DE650404C

DE650404C - Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines durch Fluessigkeit beeinflussten Teiles

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Publication number: DE650404C
Application number: DEV28299D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-06-12
Filing date: 1932-06-14
Publication date: 1937-09-22
Also published as: US2272684A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung der "Bewegung eines durch Druckflüssigkeit beeinflußten Teiles, wie beispielsweise eines Arbeitskolbens, bei der die Flüssigkeit· von einer gleichmäßig arbeitenden Pumpe geliefert wird und in die Flüssigkeitsleitung eine Regelvorrichtung eingeschaltet ist.

Es sind bereits Vorrichtungen zur Steuerung von Kolbengetrieben bekanntgeworden, bei denen bei wechselndem Arbeitswiderstand die Geschwindigkeit- durch ein verstellbares Drosselventil geregelt wird, das einen Gleichgewichtszustand aufrechterhalten soll.

Bei einer dieser bekannten Vorrichtungen wird bei Erhöhung der Belastung des von der Druckflüssigkeit beeinflußten Teiles, ζ. Β. eines Kolbens, die Auslaßleitung überhaupt nicht beeinflußt, sondern es tritt nur in der Zuführungsleitung bei gleichbleibender Förderung der Pumpe eine Druckerhöhung auf, die aber sofort nach Freilegen von Öffnungen zum Vorratsbehälter aufgehoben wird.

Bei einer anderen der genannten Vorrichtungen wird die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens nur zum Teil aufrechterhalten. Wächst nämlich bei dieser bekannten Vorrichtung der Druck in der Leitung infolge eines größeren Widerstandes auf den Arbeitskolben, so wird ein Drosselkolben verschoben, durch den der Austrittsquerschnitt für die »Flüssigkeit verkleinert wird. Dies kann aber bei der Bewegung des Kolbens nur in der einen Richtung bis zu einem bestimmten Maße geschehen, da ein am Kolben sitzender Stift an die Wand einer vorgesehenen Ausfräsung anstößt. Bei der Bewegung des Kolbens in der anderen Richtung ist aber keine Vorkehrung getroffen, um eine gleichmäßige Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten.

Es ist schließlich auch eine hydraulische Steuerung bekanntgeworden, bei der die einmal eingestellte Geschwindigkeit des Arbeitskolbens durch ein selbsttätig arbeitendes Ventil aufrechterhalten wird. Hierbei fördert eine Pumpe die Druckflüssigkeit, ζ. Β. unter Druck stehendes Öl, zu der unteren Kammer eines Druckventils,' dessen Kolben hierdurch entgegen der Wirkung eines aufgesetzten Gewichtes angehoben wird, worauf der Abfluß durch ein mit dem Kolben verbundenes Drosselventil gedrosselt wird. Wenn hierbei ein Widerstand auf den Arbeitskolben einwirkt, so steigt der Druck in der oberen Kammer, in der das Gewicht angebracht ist, und hält dem Druck auf den Kolben das

Gleichgewicht. Das Gewicht auf dem Kolben sorgt also für einen gleichbleibenden Druckunterschied vor und hinter dem Drosselventil. Das von der Pumpe im Überschuß geförderte 5' Öl fließt stets durch eine Leitung in den Vorratsbehälter zurück, und der Druck in der ganzen Vorrichtung steigt bis zu dem jeweils erforderlichen Grad des Widerstandes. Ein an der Auslaßseite des Zylinders für den ίο Arbeitskolben vorgesehenes Ventil dient als Widerstand gegen das Mitreißen des verschiebbaren Tisches durch das Werkzeug. Diese Maßnahme bedingt aber einen dauernden Verlust, der von der effektiven Kraft der Maschine abgezogen werden muß. Die Gegenwirkung des erwähnten Ventils reicht zudem nicht aus, um beispielsweise einem Fräser bei dessen Mitnahme Widerstand zu leisten, es sei denn, daß das Ventil von vornherein auf einen entsprechenden Widerstand eingestellt wird, was aber wiederum einen dauernden Verlust an Maschinenkraft bedeutet.

