkeit wird dem Arbeitszylinder 1 über die Arbeitsleitungen
2 und 3 zugeführt. Die Arbeitsleitungen 2 und 3 stehen mit den als Wegeventil ausgebildeten
Anschlüssen A, B des/Steuerventils 4 in Verbindung.
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Der Anschluß P des Steuerventils 4 steht über die Leitung 5 mit der
Pumpe 6 und der Anschluß T über die Leitung 7 mit
dem Tank T1 in
Verbindung. In der gezeigten Schaltstellung a des Steuerventils 4 sind die Anschlüsse
A, B, P, T untereinander abgesperrt. Es kann also keine Arbeitsflüssigkeit vom Anschluß
P zum Anschluß A oder B strömen.und ebensowenig vom Anschluß A oder B zum Anschluß
T. Parallel zu den Anschlüssen A und P des Steuerventils 4 ist eine Umführungsleitung
8 mit Rückschlagventil 9 vorgesehen. Außerdem ist in der Arbeitsleitung 2 zwischen
dem Anschlußpunkt lo für die Umgehungsleitung 8 sowie dem Anschluß A ein in Richtung
des Anschlusses A schließendes Rückschlagventil 11 vorgesehen.
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Dadurch wird verhindert, daß in der Schaltstellung b des Steuerventils
4 die vom kolbenstangenseitigen Zylinderraum la verdrängte Arbeitsflüssigkeit über
den Anschluß A zum Anschluß T und damit zum Tank abgeführt wird, sondern über die
Umführungsleitung 8 der Druckleitung 5 zuführbar ist und damit in wirtschaftlicher
Weise dem von der Pumpe 6 kommenden unter Druck stehenden Arbeitsmittel unmittelbar
wieder zur Verwertung zugehöhere Druck führt wird. Der hierzu erforderliche / für
die zur Verwertung bestimmte Arbeitsflüssigkeit gegenüber dem der von der Pumpe
kommenden Arbeitsflüssigkeit ergibt sich zwangsläufig durch die größere Kolbenfläche
12 im in diesem Falle vom Pumpendruck beaufschlagten kolbenseitigen Zylinder raum
1b gegenüber der den kolbenstangenseitigen Zylinderraum begrenzenden ringförmigen
Kolbenfläche 13.
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Vom Anschlußpunkt 14 der Druckleitung 5 führt eine weitere Leitung
15 zum Anschluß P1 eines Steuerventils 18 kleiner Nennweite. Vom Anschlußpunkt 16
der Tankleitung 7 führt eine
Leitung 17 zum Anschluß T2 des Steuerventils
18. Vom Anschluß A1 des Steuerventils 18 führt eine Leitung 20 vom Anschluß A2 eines
Gegenhalteventils 21. Die Leitungen 20 und 22 werden über eine Nebenschlußleitung
23 mit in Richtung der Leitung 20 schließendem Rückschlagventil 24 miteinander verbunden.
Damit besteht die Möglichkeit, daß in der Schaltstellung c des Steuerventils 18
das Arbeitsmittel unter Umgehung des Gegenhalteventils 21 unmittelbar von der Leitung
20 in die Leitung 22.
