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Umsteuervorrichtung für hydraulisch betätigte Servomotoren Die Erfindung
bezieht sich auf eine Umsteuervorrichtung für hydraulisch betriebene Servomotoren
mit selbsttätiger Umsteuerung des Flusses des Druckmediums zu und vom Servomotor.
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Es sind derartige Umsteuervorrichtungen verschiedener Bauart und Wirkungsweise
bekannt. Bei einer dieser bekannten Vorrichtungen ist in einem die Zu- und Ableitungen
zu einem Servomotor bzw. zu einer Pumpe aufweisenden Gehäuse ein vom Servomotor
gesteuerter Schieber axial bewegbar angeordnet, der in seinem Inneren ein gleichfalls
axial bewegbares Steuerorgan aufweist. Bei dieser Vorrichtung werden die Kanäle
des Kraftflusses zu und von dem Servomotor nicht durch den frei beweglichen Schieber,
sondern.durch das Vorsteuerorgan gesteuert. Diese Umsteuervorrichtung besitzt den
Nachteil, daß das ganze Gerät bei niedrigen Drücken ganz zum Stillstand kommt. weil
während einer gewissen Zeit sowohl die ZufluB- als auch die AbfluBkanäle geschlossen
sein können. Wenn diese Umsteuervorrichtung in eine solche Totlage gelangt, kann
sie nicht mehr selbsttätig in Gang kommen.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Umsteuerung eines Servomotors
ist in einem die Zu- und Ableitungen des Servomotors bzw. einer Pumpe aufweisenden
Gehäuse ein um einen bestimmten Winkel drehbar angeordneter Drefischieber
vorhanden,
der einen in ihm axial bewegbaren, mehrfach abgesetzten Kolben aufnimmt. Bei einer
entsprechenden Verdrehung des Schiebers werden dabei die Stirnflächen des Kolbens
vom Druckmedium beaufschlagt, wodurch bei der hierdurch erfolgenden Verschiebung
des Kolbens die entsprechenden Verbindungen zwischen Pumpe und Servomotor freigegeben
werden. Der Schieber weist zu diesem Zweck an seiner Mantelfläche über einen Teil
des Umfanges sich erstreckende konzentrische Nuten auf, die bei seiner Verdrehung
eine entsprechende Verbindung der Rohrleitungen aufrechterhalten. Diese Vorrichtung
besitzt den Nachteil, daß sie bei einem geringen Druck des Mediums nicht mehr einwandfrei
arbeitet. In diesem Falle führt nämlich der Kolben des Servomotors sowie das Vorsteuerorgan
eine verhältnismäßig langsame axiale Bewegung aus, wodurch auch der Schieber für
seine Bewegung eine entsprechend große Zeitspanne benötigt, so daß die angestrebten
kurzen Umsteuerzeiten nicht erzielt werden.
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Schließlich ist eine Einrichtung zur hydraulischen Steuerung, insbesondere
für Schlitten an Werkzeugmaschinen, bekanntgeworden, bei der einem vom Schlitten
bewegten Steuerschieber ein mit Anschlußkanälen versehenes Zwischenglied zugeordnet
ist, dessen Bewegungen denjenigen des Steuerschiebers entgegengesetzt gerichtet
sind. Bei diesen Einrichtungen erfolgt die Flüssigkeitsumleitung zum Arbeitskolben
infolge der unmittelbaren Bewegung des Steuerschiebers durch den Schlitten, während
das Zwischenglied Öffnungsbewegungen für die Weiterleitung des Druckmediums ausführt.