Gemäß der Erfindung ist demgegenüber in ■ die Abflußleitung der Vorrichtung ein von einer Feder im Öffnungssinne belastetes, mit einem Differentialkolben versehenes Ventil eingebaut, das den Durchlaß der abfließenden Flüssigkeitsmenge zu einer mit einer einstellbaren Auslaßöffnung versehenen Kammer regelt, die durch einen Kanal zwecks Herbeiführung einer Schließbewegung des Ventils mit der entsprechenden Seite des Differentialkolbens verbunden ist, während die andere, das Ventil im Öffnungssinne beeinflussende Kolbenseite außer durch die vorgesehene Feder noch durch den hinter der einstellbaren Auslaßöffnung herrschenden Druck belastet ist. Erfährt hierbei der Arbeitskolben eine gewaltsame Mitnahme, z. B. als Vorschubtisch durch das Werkzeug, in Richtung der Arbeitsbewegung, so steigt der Druck in der Auslaßleitung und, da das Regelventil zu dieser Zeit offen ist, auch in der unteren Kammer und gleichzeitig in der oberen Kammer, so daß augenblicklich durch Drosselung des' Durchlasses an diesem Ventil derjenige Gegendruck erzeugt wird, der notwendig ist, um eine gleichmäßige Vorschubgeschwindigkeit des Kolbens zu gewährleisten. Es wirkt also stets eine Kraft, die gleich groß und entgegengesetzt zu jener Kraft ist, die dem Kolben eine zusätzliche Geschwindigkeit zu erteilen sucht.

Bei der vorzugsweise zur Anwendung gelangenden Ausführungsform der Erfindung haben das Ventil und die die Verbindung zum Differentialkolben herstellende Ventilstange gleichen Durchmesser.

Die Durchmesser von Ventil und Kolbenstange können aber auch ungleich bzw. veränderlich sein. Zu diesem Zweck kann die Ventilbuchse durch eine andere von unterschiedlichem wirksamen Durchmesser ausgewechselt werden.

Bei einer anderen Ausbildung des Ventils steht die den Ventilsitz bildende Buchse fest, und das Ventil kann durch ein anderes von unterschiedlichem Durchmesser ersetzt werden, so daß letzteres an einer anderen Stelle mit dem Ventilsitz in Berührung kommt. Vorzugsweise wird hierbei der Ventilsitz kegelig und das Ventil zylindrisch ausgebildet.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar ist

Fig. ι eine schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch das Regelventil. Fig. 3 ist eine Vorderansicht hierzu und veranschaulicht den Einstellhebel zur Regelung der Größe der Auslaßöffnung.

Fig. 4 veranschaulicht in einer Einzelheit eine Abänderung des Ventils, und

Fig. 5 veranschaulicht in schematischer Darstellung die ganze Anordnung als Antrieb des Revolverkopfes bei einer Werkzeugmaschine.

Das eigentliche Regelventil gemäß der Erfindung weist ein Gehäuse 2 (Fig. 2 und 3) auf, das mit einer Kammer 3, die in Verbindung mit der zuströmenden Flüssigkeit steht, und einer Kammer 4 versehen ist, die ihrerseits das Einlaßventil 5 mit einem Auslaßventil 6 von veränderlicher öffnung verbindet. Dieses Auslaßventil 6 regelt die Flüssigkeitsmenge, welche in den Auslaß 7 gelangt.

Das Ventil 5 ist durch eine Stange 8 mit einem Differentialkolben 9 verbunden. Der Durchmesser der Ventilstange wird an der Stelle 10 im Verhältnis zu dem wirksamen Durchmesser des Ventils 5 an seinem Sitz im voraus - bestimmt. Gewöhnlich wird der Durchmesser an dieser Stelle 10 der Ventilstange gleich dem wirksamen Durchmesser des Ventils 5 gemacht, jedoch können diese Durchmesser auch verschieden sein, wie dies später noch beschrieben wird. Eine Schraubenfeder 11 von vorher bestimmter Druckstärke ist so angeordnet, daß sie das Ventil 5 uo zu öffnen bestrebt ist. Die Kammer 4 steht über einen Kanal 13 in unmittelbarer Verbindung mit einer Kammer 12 auf der der Feder abgekehrten Seite des Differentialkolbens 9. " 115'

Der Raum 14 auf der anderen Seite des Kolbens 9 steht über einen Kanal 15 mit der Auslaßleitung 7 in Verbindung, um unter gewissen Arbeitsbedingungen einen Rückdruck auszugleichen, z.B. dann, wenn ein langes, an den Auslaß 7 angeschlossenes Rohr einen wesentlichen Widerstand hervorruft.

Das Gehäuse 2 ist mit einem Lager für eine Welle 16 versehen, die starr mit dem Ventil 6 für die veränderliche Auslaßöffnung verbunden und durch einen Hebel 17 drehbar ist. Diese Auslaßöffnung kann, somit-leicht durch Ausschwenkung des Hebels 17 bis zu einer bestimmten Stelle einer an der Stirnseite der Vorrichtung angebrachten Skala auf eine vorher bestimmte Öffnungsweite ein-

xo gestellt werden.