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und von dort weiter über die Leitung 2 dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum
la zuströmt, und zwar unter Umgehung des Steuerventils 4. Vom Anschluß P1 des Steuerventils
18 führt eine Leitung 20 zu einer Gleichrichtereinrichtung 26 für den Stromregler
27. Der andere Anschluß A3 der Gleichrichtereinrichtung steht über die Leitung 28
mit der Anschlußstelle 29 an der Arbeitsleitung 3 in Verbindung. Damit wird unter
Umgehung des Steuerventils 4 über den Stromregler 27 und Anschluß P1 des Steuerventils
18 in dessen Schaltstellungen b und c die Vorschubgeschwindigkeit der Kolbenstange
31 sowohl in Richtung des kolbenseitigen Zylinderraumes 1b als auch in Richtung
des kolbenstangenseitigen Zylinderraumes la von der Einstellung des Stromreglers
27 festgelegt. Dadurch, daß der Stromregler 27 parallel zum Steuerventil 4 mit der
Arbeitsleitung 3 des Arbeitszylinders 1 verbunden ist, braucht dessen Nennweite
ausschließlich für die minimale Durchströmgeschwindigkeit entsprechend der Vorschubgeschwindigkeit
ausgelegt zu werden. Für die maximale Geschwindigkeit also bei Eilgang strömt das
Arbeitsmittel über das Steuerventil 4 und kann zusätzlich über das Steuerventil
18 geleitet werden. Die Stellung des
Steuerkolbens 4a des Steuerventils
4 erfolgt mittels Regelmagnete 32, 33, die über eine elektrische Signalleitung 34
mit einer elektronischen Schaltung 35 in Verbindung stehen, wobei die elektronische
Schaltung über die Leitung 36 mit dem Potentiometer 37 verbunden ist, dessen Einstellung
über den Schleifer 44, der mit einer mit der Kolbenstange 31 eine Bewegungseinheit
bildenden Kurvenbahn 38 in Wirkverbindung steht, zu steuern ist. Je nach der Stellung
des Potentiometers 37 wird der Steuerkolben des Steuerventils in Richtung der Schaltstellung
b oder c verschoben, und zwar jeweils gegen eine Kraft entsprechend der Spannung
der Federn 39, 40, die den Regelmagneten 32 bzw. 33 entgegenwirken. Die Kraft des
Regelmagneten, die über den Potentiometer 37 einzustellen ist, entspricht jeweils
der Einstell-Lage des mit der Kurvenbahn 38 in Wirkverbindung stehenden Schleifers
44.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Zu Anfang wird über
die Elektronik 35 der Regelmagnet maximal erregt, so daß dessen Magnetkraft den
Steuerkolben des Steuerventils 4 in die Schaltstellung b verschiebt, in der der
kolbenseitige Zylinderraum 1b mit der Pumpe 6 in Verbindung steht und damit die
einströmende Arbeitsflüssigkeit den Kolben 30 in Richtung des kolbenstangenseitigen
Zylinderraumes la verschiebt. Die aus dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 1b
verdrängte Arbeitsflüssigkeit strömt unter Umgehung des Steuerventils 4 über das
Rückschlagventil 9 und Leitung 8 unmittelbar der Pumpenleitung 5 zu. Berührt die
an der Kolbenstange 31 befestigte Kurvenbahn 38 den Schleifer 44, verstellt dieser
entsprechend der Kurvenbahn 38 das Potentiometer
37? dessen Signal
36 der Elektronik 35 zugeführt wird.
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Dórt«tird dieses Signal verarbeitet und dem Regelmagneten 32 zugeführt,
wobei sich dessen Magnetkraft entsprechend verringert, so daß die gegen die Magnetkraft
des Regelmagneten 32 wirkende Feder 40 den Steuerkolben des Steuerventils aus der
Schaltstellung b entsprechend der sich verringernden Magnetkraft in Richtung der
Schaltstellung a zurückverschiebt und damit eine entsprechende Drosselung des zum
kolbenseitigen Zylinderraumes 1b des Arbeitszylinders 1 strömenden Arbeitsmittels
bewirkt. Sobald die Kolbenstange soweit ausgefahren ist, daß die Kurvenbahn 38 den
Schleifer 44 in seine eine Endstellung verschoben hat, in der das Signal des Potentiometers
37 eine Entregung des Regelmagneten bewirkt, wird der Steuerkolben des Steuerventils
4 in die gezeigte Ausgangsschaltstellung a mittels der Druckfeder 40 zurückverschoben,
in der eine weitere Zufuhr der Arbeitsflüssigkeit zum kolbenseitigen Zylinderraum
1b über das Steuerventil 4 unterbunden ist. Die Arbeitsflüssigkeit strömt nunmehr
ausschließlich über das Steuerventil 18, das mit dem Steuerventil 4 ebenfalls aus
der Schaltstellung a in die Schaltstellung b geschaltet worden ist, in der die Pumpe
6 mit dem kolbenseitigen Zylinderraum lb verbunden ist,und zwar über das Stromregelventil
27, dessen Einstellung die Arbeitsflüssigkeitsmenge und damit die Vorschubgeschwindigkeit
des Arbeitszylinders bestimmt.
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Die aus dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum la verdrängte Arbeitsflüssigkeit
wird über die Arbeitsleitung 2 der Leitung 22 zugeführt und von dort über das als
einstellbares Druckbegrenzungsventil ausgebildete Gegenhalteventil 21 der Leitung
20
und über das Steuerventil 18 und über die Leitung 17 und 7 mit
dem Tank T1. Das Gegenhalteventil 21 bewirkt hierbei eine stabile Vorschubbewegung
des Arbeitszylinders.
