METHOD TO CONTROL A HYDRAULIC MECHANISM, AND HYDRAULIC MECHANISM SUITED TO CARRY OUT SAID METHOD

Abstract: 1. A method of controlling a hydraulic adjusting mechanism comprising a hydraulic cylinder (1) a hydraulic piston (2), a high-pressure source (6, 12) and a low-pressure accumulator (8, 37) for the hydraulic fluid and comprising conduits which open into the hydraulic cylinder (1) and connect the cylinder chamber sections (16, 17) separated by the piston with the high-pressure source or the low-pressure accumulator, wherein during a first stage in the movement of the piston (2) from one end position to the other the increasing chamber section of the hydraulic cylinder (1) is connected to the high-pressure source (6, 12) to accelerate the piston (2), while the diminishing chamber section is connected to the low-pressure accumulator (8, 37), and wherein during a second stage in the movement of the piston (2) the increasing cylinder chamber is connected to the low-pressure accumulator, a braking of the piston being effected by a pressure increase in the diminishing cylinder chamber section caused by an interruption in its connection with the low-pressure accumulator (8, 37), characterized in that the braking stage follows on immediately from the acceleration phase, that the reversal for the purpose of the transition from the acceleration stage to the braking stage occurs at a point when the piston (2) has covered about half its path, that in order to effect the reversal from the acceleration stage to the braking stage the supply of hydraulic fluid from the high-pressure source (6, 12) to the increasing cylinder chamber section is cut off and that during the braking stage hydraulic fluid is displaced from the diminshing cylinder chamber section into a high-pressure accumulator (6, 12) as a result of the inertia of the bodies (2, 3, 4) to be slowed down.

Description: LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Antriebs und für die Durchführung dieses Steuerungsverfahrens geeigneter hydraulischer Antrieb Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Antriebs mit einem Hydraulikzylinder, einem Hydraulikkolben und mindestens einem Druckmittelspeicher. Ausserdem betrifft die Erfindung einen hydraulischen Antrieb, der für die DurchführUng dieses Steuerungsverfahrens besonders geeignet ist. Die Schnelligkeit, mit der hydraulisch betätigte Vorgänge ablaufen, ist im wesentlichen durch die während des Stell Vorgangs zu beschleunigende und wieder abzubremsende Masse bestimmt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Antriebs anzugeben, das es ermöglicht, relativ grosse Massen in einfacher Weise hydraulisch zu verstellen.. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin,einen möglichst schnellen Ablauf des Stellvorgangs zu erreichen. Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass während der Bewegung des Hydraulikkolbens von seiner einen Endlage in seine andere Endlage im Hydraulikzylinder eine Druckmittelumsteuerung vorgenommen wird, und zwar derart, dass zunächst der sich während der Kolbenbewegung vergrössernde Raum zur Beschleunigung des Kolbens mit Druck beaufschlagt wird und dass vor dem Eintreffen des Kolbens in seiner anderen Endlage dieser Raum druckentlastet und der sich verkleinernde Raum zur Abbremsung des Kolbens mit Druck beaufschlagt wird. Ein wesentliches Merkmal dieses Steuerungsverfahrens ist der Einsatz des Verzögerungsdruckes zur Abbremsung des Kolbens und der damit verbundenen, zu verstellenden Masse. Durch einen derartigen Druckeinsatz erübrigen sich andere Mittel zur Abbremsung von Kolben und Stellmasse, so dass eine relativ einfache