Die Arbeitsweise der einzelnen Teile des hydrostatischen Ventils gemäß Fig. 2 und dessen Verwendung zur Regelung der Geschwindigkeit eines durch Flüssigkeit beein-Süßten Teiles, wie beispielsweise eines Kolbens 22, ist am besten zu verstehen, wenn die Wirkungsweise der ganzen Anordnung beschrieben wird. In der Fig. 1 ist als Beispiel ein einfacher Kreislauf dargestellt, bei dem eine Pumpe 18, ein Entlüftungsventil 19, ein Vierwegehahn 20, ein Zylinder 21 mit dem durch die Flüssigkeit beeinflußten Kolben 22, ein Rückschlagventil 23, das Steuerventil und ein Behälter 24 vorgesehen sind.

Die Flüssigkeit fließt durch die Pumpe 18, das Ventil 19 und den Vierwegehahn 20 hindurch zu dem einen Ende des Zylinders 21, so daß dort auf den Kopf des Kolbens, wie durch Pfeile angedeutet, ein Druck ausgeübt wird. Dieser Druck ist bestrebt, den Kolben in der einen Richtung zu bewegen und demzufolge die Flüssigkeit auf der anderen Seite des Kolbens durch das Rohr 25 hindurch herauszudrücken. Da das Rückschlagventil 23 einen Durchfluß in dieser Richtung verhindert, wird die Flüssigkeit gezwungen, in die Kammer 3 des Ventilgehäuses 2 einzutreten. Die Feder 11 hält unter gewöhnlichen Verhältnissen das Ventil 5 in der Offenstellung, und die von dem Rohr 25 eintretende Flüssigkeit wird die Kammer 3 füllen, in den Kanal 13 eintreten und schließlich auch die Kammer 12 füllen, so daß unter dem Kolben 9 ein Druck entsteht, der bestrebt ist, den Kolben in die Schließstellung zu bewegen. Wenn dieser Druck genügend hoch ist, wird die Kraft der Feder überwunden und das Ventil 5 auf den auswechselbaren Sitz 26 gedrückt.

Wenn das Ventil 6 mit Hilfe des Handgriffes 17 in eine ausgewählte Stellung gebracht worden ist, fließt die Flüssigkeit durch dieses Ventil sowie durch die Rohrleitungen und den Hahn 20 hindurch zurück zum Behälter. Infolge der Belastung des Ventils S durch die Feder 11 einerseits und durch den in der Kammer 4 herrschenden Druck andererseits stellt sich das Ventil 5 so ein, daß in der Kammer 4 ein bestimmter, der Durchlaßöffnung im Ventil 6 entsprechender Druck aufrechterhalten wird.

Vernachlässigt man zunächst den Rückdruck aus der Leitung 15, so erkennt man, daß der Druck in der Kammer 4 für irgendeine gegebene Feder gleichbleibt. Jede Neigung, den Druck in der Leitung 25 und in der Kammer 3 zu vergrößern, wirkt sich sofort in der Kammer 12 aus, indem der Kolben und das Ventil 5 in die Schließstellung bewegt werden. In gleicher Weise wird ein Druckabfall in der Kammer 3 sofort auf die Kammer 12 zurückgeworfen, und die Feder 11 wird dann die Öffnung am Ventil 5 vergrößern, so daß mehr Flüssigkeit in die Kammer 5 eintreten und der dort herrschende Druck aufrechterhalten werden kann. Auf diese Weise wird also ein stets gleichbleibender Druck in den Kammern 4 und 12 herrschen ohne Rücksicht auf den Druck in der Kammer 3. Da also in der Kammer 4 gleichmäßiger Druck herrscht, muß der Durchfluß an dem Ventil 6 vorbei für eine bestimmte Einstellung immer gleichbleiben, und etwaige Änderungen der Viscosität der Flüssigkeit, z. B. unter dem Einfluß von Temperaturänderungen, können vernachlässigt werden.