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Damit der Kolben mit Kolbenstange des Arbeitszylinders wieder in seine
Ausgangsstellung zurückfährt, wird über die Elektronik der Regelmagnet 33 maximal
erregt, so daß dessen Kraft den Steuerkolben 4a des Steuerventils 4 aus der Ausgangsschaltstellung
a in die Schaltstellung c, in der der Anschluß T mit dem Anschluß A und der Anschluß
B mit dem Anschluß P verbunden ist, verschiebt, In dieser Schaltstellung strömt
das Arbeitsmittel dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum la zu, während das im kolbenseitigen
Zylinderraum 1b befindliche Arbeitsmittel über die Arbeitsleitung 3 in den Tank
verdrängt wird.
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Mit der vollen Erregung des Regelmagneten 33 durch die Elektronik
35 erfolgt gleichzeitig eine Umkehr des Potentiometersignals in dem Sinne, daß das
in der einen Endstellung des Schleifers 44 von dem Potentiometer an die Elektronik
abgegebene Signal, während der Vorschubbewegung des Arbeitszylinders bei dessen
Auszugsbewegung - nunmehr die volle Erregung des Regelmagneten 33 während der Rückzugsbewegung
des Arbeitszlinders bewirkt. Damit führt der Arbeitszylinder 1 zunächst eine Rückhubbewegung
in Eilgang durch, und zwar bis zu dem Punkt, an dem der Schleifer den schrägen Bereich
38a der Kurvenbahn erreicht. Ab diesem Bereich wird die Erregung infolge der nunmehrigen
Änderung des an die Elektronik gelieferten Potentiometersignals kontinuierlich verringert
und damit der Steuerkolben 4a des Steuerventils 4 durch die Kraft der Steuerfeder
39 aus der Schaltstellung c zurück in Richtung der Ausgangsschaltstellung
a
verschoben, so daß eine entsprechend Verzögerung der Rückzugsbewegung des Arbeitszylinders
erfolgt. Sobald der Schleifer 44 seine andere Endstellung erreicht hat únd damit
auch das Potentiometersignal seinen Grenzwert, ist der Regelmagnet 33 soweit entregt,
daß der Steuerkolben 4a des Steuerventils 4 seine Ausgangsschaltstellung a durch
die Kraft der Steuerfeder 39 einnimmt, in der ein weiterer Zufluß der Arbeitsflüssigkeit
zum kolbenstangenseitigen Zylinderraum la über das Steuerventil 4 unterbunden ist.
Die weitere Rückzugsbewegung des Arbeitszylinders erfolgt nunmehr von der über das
Steuerventil 18 in dessen Schaltstellung c geleiteten Arbeitsflüssigkeit, wobei
die Arbeitsflüssigkeit unter Umgehung des Gegenhalteventils über die Leitung 23
mit Rückschlagventil 24 der Leitung 22 zugeführt wird und von dort über die Arbeitsleitung
2 dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum la. Die aus dem kolbenseitigen Zylinderraum
verdrängte Arbeitsflüssigkeit wird über die Arbeitsleitung 3 der Leitung 28 und
von dort über den Strom regler 27 dem Steuerventil 18 und weiter über die Leitungen
17 und 7 dem Tank T1. Die Rückzugsgeschwindigkeit des Arbeitszylinders bestimmt
hierbei die Einstellung des Stromreglers 27.
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Diese Rückzugsgeschwindigkeit entspricht der geforderten Vorschubgeschwindigkeit
des Arbeitszylinders. Während in die Gegenfahrtrichtung des Arbeitszylinders also
bei dessen Auszugsbewegung während der Vorschubgeschwindigkeit der Zufluß der Arbeitsflüssigkeit
zum kolbenseitigen Zylinderraum 1b über den Stromregler gleitet wird, findet in
der Rückzugsbewegung des Arbeitszylinders eine sogenannte Abflußregelung statt,
bei der die aus dem kolbenseitigen Zylinderraum 1b verdrängte
Arbeitsflüssigkeit
über den Stromregler 27 geleitet wird.
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Hierbei baut sich vor dem Stromregler, d.h. zwischen Stromregler und
Zylinderraum 1b ein so hoher Druck auf, daß auch in dieser Bewegungsrichtung des
Arbeitszylinders eine stabile Vorschubbewegung gewährleistet ist.