Realisierung der Erfindung möglich ist. Besonders zweckmässig ist es, wenn die Umsteuerung zu einem Zeitpunkt erfolgt, in dem der Kolben etwa seinen halben Weg zurückgelegt hat,und wenn der Beschleunigungsdruck und der Verzögerungsdruck etwa gleich sind. In einem solchen Fall ist nur ein Druckmittelspeicher erforderlich. Weiterhin ist es zweckmässig, dass mindestens ein Hochdruckspeicher und ein Niederdruckspeicher vorgesehen sind und dass der sich vergrössernde Raum jeweils nach der Beschleunigungsphase mit dem Niederdruckspeicher verbunden wird. Dadurch füllt sich der sich vergrössernde Raum nach der Beschleunigungsphase mit Hydraulikflüssigkeit, ohne dass störende Kavitationen auftreten. Der Ablauf des Stellvorganges kann dadurch beschleunigt werden, dass die Umsteuerung selbsttätig abläuft. Wegaufnehmer zur Erfassung von Positionen und z. B-. dadurch betätigte Magnetventile mit unvermeidlichen Totzeiten können dann entfallen. Ein hydraulischer Antrieb, welcher zur Durchführung des erfindungsgemässen Steuerungsverfahrens besonders geeignet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Seite des Hydraulikzylinders mit einem Druckmittelspeicher verbindbar ist und dass Mittel zur Umsteuerung dieser Verbindungen während der Bewegung des Hydraulikkolbens von seiner einen Endlage in seine-andere vorgesehen sind. Diese Mittel zur Umsteuerung können in vielfältiger Weise ausgebildet sein. Auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird Bezug genommen. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der Figuren 1 bis 4 erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung, anhand der das Prinzip erläutert wird, Figuren 2 und 3 Diagramme über Bewegungsabläufe, die mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens bewirkt werden können, und Figur 4 ein spezielles Ausführungsbeispiel für einen für die Durchführung des erfindungsgemässen Steuerungsverfahrens geeigneten hydraulischen Antrieb. Bei der Prinzip-Darstellung nach Figur 1 sind der Hydraulikzylinder mit 1, der darin verschiebbar angeordnete Hydraulikkolben mit 2 und die über eine Kolbenstange 3 mit dem Kolben 2 verbundene Stellmasse mit 4 bezeichnet. 4 kann z. B. das Verschlussglied eines Schiebers oder eines Ventiles sein. Die linke Seite des Zylinders 1 ist über ein Ventil 5 mit einem Hochdruckspeicher 6 und über ein Ventil 7 mit dem Niederdruckspeicher 8 verbunden. Das Ventil 7 ist mittels eines Rückschlagventils 9 überbrückt, das derart eingebaut ist, dass der Druck des Speichers 6 nicht im Niederdruckspeicher 8 auftritt. In entsprechender Weise ist die rechte Seite des Zylinders 1 über ein Ventil 11 mit einem weiteren Hochdruckspeicher 12 und über das Ventil 13 mit dem Niederdruckspeicher 8 verbunden. Das das Ventil 13 überbrückende Rückschlagventil ist mit 14 bezeichnet. Die Ventile 5, 7, 11 und 13 sind automatisch betätigbar, und zwar mit Hilfe des als Block dargestellten Steuergerätes 15. Parallel zu den Ventilen 5 und 11 sind schliesslich noch die in Richtung zu den jeweiligen Hochdruckspeichern 6 bzw. 12 zu öffnenden Rückschlagventile 18 und 19 vorgesehen. Die Bewegung des Kolbens 2 mit der Masse 4 aus seiner linken Endlage in seine rechte Endlage geschieht folgendermassen: Von den zunächst geschlossenen Ventilen werden zur Zeit to das Ventil 5 zum Hochdruckspeicher 6 und das Ventil 13 zum Niederdruckspeicher 8 geöffnet. Dadurch erhöht sich der Druck im links vom Kolben 2 gelegenen Zylinderraum 16, so dass der Kolben 2 mit der Masse 4 nach rechts beschleunigt wird. Die im rechts vom Kolben 2 gelegenen Zylinderraum 17 befindliche Hydraulikflüssigkeit strömt über das Ventil 13 in den Niederdruckspeicher