In Anbetracht des in seiner Stärke wechselnden Rückdruckes in der Leitung 15 ändert sich der Druck in der Kammer 4 dementsprechend. Der Unterschied zwischen dem Druck in der Kammer 4 und jenem in der Leitung 7 wird jedoch ohne Rücksicht auf eine Änderung im Rückdruck dauernd aufrechterhalten. Daraus folgt, daß bei einem stets gleichbleibenden Druck in der Kammer 4 ebenso wie bei einem stets gleichbleibenden Unterschied zwischen den Drücken in der Kammer 4 und hinter dem Auslaßventil 6 die durch die Austrittsöffnung in der Zeiteinheit abströmende Flüssigkeitsmenge notwendigerweise für einen bestimmten Austrittsquerschnitt 6 stets gleichbleiben muß. Ist aber die Abflußmenge an der Auslaßseite des Flüssigkeitsgetriebes gleichbleibend, so muß auch ganz unabhängig von der Belastung des Kolbens 22 des Getriebes und einzig begrenzt durch die Einstellung des Sicherheitsventiles 19 die Vorschubgeschwindigkeit des Kolbens 22 stets die durch die Einstellung des Ventils 19 bestimmte gleichbleibende Größe aufweisen.

Wenn das Ventil 20 mit Hilfe des -Handgriffes umgeschaltet wird, kann Flüssigkeit um das Steuerventil 2 und durch das Rückschlagventil 23 hindurchströmen, so daß eine schnelle Umkehr bei einer der vollen Fördermenge der Pumpe 18 entsprechenden Geschwindigkeit erfolgt. Während des Krafthubes des Kolbens 22 kann etwa zuviel geförderte Flüssigkeit durch das Ventil 19 hindurch zum Behälter zurückströmen.

■Bei der Ausführung nach Fig. 5 wird die

Vorrichtung zur Beeinflussung eines Kolbens benutzt, dessen Geschwindigkeit in beiden Richtungen gesteuert werden soll. Hierbei steuert der Schieber 20 die Strömung der Flüssigkeit unter Druck abwechselnd nach beiden Seiten des Kolbens 22. Dieser Kolben 22 kann einen beliebigen Teil einer Werkzeugmaschine, wie beispielsweise den Revolverkopf, steuern. Die Flüssigkeit von der Auslaßseite des Zylinders 21 wird durch den Schieber 20 und das Rohr 25 hindurch zu der Geschwindigkeitsregelvorrichtung geleitet. Da beide Seiten des Zylinders 21 die Flüssigkeit durch das Ventil 2 hindurch ableiten, so wird die Geschwindigkeit des Kolbens 22 in beiden Richtungen genau beherrscht ohne Rücksicht darauf, nach welcher Richtung die Last auf den Kolben 22 einwirkt. Falls es gewünscht wird, kann noch ein Umschaltventil 30 vorgesehen sein, um die Geschwindigkeitsregelvorrichtung zu umgehen bzw, auszuschalten. Um die Wirkungsweise der Vorrichtung etwas eingehender auseinanderzusetzen, sei angenommen, daß kein Druck vorhanden ist und die ganze Vorrichtung gemäß Fig. 1 sich in Ruhe befindet und daß der Hebel 17 auf eine bestimmte Geschwindigkeit eingestellt ist. Die Pumpe 18 wird dann in Gang gesetzt, und die unter Druck stehende Flüssigkeit strömt durch den Vierwegehahn oder Schieber 20 hindurch in den oberen Teil des Zylinders 21. Hierdurch wird eine Bewegung des Kolbens 22 hervorgerufen, welcher das Öl auf seiner anderen Seite in das Regelventil 2 treibt, dessen Kolben in diesem Augenblick durch die Feder weit offen ger halten wird. Sobald nun der Druck in der Kammer 4 infolge der Verengung der Öffnung 6 anwächst, überwindet der Druck auf der Unterseite des Kolbens 9 die Kraft der Federn, so daß das Ventil 5 so weit geschlossen wird, daß gerade genügend Flüssigkeit hindurchtreten kann, um einen bestimmten Druck in der Kammer 4 auf rech tzuerhalten.

Bei der Ausbildung des Geschwindigkeitssteuerventils ist es von Wichtigkeit, daß der Durchmesser der Ventilstange an der Stelle 10 in einem bestimmten Verhältnis zu dem wirksamen Durchmesser des Ventils 5 steht. Wie schon oben angedeutet, sind diese beiden Durchmesser unter gewöhnlichen Verhältnissen gleich, so daß ein Druck in der Kammer 3 weder eine Aufwärts- noch eine Abwärtsbewegung des Kolbens 9 hervorruft. In manchen Fällen ist es jedoch wünschenswert, die Geschwindigkeit des durch die Flüssigkeit beeinflußten Kolbens bei einem Anwachsen der Last zu vergrößern. In diesem Fall wird der wirksame Durchmesser des Ventils 5 zweckmäßig kleiner gemacht" als der Durchmesser der Ventilstange an der Stelle 10.