Zur Betätigung des Zwischengliedes dienen bei Einrichtungen dieser Art elekfrische,
mechanische oder hydraulische Mittel. Bei hydraulischer .Betätigung des Zwischengliedes
öffnet oder schließt der Steuerschieber entsprechend seiner Stellung Kanäle, die
die Zuleitung des Druckmediums zum Zwischenglied und" dadurch Steuerbewegungen desselben
in der einen oder anderen Richtung ermöglichen. Das Zwischenglied wird dabei jeweils
von der einen in die andere Totpunktlage bewegt. Es zeigt sich bei Einrichtungen
dieser Art, daß sich bei Anwendung geringer Drücke das Zwischenglied im Verhältnis
nur langsam zu bewegen vermag und daß durch die stabile Totpunktlage des Zwischengliedes
die Ingangsetzung aus dem Stillstand Schwierigkeiten bereitet. In der Praxis bedeutet
dies, daß bei sehr langsamen Bewegungen des Schlittens oder bei einem Stillsetzen
desselben in einem Totpunkt die Einrichtung nicht mehr umzukehren bzw. nicht mehr
in Gang zu kommen vermag. Dies insbesondere deshalb, da der Steuerschieber nicht
nur die Umkehrung des Schlittens vorbereitet, sondern auch einleitet. Eine gesicherte
Umsteuerung dieser Einrichtungen ist also nur möglich, wenn mit einer gewissen Geschwindigkeit
gearbeitet wird, d. h. wenn Beschleunigungskräfte mitwirken.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile bei einer Umsteuervorrichtung
für hydraulisch betätigte Servomotoren mit selbsttätiger Umsteuerung des Kraftflusses
eines Druckmediums zu und vom Servomotor mit einem vom Servomotor betätigten Vorsteuerschieber
und einem frei beweglichen Schieber, der zwei Flüssigkeitsräume umgrenzt, deren
Rauminhalte sich bei der Bewegung des Schiebers entgegengesetzt ändern, wobei der
vom Vorsteuerschieber gesteuerte Kraftfluß des Druckmediums zu diesen Flüssigkeitsräumen
den Schieber betätigt, der zur Steuerung des Zu- und Abflusses des Druckmediums
zu und vom Servomotor dient und während der Umsteuerung sich in bezug auf den Vorsteuerschieber
in entgegengesetzter Richtung bewegt, dadurch, daß die Flüssigkeitsräume nur durch
den Vorsteuerschieber und den frei beweglichen Schieber umgrenzt sind und die Kanäle
für den Zu- und Abfluß des Druckmediums nach und aus diesen Flüssigkeitsräumen durch
die entgegengesetzten Bewegungen des Vorsteuerschiebers und des Schiebers geöffnet
oder geschlossen werden, wobei der Zu- und Abfluß des Druckmediums zu und vom Servomotor
nur durch den Schieber gesteuert wird. Hierdurch wird erreicht, daß die Bewegung
des Vorsteuerschiebers zunächst keinerlei Einfluß auf die Zu- und Ableitung des
Druckmediums zum und vom Servomotor ausübt, wodurch auch hei langsamem Antrieb der
Servomotor in seine Endstellungen bewegt werden kann, ohne daß ein Stehenbleiben
oder ein Nichtmehranlaufen desselben zu befürchten ist. Bei Erreichen der Endlage
ist der Vorsteuerschieber durch den Servomotor so weit verstellt, däß der frei beweglighe
Steuerschieber Bewegungen ausführen kann, die ihrerseits die Umsteuerung bewirken.
Die Steuerwirküng wird somit im Gegensatz zu bekannten Ausführungen vom Hauptkolben
nur eingeleitet. Danach findet sie völlig selbsttätig statt. Die erfindungsgemäße
Einrichtung ermöglicht außerordentlich kurze Schaltzeiten, so daß beispielsweise
eine Umschaltung im normalen Betrieb in weniger als 1/2s. Sekunden stattfinden kann.
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Zur Erläuterung dient die Zeichnung, die zwei Ausführungsformen der
Erfindung beispielsweise darstellt; darin zeigt Fig. i bis 4 axiale Durchschnitte
eines Schiebers mit einem axial beweglichen Schieberkörper in vier verschiedenen
Lagen, Fig. 5 einen Schieber mit einem um eine Achse drehbaren Schieberkörper und
Fig. 6 einen axialen Durchschnitt über die Linie VI-VI in Fig. 5.
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In Fi.g. i bis 4 ist i ein doppelt arbeitender Zylinder mit einem
Kolben 2, der mit Hilfe einer Kolbenstange 3 irgendeinen Maschinenunterteil, z.
B. den Schlitten einer Schleifmaschine oder den Arm einer Hobelmaschine, hin und
her bewegen kann. Die Flüssigkeitsräume 4 und 5 des Zylinders sind mittels der-
Leitungen 6, 7 am Gehäuse 8 eines Schiebers angeschlossen, der für die Umkehrung
der Anschlüsse der Leitungen 6 und 7 an einer Flüssigkeitszufuhrleitung g bzw. an
Flüssigkeitsabfuhrleitungen io, i i dient. Zu diesem Zweck ist im Gehäuse 8 ein
Schieber 12, axial beweglich angeordnet und befindet sich im Schieber ein ebenfalls
axial
beweglicher Vorsteuerschieber 13. Dieser wird jedesmal am Ende des Hubes des Kolbens
2 durch den letzteren in eine Endlage gesetzt, und er ist dazu mit einem um einen
Punkt 14 drehbaren zweiarmigen Hebel 15, 16 und über eine Stange 17 mit einem am
Hebelarm 16 parallelen, um einen Punkt 18 drehbaren Arm i9 gekuppelt. Am Ende jedes
Hubes des Kolbens 2 drückt die Kolbenstange 3 mit einem Arm 20 entweder gegen den
Hebelarm 16 oder gegen den Arm i9, derart, daß der Vorsteuerschieber 13 in die eine
oder andere Endlage gebracht wird.
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Das Gehäuse 8 der Vorrichtung weist Kanäle 21, 22, 23, 24., 25 auf,
die an der Flüssigkeitszufuhrleitung 9, den zum Zylinder i führenden Arbeitsleitungen
6 und 7 bzw. an den Flüssigkeitsabfuhrleitungen io und ii anschließen. Der Schieber
12 ist mit zwei zylindrischen Kragen 26, 27 versehen, die einen ringförmigen Raum
28 im Gehäuse 8 begrenzen, welcher Raum in Abhängigkeit der Lage des Schiebers eine
Verbindung zwischen der Zufuhr Leitung 9 und der Arbeitsleitung 6 oder zwischen
der Zufuhrleitung 9 und der Arbeitsleitung 7 bildet. Außerdem begrenzen diese Kragen
26, 27 die Flüssigkeitsaustrittsräume 29, 3o, an denen die Abfuhrleitungen io, i
i anschließen und die ebenfalls in Abhängigkeit der Lage des Schiebers die Arbeitsleitung
7 mit der Abfuhrleitung i i bzw. der Arbeitsleitung 6 mit der Ab.fuhrleitung io
verbinden können. Der Vorsteuerschieber 13 weist einen zylindrischen Kragen 31 auf,
der als Kolbenschieber im Schieber 12 arbeitet, darin zwei Kammern 32, 33 voneinander
trennt und mit Kanälen 34. zusammenarbeitet, die sich in der Wand des Schiebers
12 befinden und in die ringförmige Kammer 28 ausmünden. Die Kammern 32 und 33 können
mit Hilfe der verdickten Enden 35, 36 des Vorsteuerschiebers 13 an ihren Endflächen
geöffnet und geschlossen werden, so daß die Druckflüssigkeit durch die Bohrungen
4.9, 5o nach und aus den Flüssigkeitsräumen 32, 33 zu- und abfließen kann.
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Die Kanäle 34. und der Kragen 3 1 dienen zum wechselweisen
Anschluß der Kammern 32, 33 an die Zufuhrleitung, während die Teile 35, 36 des Steuerorgans
zum wechsel-,veisen Anschluß dieser Kammern an die Abfuhrleitungen dienen.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: In Fig. i ist der
Vorsteuerschieber 13 gerade durch den Kolben :2 in die linke Endlage gedrückt,
und der Schieber 12 steht ebenfalls in der durch Anschläge 37 bestimmten linken
Endlage. In dieser Lage des Schiebers ist die Flüssigkeitszufuhrleitung 9 durch
die Kammer 28 mit der Arbeitsleitung 6 verbunden und ist die Arbeitsleitung 7 durch
den Austrittsraum 3o an der Abfuhrleitung u angeschlossen. Gleichzeitig steht die
Kammer 33 innerhalb des Schiebers 12 durch die Kanäle 34. mit der Kammer 28 und
der Zufuhrleitung 9 in Verbindung und ist die Kammer 33 durch das verdickte Ende
36 des Vorsteuerschiebers 13 vom Austrittsraum 30 abgeschlossen. Es wird
klar sein, daß die in Fig. i gezeichnete Lage des Schiebers 12 nicht aufrechterhalten
werden kann, aber daß durch den Druck des Mediums, d. h. der Flüssigkeit in der
Kammer 33, der Schieber i2 nach der in der Fig. 2 gezeichneten rechten Endlage gedrückt
werden wird. Der Schieber i2 wird daher durch den Flüssigkeitsdruck selbsttätig
umgeschaltet, wodurch die Zufuhrleitung 9 mit der Arbeitsleitung 7 und die Arbeitsleitung
6 mit der Abfuhrleitung io verbunden wird. In dieser neuen Lage wird der Schieber
12 durch den Flüssigkeitsdruck in der Kammer 33 festgehalten. Der Erfolg dieser
Umschaltung ist, daß der Zylinderraum 5 Druckflüssigkeit erhält und der Zylinderraum
4. Druckflüssigkeit abführen kann. Der Kolben 2 wird daher nach seiner linken Endlage
zurückgetrieben. Gerade bevor der Kolben die linke Endlage erreicht hat, stößt der
Arm 20 der Kolbenstange 3 gegen den Arm i9 und wird der Vorsteuerschieber 13 in
seine rechte Endlage gebracht (Fig. 3). In dieser Lage ist die Kammer 33 von der
Zufuhrleitung 9 getrennt, aber sie ist mit dem Austrittsraum 30 verbunden.
Die Kammer 32 ist dann vom Austrittsraum 29 abgeschlossen und sie steht durch die
Kanäle 34. mit der Zufuhrleitung 9 in Verbindung. Der Erfolg dieser neuen Lage ist,
daß die Kammer 32 im Schieber 12 Flüssigkeit unter Druck empfängt und daß dadurch
der Schieber 12 wieder nach links be@vegt, d. h. in die Lage nach Fig.4 gebracht
wird. In der letzteren Lage wird der Schieber wieder durch den Flüssigkeitsdruck
festgehalten, bis der Vorsteuerschieber aus der in Fig. 4. dargestellten Lage in
die Lage gemäß Fig. i gebracht wird.
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Das Besondere dieser Vorrichtung ist, daß der Kolben 2 für die Verstellung
des Schiebers keinen Tatgang zu haben braucht. Der Kolben verstellt den Vorsteuerschieber
unter dem vollen Flüssigkeitsdruck, bis der Vorsteuerschieber die Endlage erreicht
hat. In jeder seiner Endlagen wird der Schieber durch den Flüssigkeitsdruck selbsttätig
umgeschaltet. Die Bewegung des Schiebers ist daher nicht mehr unmittelbar mit derjenigen
des Kolbens gekuppelt. Eine Vorrichtung, die einen erfindungsgemäßen Schieber aufweist,
ist durch den ruhigen Gang des Kolbens im Zylinder und durch die große Einfachheit
der Bauart des Umkehrmechanismus gekennzeichnet.
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Fig. 5 und 6 zeigen eine Variante des Schiebers nach Fig. i bis 4..
Bei diesem Schieber sind der Schieber 12" und der Vorsteuerschieber i3a nicht axial
beweglich, sie sind aber hin und her schwingbar um eine Achse 38, im Gehäuse
8" angeordnet. Diese Achse kann mittels einer Kurbel 39a und eines Kurbelstiftes
4.o" durch den Kolben 2 hin und her geschwungen werden, wodurch der Vorsteuerschieber
von der einen Endlage nach der anderen versetzt wird und umgekehrt.
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Bei dieser Variante sind die Austrittskammern 29 und 30 zu
einer einzigen Kammer 41" vereinigt, die nur einen einzelnen Austrittskanal 42,
aufweist. Das Gehäuse ist weiter mit einem Zufuhrkanal Zia und mit Arbeitskanälen
22a, 23a versehen, die in der in Fig. i dargestellten Weise mit der Zufuhrleitung
9 bzw. mit den Arbeitsleitungen 6 und 7 verbunden werden können. In diesem Falle
ist der
Schieber nicht mit Zylinderkragen 26, 27, sondern mit Flügeln
26, 27a versehen. Auch der Vorsteuerschieber weist anstatt eines Zylinderkragens
31 einen Flügel 31" auf.
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Die Wirkung dieser Vorrichtung stützt sich auf demselben Prinzip wie
diejenige der Vorrichtung nach Fig. i bis 4. Wird der Vorsteuerschieber 13a ein
wenig weiter nach links gedreht, so wird die Kammer 33, durch den Kanal 34a
mit ,der unter Druck stehenden Kammer 28a in Verbindung gebracht, die in der gezeichneten
Lage den Arbeitskanal 22a mit dem Zufuhrkanal 21a verbindet; gleichzeitig öffnet
sich bei 49" eine Verbindung zwischen der Kammer 32a und der Austrittskammer 41a.
Der Erfolg dieser Drehung des Vorsteuerschiebers 13, ist, daß der Schieber
12" nach rechts geschwungen wird und daß er die Verbindung zwischen dem Eintrittskanal
Zia und dem Arbeitskanal 21, bewirkt, während der Arbeitskanal 2-2, durch die Kammer
41" mit dem Austrittskanal 42u in Verbindung gebracht wird. Der Kolben des an dieser
Vorrichtung angeschlossenen Zylinders wird daher seine Bewegung umkehren. Wird darauf
der Vorsteuerschieber 13a nach rechts geschwungen, so wird die Kammer 32" durch
den Kanal 34a mit dem Druckraum 28a verbunden und wird der Schieber 12" wieder nach
der Ausgangslage gemäß Fig.5 zurückbewegt weiden. Nach der ausführlichen Beschreibung
der Vorrichtung nach Fig. i bis 4 wird die Variante nach Fig. 5 und 6 keine weitere
Erklärung mehr nötig haben.