ab. Durch dasckschlagventil 9 sind der Hochdruckspeicher 6 und der Niederdruckspeicher 8 voneinander getrennt. Während der Bewegung des Kolbens 2 mit der Masse 4 von links nach rechts wird zum Zeitpunkt t1 eine Umsteuerung des Druckes vorgenommen, und zwar derart, dass die Beschleunigungsphase -beendet und die Verzögerungsphase begonnen wird. Dazu werden zum.Zeitpunkt t1 die Ventile 5 und 13 geschlossen. Der Zylinderteilraum 16 wird dadurch druckentlastet. Das infolge der Weiterbewegung des Kolbens 2 im Raum 17 verdrängte Ölvolumen fliesst über das Rückschlagventil 19 in den Hochdruckspeicher 12. Der dadurch erzeugte Hochdruck im Zylinderraum 17 bewirkt die gewünschte Verzögerung des Kolbens 2 mit der Masse 4. Infolge des Rückschlagventils 9 ist sichergestellt, dass im Teilraum 16 keine störenden Kavitationen auftreten. Über das Rückschlagventil 9 füllt sich der Teilraum 16 mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher 8. Zum Zeitpunkt t2gelangt der Kolben 2 in seine rechte Endlage (gestrichelt dargestellt und mit 2' bezeichnet). In entsprechender Weise kann eine Bewegung des Kolbens 2 von rechts nach links bewirkt werden. Dazu werden zunächst die Ventile 11 und 7 geöffnet, wodurch die Beschleunigungsphase beginnt. Durch Schliessen dieser beiden Ventile und Öffnung des Ventils 13 wird -die Verzögerungsphase eingeleitet. Der Übergang von der Beschleunigungsphase zur Verzögerungsphase kann prinzipiell zu einem beliebigen Zeitpunkt zwischen t und t2 erfolgen. In den Figuren 2a bis 2c sind Diagramme dargestellt, die zu einem Bewegungsablauf gehören, bei dem während 75 % der gesamten Stellzeit beschleunigt und während der restlichen 25 % verzögert wird. Figur 2a stellt den Beschleunigungswert in Abhängigkeit von der Zeit dar. Daraus geht hervor, dass in einem solchen Fall die Verzögerung (negative Beschleunigung) wesentlich grösser gewählt werden muss als die Beschleunigung, damit in der nur 25 % des gesamten Bewegungsablaufs betragenden Zeit die notwendige Verzögerung des Kolbens 2 mit der Masse 4 erreicht werden kann. Für die Praxis bedeutet das, dass der Druck im Speicher 12 entsprechend höher gewählt werden muss. Figur 2b zeigt die Geschwindigkeit v eines solchen Bewegungsablaufs in Abhängigkeit von der Zeit.Figur 2c zeigt entsprechend den vom Kolben 2 zurückgelegten weg s in Abhängigkeit von der Zeit. In den Diagrammen nach den Figuren 3a bis 3c ist ein Bewegungsablauf -dargestellt, bei dem die Druckumsteuerung auf halbem Weg des Kolbens 2 bzw. nach der halben Zeit des gesamten Bewegungsablaufs vorgenommen wird. In einem solchen Fall können Beschleunigungs- und Verzögerungswert gleich gewählt werden. Für die Praxis bedeutet das, dass der Druck in den Speichern 6 und 12 gleich sein kann oder nur ein Hochdruckspeicher erforderlich ist. Geschwindigkeit und Weg s in Abhängigkeit von der Zeit sind für einen solchen Fall in Figur 3b und Figur 3c dargestellt. Der Vorteil eines in dieser Weise ablaufenden Steilvorganges liegt darin, dass - wegen der Symmetrie der Kurven - die Bewegungen in beiden Richtungen gleichförmig ablaufen, was bei Bewegungsabläufen nach den Figuren 2a bis 2c nicht der Fall ist. Voraussetzung für einen gleichförmig ablaufenden Bewegungsvorgang sind noch gleich grosse Wirkflächen. Beim Gegenstand der Figur 1 kann das z. B. dadurch erreicht werden, dass der Kolben -2 auch auf seiner rechte°JF einer Kolbenstange ausgerüstet ist. Die Betätigung von Steuerventilen zur Umsteuerung der Drücke während der Kolbenbewegung kann zu Nachteilen-führen, wenn ein Steuerventil z. B. durch Schwergängigkeit nicht im richtigen Zeitpunkt schaltet. Dies lässt sich vermeiden, wenn die Ölströme sich wegeabhängig selbst steuern, wie dies beispielsweise in Figur 4 gezeigt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Abschnitte 20 und 21 der beidseitig am Kolben 2 befestigten Kolbenstange 3 als Steuerkolben ausgebildet. Die Öl-Zu- und -Abfuhrkanäle werden durch Bohrungen 31 und 32 im Zylindermantel gebildet; sie können an der Zylinderinnenwand zu Ringkanälen bzw. Steuernuten 22, 23, 24, 25 erweitert sein. Diese Steuernuten korrespondieren mit abgeschrägten Steuerkanten 27, 28, 29, 30 am Kolben und an der Kolbenstange. Soll beispielsweise der (in seiner Mittelstellung dargestellte) Kolben 2 in der gezeichneten Pfeilrichtung von seiner rechten Endstellung nach links laufen, so werden zum Start vom Steuerorgan 15 Ventil 11 und 13 geöffnet; Ventile 5 und 7 bleiben geschlossen. Aus dem Hochdruckspeicher 6 fliesst das Drucköl über Ventil 11, Leitung 32 in den Ringkanal 23 und weiter in den Zylinderraum 17. Das aus dem Zylinderraum 16 zu verdrängende Öl fliesst über den Ringkanal 24 in die Leitung 31 und über das Rückschlagventil 33 in den Niederdruckspeicher 8. Im (dargestellten) Umsteuerzeitpunkt schliesst die Steuerkante 28 des Steuerkolbens 21 den Ringkanal 23; damit ist der Hochdruck Ölzufluss abgesperrt. Zum Nachfüllen des Zylinderraums 17 öffnet nun die Steuerkante 30 des Kolbens 2 den Ringkanal 25, der über das schon geöffnete Ventil 13 mit dem Niederdruckspeicher 8 in Verbindung steht. Im Zylinderraum 16 wird gleichzeitig durch die Steuerkante 29 des Kolbens 2 der bisherige Ölabfluss über Ringkanal 24 und Rückschlagventil 33 in den Niederdruckspeicher 8 unterbrochen und durch die Steuerkante 27 des Steuerkolbens 20 der Ringkanal 22 geöffnet, so dass das zu verdrängende öl über Rückschlagventil 18 in den Hochdruckspeicher 6 gefördert werden muss. Nunmehr herrscht im Zylinderraum 16 der gewünschte Verzögerungsdruck, während im Ringraum 17 nur der zum Nachfüllen nötige Druck des Niederdruckspeichers 8 wirkt. Gegen Hubende kann die zu verzögernde Energie so weit aufgebraucht sein, dass das Rückschlagventil 18 nicht mehr überwunden werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Leitungssystem 26 mit einstellbaren Drosseln 35 und 36 vorgesehen, das in Höhe der Steuerkolben 20 und 21 mündet und mit einem Speichertank 37 in Verbindung steht. Die Lage der MÜndungen 38 und 39 ist so gewählt, dass sie vom zugehörigen Steuerkolben nur dann freigegeben werden, kurz bevor dieser seine eine Endstellung (der linke Steuerkolben seine linke Endstellung und der rechte Kolben seine rechte Endstellung) erreicht. In der jeweiligen Endphase der Bewegungen des Steuerkolbens wird dann eine geringe Ölmenge über das Leitungssystem 26 und über die jeweils zugehörige Drossel in den Speichertank 37 abgeführt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 die die Ventile 7 und 13 überbrückenden Rückschlagventile 9 bzw. 33 und 14 bzw. 34 in umgekehrter Richtung angeordnet. Der Grund dafür liegt darin, dass die Rückschlagventile beim Gegenstand der Figur 1 die Aufgabe erfüllen, den Niederdruckspeicher vom Hochdruckspeicher ständig getrennt zu halten. Beim Gegenstand der Figur 4 ist diese Aufgabe bereits durch die besondere Lage der Steuerkanten und -kanäle erfüllt. Die Ventile 7 und 13 könnten entfallen, wenn nachzufüllendes öl aus dem Speichertank 37 ersetzt würde. Das ist möglich, wenn die Bewegung des Kolbens nicht allzu schnell erfolgen soll. Anderenfalls ist ein bestimmter Nachfülldruck (Druck des Niederdruckspeichers) erforderlich. Ein zweckmässiger Druck im Hochdruckspeicher ist 200 bar. Bei schnellen Bewegungen ist der Druck im Niederdruckspeicher zweckmässigerweise 20 bar.

Claims: LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Antriebs und für die Durchführung dieses Steuerungsverfahrens geeigneter hydraulischer Antrieb ANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Antriebs mit einem Hydraulikzylinder, einem Hydraulikkolben und mindestens einem Druckmittelspeicher, dadurch gekenn zeichnet, dass während der Bewegung des Kolbens (2) von seiner einen Endlage in seine andere eine Druckmittel umsteuerung vorgenommen wird, und zwar derart, dass zunächst der sich während der Kolbenbewegung vergrössernde Raum zur Beschleunigung des Kolbens mit Druck beaufschlagt -wird und dass vor dem Eintreffen des Kolbens in seiner anderen Endlage dieser Raum druckentlastet und der sich verkleinernde Raum zur Abbremsung des Kolbens mit Druck beaufschlagt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsteuerung zu einem Zeitpunkt erfolgt, in dem der Kolben (2) etwa seinen halben Weg zurückgelegt hat, und dass der Beschleunigungsdruck und der Verzögerungsdruck etwa gleich sind. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hochdruckspeicher (6 bzw. 12) und ein Niederdruckspeicher (8 bzw. 37) vorgesehen sind und dass der sich vergrössernde Raum jeweils nach der Beschleuni gungsphase mit dem Niederdruckspeicher verbunden wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Umsteuerung selbsttätig abläuft. 5. Für die Durchführung der Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 geeigneter hydraulischer Antrieb mit einem Hydraulikzylinder, einem Hydraulikkolben und mindestens einem Druckmittelspeicher, dadurch gekennzeichnet, dass jede Seite des Hydraulikzylinders (1) mit einem Druckmittelspeicher (8 bzw. 8, 12) verbindbar ist und dass Mittel zur Umsteuerung dieser Verbindungen während der Bewegung des Hydraulikkolbens (2) von seiner einen Endlage in seine andere vorgesehen sind. 6. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens ein Hochdruckspeicher (6, 12) und ein Niederdruckspeicher (8, 37) vorgesehen sind und dass jede Seite des Hydraulikzylinders (1) sowohl mit dem Hochdruckspeicher als auch mit dem Niederdruckspeicher verbindbar ist. 7. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Hochdruckspeicher (6, 12) vorgesehen ist und dass die MIttel zur Umsteuerung betätigbar sind, wenn der Kolben (2) sich etwa in Zylindermitte befindet. 8. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die MIttel zur Umsteuerung aus einem jeder Seite des Hydraulikzylinders (1) zugeordneten Leitungssystem mit darin angeordneten, der Verbindung bzw. Trennung des Hydraulikzylinders (1) mit bzw. von dem Hochdruck- bzw. Niederdruckspeicher. 9. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass jeder Seite ein Rückschlagventil (9 bzw. 14) zur Trennung des Hochdruckspeichers vom Niederdruck speicher zugeordnet ist. 10. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Kolben (2) selbst betätigbare Steueröffnungen (24, 25) in den Hydraulik- zylinder (1) münden. 11. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Steuerung der Kolbenbewegung mindestens ein Steuerkolben (20, 21) vorgesehen ist. 12. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kolben.(2) mit einer beidseitig daran befestigten Kolbenstange (3) ausgerüstet ist und dass die Kolbenstange (3) abschnittsweise als Steuerkolben (20,21) ausgebildet ist. 13. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) und/oder die Steuerkolben (20, 21) abgeschrägte Steuerkanten (27 bis 30) aufweisen, die mit Steuerkanalmündungen (22 bis 25, 38, 39) in der Innenwand des Hydraulikzylinders (1) korrespondieren. 14. Hydraulischer Antrieb nach AnsPruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass zumindest ein Teil der in der Innenwand des Hydraulikzylinders mündenden Steuerkanäle (22 bis 25) ringnutenförmig gestaltet sind. 15. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speichertank (37) vorgesehen ist. 16. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass der Speichertank (37) über Leitungen (40, 41) mit in den Hydraulikzylinder (1) mündenden Ringnuten (24, 25) in Verbindung steht. 17. Hydraulischer Antrieb nach AnsPruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichertank (37) über mit einstellbaren Drosseln (35, 36) ausgerüsteten Leitungen mit dem Innenraum des Hydraulikzylinders (1) in Verbindung steht. 18. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 17, dadurch gekenn zeichnet, dass die Lage der Mündungen (38, 39) der mit den einstellbaren Drosseln (35, 36) ausgerüsteten Leitungen so gewählt ist, dass sie von dem zugehörigen Steuerkolben (20 bzs. 21) jeweils freigegeben werden, kurz bevor dieser eine seiner beiden Endstellungen erreicht.

Inventors: BUBECK, FRIEDRICH, POLHEDE, WILHELM, REIMPELL, UWE, DR., STARK, FRIEDRICH
Applicants: LEYBOLD-HERAEUS GMBH
Application year: 1981
Main classification: F15B11
IPC codes: F15B11