Hierzu wird auf einfache Weise die Ventilbuchse 26 auswechselbar angeordnet, so daß sie durch eine andere mit anderem wirksamen Durchmesser ersetzt werden kann. Es ist auch möglich, Ventil und Ventilsitz gemäß Fig. 4 so auszubilden, daß der Sitz 20^a fest angeordnet wird und das Ventil ζ^α ausgewechselt werden kann, so daß je nach der Art und Größe des jeweils eingesetzten Ventils verschiedene Berührungslinien zwischen Ventil und Ventilsitz benutzt und damit der wirksame Durchmesser geändert wird. Demzufolge kann durch bestimmte Bemessung des gegenseitigen Verhältnisses zwischen Ventil 5 und dem Teil 10 der Ventilstange jeder Druckabfall infolge Änderung der Last auf den Kolben 22 zur Vergrößerung oder Verringerung des Druckes in der Kammer 4 und somit zur Vergrößerung oder Verringerung der Geschwindigkeit des Kolbens 22 benutzt werden.

Bei der Wahl eines Ventils mit kleinerem wirksamen Durchmesser als die Ventilstange bringt jeder Abfall des Druckes in der Kammer 3 eine Verringerung der der Kraft der Feder 11 entgegenwirkenden Kraft mit sich und ruft damit eine entsprechende Erhöhung des Druckes in der Kammer 4 hervor. Bei ausgeglichenem Ventil bleibt also mit anderen Worten der Druck in der Kammer 4 immer gleich ohne Rücksicht auf die sonstigen Verhältnisse in der Vorrichtung. Jede Ungleichheit in den Flächen 5 und 10 führt aber entweder eine proportionale Belastung oder Entlastung des Kolbens und demzufolge eine entsprechende Änderung des Druckes in der Kammer 4 herbei. Eine Erhöhung oder Verminderung des Druckes in der Kammer 4 vergrößert oder verringert den Durchfluß durch das Ventil 6. Es ergibt sich daraus, daß bei unausgeglichenen Flächen 5 und 10 eine Druckänderung in der Kammer 3¹ eine Druckänderung in der Kammer 4 hervorruft, welche entweder in geräder oder umgekehrter Beziehung zu der Veränderung in der Kammer 3 steht, je nachdem ob die wirksame Fläche des Ventils 5 größer oder kleiner als die wirksame Fläche der Kolbenstange ist. Der Hauptwert dieser Erkenntnis liegt darin, daß sämtliche Flüssigkeitsgetriebe eine gewisse Neigung zum Gleiten haben und daß dabei eine Vergrößerung der Belastung eine Vergrößerung des Gleitens infolge des vergrößerten Druckunterschiedes am Kolben herbeiführt; es ist demzufolge möglich, ein Geschwindigkeitsregelventil 5 gemäß der Erfindung, so auszuwählen, daß eine Änderung der Belastung keine Änderung der Kolbengeschwindigkeit hervorruft.

Claims

Patentansprüche:

ι. Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines durch Flüssigkeit beeinfluß*- ten Teiles (Kolben), bei der die Flüssigkeit von einer gleichmäßig arbeitenden Pumpe geliefert wird und in die Flüssigkeitsleitung eine Regelvorrichtung eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abflußleitung ein von einer Feder im Öffnungssinne belastetes, mit einem Differentialkolben (9) versehenes Ventil (5) eingebaut ist, das den Durchlaß der abfließenden Flüssigkeitsmenge zu einer mit einer einstellbaren Auslaßöffnung (6) versehenen Kammer (4) regelt, die durch einen Kanal (13) zwecks Herbeiführung einer Schließbewegung des Ventils mit der entsprechenden Seite des Differentialkolbens verbunden ist, während die andere das Ventil im Öffnungssinne beeinflussende Kolbenseite außer durch die Feder (ri) noch durch den hinter der einstellbaren Auslaßöffnung herrschenden Druck belastet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 'Ventil (5) und die die Verbindung zum Kolben (9) herstellende Ventilstange (10) gleichen Durchmesser haben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, die Durchmesser von Ventil (5) und Kolbenstange (10) ungleich bzw. veränderlich sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbuchse (26) durch eine andere von unterschiedlichem wirksamen Durchmesser aus- ' gewechselt werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilsitz bildende Buchse (26°) feststeht und das Ventil (5°) durch ein anderes von unterschiedlichem Durchmesser ersetzt wird, so daß letzteres an einer anderen Stelle mit dem Ventilsitz in Berührung kommt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz kegelig und das Ventil (5") zylindrisch ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen