DE1153998B - Actuating device for a hydraulic servo motor with differential piston - Google Patents
Actuating device for a hydraulic servo motor with differential pistonInfo
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Description
Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Servomotor mit Differentialkolben Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Servomotor mit beidseitig zu beaufschlagendem Differentialkolben, mit zwei gleichzeitig von Hand oder durch Motor zu betreibenden Pumpen zum Ansaugen des Druckmittels aus einem Druckmittelvorratsbehälter und zum Eindrücken des Druckmittels in den Arbeitszylinder.Actuating device for a hydraulic servomotor with differential piston The invention relates to an actuating device for a hydraulic servomotor with differential piston to be acted upon on both sides, with two simultaneously from Hand or motor operated pumps for sucking in the pressure medium from a Pressure medium reservoir and for pressing the pressure medium into the working cylinder.
Es sind bereits Differentialkolben bekanntgeworden, die mit zwei gemeinsam betriebenen Pumpen in einer Anlage zusammenarbeiten; allerdings ist bei diesen bekannten Fällen der Druckmittelkreislauf nicht getrennt, sondern benutzt stellenweise dieselben Leitungen.Differential pistons have already become known that have two in common operated pumps work together in a system; however, this is known Cases the pressure medium circuit is not separated, but uses the same in places Cables.
Bei derartigen Betätigungsvorrichtungen besteht, insbesondere wenn der Arbeitszylinder für mechanische Pressen oder für andere Maschinen verwendet wird, bei denen große Kräfte umgesetzt werden, ein Problem darin, die unter erheblichem Druck stehende Anlage abzudichten.In such actuators there is, especially if the working cylinder is used for mechanical presses or for other machines in which great forces are deployed, a problem in that under considerable Seal the pressurized system.
Zur Verbesserung der Dichtungsverhältnisse bei der eingangs geschilderten Vorrichtung wird daher vorgeschlagen, die Vorrichtung mit zwei Druckmittel kreisläufen zu versehen, deren jeder von einer der Pumpen gespeist wird und wovon der eine Druckmittel mit hohem, nicht beschränktem Druck führt, der auf die größere Fläche des Arbeitskolbens einwirkt, und der andere Druckmittel mit durch ein Sicherheitsventil beschränktem niederem Druck führt, der auf die Rückstellseite des Arbeitskolbens einwirkt, wobei das Sicherheitsventil bei überschreiten einer Grenzstellung des Arbeitskolbens auch für den Hochdruckraum wirksam wird, und daß im Arbeitszylinder die Räume mit hohem, nicht begrenztem Arbeitsdruck nach außen hin jeweils durch Druckmittelräume mit begrenztem, niederem Druck isoliert sind und daß die beiden verschiedenen Druckmittelkreisläufe durch ein von außen zu betätigendes, an sich bekanntes Dreiwegeventil wechselweise mit dem Arbeitszylinder bzw. Vorratsbehälter verbunden werden können, so daß der Kolben sich in der geforderten Richtung bewegt.To improve the sealing conditions in the case of the above-mentioned The device is therefore proposed to circulate the device with two pressure medium to be provided, each of which is fed by one of the pumps and one of which is pressurized with high, unrestricted pressure, which leads to the larger area of the working piston acts, and the other pressure medium with limited by a safety valve leads to low pressure acting on the return side of the working piston, wherein the safety valve when a limit position of the working piston is exceeded becomes effective for the high pressure chamber, and that in the working cylinder the rooms with high, Unlimited working pressure to the outside in each case through pressure medium spaces limited, low pressure are isolated and that the two different pressure medium circuits alternately by a known three-way valve that can be operated from the outside can be connected to the working cylinder or reservoir, so that the Piston moves in the required direction.
Die Anlage wird dadurch in zwei Systeme für hohen und für niederen Druck getrennt, so daß sich die Zahl der Stellen, an denen hoher Druck abzudichten ist, beträchtlich verringert. Die Druckräume sind so angeordnet, daß nur Räume gegen die Atmosphäre abgedichtet zu werden brauchen, in denen ein verhältnismäßig beschränkter niederer Druck herrscht, während die Räume, die von hohem Druck beaufschlagt werden, nur gegen Räume mit niederem Druck abgedichtet werden. Damit bleibt in jedem Fall die Dichtungsleitung der einzubauenden Dichtungsvorrichtungen beschränkt. Auch kann zwischen den Räumen hohen und niederen Druckes allenfalls ein geringer Druckmittelverlust auftreten, der von einem Raum hohen auf einen Raum niederen Drukkes übergeht.The system is divided into two systems for high and low Pressure separated, so that the number of places where high pressure seal is reduced considerably. The pressure rooms are arranged so that only rooms against the atmosphere need to be sealed, in which a relatively confined low pressure prevails, while the rooms that are subjected to high pressure, only be sealed against rooms with low pressure. So that remains in any case the sealing line of the sealing devices to be installed is restricted. Also can At best, a slight loss of pressure medium between the rooms of high and low pressure occur that passes from a room with high pressure to a room with low pressure.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß das an sich bekannte Dreiwegeventil aus einem Zylinder mit einer an einem Ende angesetzten Erweiterung besteht, in dem sich ein von außen axial verschiebbarer Ventilkolben befindet, durch dessen jeweils in der gewünschten Lage feststellbare Schaltstellungen entweder der eine oder der andere Druckmittelkreislauf mit dem Druckmittelbehälter verbunden und damit von der Einwirkung auf den Arbeitskolben ausgeschlossen ist. Weiter empfiehlt es sich, die Betätigungsvorrichtung dadurch auszugestalten, daß die beiden Pumpen durch eine an sich bekannte koaxiale Stufenkolbenpumpe gebildet werden, wobei der durch den Ringkolbentopf von der Atmosphäre getrennte Vollkolbenzylinder für die Erzeugung des hohen Druckes dient und der Ringkolbenzylinder für den begrenzten niederen Druck. Auf diese Weise wird die Trennung der Druckmittelkreisläufe trotz gemeinsamer Betätigungsvorrichtung soweit wie möglich fortgesetzt.A preferred embodiment is that what is known per se Three-way valve made of a cylinder with an extension at one end consists, in which there is an axially displaceable valve piston from the outside, through whose switch positions can be determined in the desired position either the one or the other pressure medium circuit is connected to the pressure medium container and is therefore excluded from affecting the working piston. Further recommends it is to design the actuating device in that the two pumps be formed by a known coaxial stepped piston pump, the full piston cylinders for the Generating the high pressure is used and the piston cylinder for the limited low pressure. In this way, the pressure medium circuits are separated continued as far as possible despite a common actuation device.
In vorzugsweiser Ausgestaltung der Erfindung ist die Betätigungsvorrichtung so ausgebildet, daß das an sich bekannte Dreiwegeventil aus einem zylindrischen Ventilraum besteht, in dessen eine Stirnseite der Hochdruckkanal und in dessen andere Stirnseite der Niederdruckkanal einmündet, daß ferner der Ventilschieber aus einem axial in dem zylindrischen Ventilraum beweglichen Kolben besteht, dessen Kolbenstange koaxial zum Niederdruckkanal durch diesen nach außen geführt ist, und daß die Rückflußleitung zwischen den beiden Endstellungen des Kolbens radial aus dem Ventilraum führt. Mit Stufenkolben betriebene Doppelpumpen sind bereits zur Verwendung für andere Zwecke bekanntgeworden. In diesem Falle wird ausgenutzt, daß durch entsprechende Anordnung der Druckmittelzu- und -ableitungen der in dem mit hohem Druck arbeitenden Kreislauf liegende Pumpenzylinder durch einen davor angeordneten Zylinder mit niederem Druck gegen die Atmosphäre isoliert wird.In a preferred embodiment of the invention, the actuating device designed so that the known three-way valve consists of a cylindrical Valve chamber exists, in one end of which the high pressure channel and in the other End face of the low pressure channel opens, that also the valve slide from a there is axially movable piston in the cylindrical valve chamber, the piston rod of which is guided coaxially to the low pressure channel through this to the outside, and that the return line leads radially out of the valve chamber between the two end positions of the piston. With Double piston operated pumps are already being used for other purposes known. In this case, use is made of that by means of an appropriate arrangement the pressure medium supply and discharge lines in the high-pressure circuit horizontal pump cylinders by a cylinder with low pressure in front of it is isolated from the atmosphere.
Weiter ist es bekanntgeworden, in einem Druckflüssigkeitszylinder ein Entlüftungsventil in der Weise anzuordnen, daß das Ventil in dem Arbeitskolben des Zylinders angebracht ist und beide Seiten des Kolbens miteinander verbinden kann, um möglicherweise auf der Druckseite vorhandene Luftkissen zu beseitigen.It has also become known in a hydraulic fluid cylinder place a vent valve in such a way that the valve is in the working piston of the cylinder and connect both sides of the piston together to remove any air cushions that may be present on the pressure side.
Beider Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung ist zur Sicherung gegen überlastungen noch vorgesehen, daß ein Sicherheitsventil in der Wand des Arbeitszylinders an einer solchen Stelle angebracht ist, daß es gewöhnlich in dem Raum niederen Drucks liegt und nur, wenn der Arbeitskolben mit einem auf seiner Kolbenstange sitzenden Ringflansch, dessen fester Abstand von der Kolbenfläche sich nach dem Abstand des Ventils vom Zylinderboden richtet, und umgekehrt, auf den Zylinderboden anschlägt, die Ventilöffnung vom Hochdruckraum des Arbeitszylinders aus zugänglich ist und damit für diesen wirksam wird.Both actuating device according to the invention is for securing against overloads still provided that a safety valve in the wall of the working cylinder is placed in such a place that it is usually in the low pressure room and only when the working piston is seated with one on its piston rod Ring flange, the fixed distance of which from the piston surface depends on the distance of the Valve from the cylinder base, and vice versa, hits the cylinder base, the valve opening is accessible from the high pressure chamber of the working cylinder and so that it becomes effective for this.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt.In the drawing, an embodiment of the device is shown in FIG of the invention shown.
Ein Druckmittelbehälter 1 ist einerseits mit einer Ansaugleitung 2 und andererseits mit den Druckmittelrückflußleitungen 3 und 4 verbunden. Eine Steuerpumpe mit einem Doppelkolben 5 läßt sich mit einem Handhebel 6 betätigen, der im Festpunkt 0 des Pumpengehäuses verschwenkbar gelagert ist. Der Doppelkolben ist gleitend in dem Pumpengehäuse 7 gelagert, in dem zwei Pumpenkammern 8 und 9 vorgesehen sind, die unabhängig voneinander über die Ansaugleitung 2 gespeist werden können und das angesaugte Druckmittel in die Druckleitungen 10 und 11 des Kolbenantriebes einspeisen können. In einer Kammer 14, welche mit dem Vorratsbehälter 1 und über besondere, nachfolgend noch zu beschreibende Leitungen mit dem eigentlichen Kolbenantrieb verbunden ist, befindet sich ein Wählerventil 12, das an seinem Ende mit einem Ventilkörper 13 versehen ist. Das Wählerventil 12 dient dazu, mit seinem Ventilkörper in der Schaltstellung A, die in ausgezogenen Linien dargestellt ist, und der Stellung B die in gestrichelten Linien dargestellt ist, wahlweise eine der beiden Eintrittsöffnungen der Kammer 14 zu verschließen. Die Bewegung des Wählerventils und seines Ventilkörpers erfolgt durch eine einfache Verschiebung und eine Festsetzung am Ende des Hubes. Zur Festsetzung kann beispielsweise das Ventil mit einem Gewindeabschnitt versehen und in den entsprechenden Einstellungen verschraubt werden.On the one hand, a pressure medium container 1 is provided with a suction line 2 and on the other hand connected to the pressure medium return lines 3 and 4. A steering pump with a double piston 5 can be operated with a hand lever 6, which is in the fixed point 0 of the pump housing is pivotably mounted. The double piston is sliding in mounted on the pump housing 7, in which two pump chambers 8 and 9 are provided, which can be fed independently of one another via the suction line 2 and that Feed sucked pressure medium into the pressure lines 10 and 11 of the piston drive can. In a chamber 14, which is connected to the storage container 1 and via special, Lines still to be described below are connected to the actual piston drive is, there is a selector valve 12, which at its end with a valve body 13 is provided. The selector valve 12 is used with its valve body in the Switching position A, which is shown in solid lines, and position B which is shown in dashed lines, optionally one of the two inlet openings the chamber 14 to close. The movement of the selector valve and its valve body takes place by a simple shift and a fixation at the end of the stroke. To fix it, for example, the valve can be provided with a threaded section and screwed in the appropriate settings.
In dem Zylinder 15 trennt der zweiseitig wirkende Kolben 16 zwei Druckmittelkammern 17 und 18 voneinander. Die zylindrische Druckmittelkammer 17 und die ringförmig ausgebildete Druckmittelkammer 18 sind in geeigneter Weise mit der Steuerpumpe und dem Wählerventil 12 verbunden. An der ringförmigen Kammer 18 ist ferner an einer Stelle, die durch den auf mechanischem Wege festgelegten Maximalhub des Kolbens 16 bestimmt ist, ein Sicherheitsventil 29 vorgesehen, welches über die Leitung 4 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 1 in Verbindung steht. Die Arbeitsweise und der Zweck des Ventils 29 ergeben sich später.In the cylinder 15, the double-acting piston 16 separates two pressure medium chambers 17 and 18 from each other. The cylindrical pressure medium chamber 17 and the annular trained pressure medium chamber 18 are in a suitable manner with the control pump and the selector valve 12 connected. On the annular chamber 18 is also on one Position, which is determined by the maximum stroke of the piston determined by mechanical means 16 is determined, a safety valve 29 is provided, which via the line 4 is in communication with the pressure medium reservoir 1. The way of working and the The purpose of the valve 29 will emerge later.
Schließlich sind noch in den Ansaug- und Druckleitungen der Steuerpumpe in bekannter Weise Rückschlagventile 19, 20, 21 und 22 angeordnet.Finally, there are still the control pump in the suction and pressure lines Check valves 19, 20, 21 and 22 are arranged in a known manner.
Die Einrichtung arbeitet in folgender Weise: Die Kammer 14 des Wählerventils 12 steht nut dem Vorratsbehälter 1 über die Leitung 3 in Verbindung. Ferner steht sie über eine Leitung 24 mit der Leitung 10 in Verbindung, die die ringförmige Druckmittelkammer 18 des Druckmittelantriebes speist. Wenn der Ventilkörper in der einen Endstellung B festgesetzt wird, ist die Leitung 10 vom Vorratsbehälter 1 abgetrennt. Die Abdichtung zwischen dem Raum 23, in den die Leitung 24 mündet, und der Umgebung wird mit üblichen Dichtungen vorgenommen. Die gegenüberliegende Stirnwand der Kammer 14 ist mit einer Leitung 25 verbunden, die zu der Leitung 11 führt, mit der die Hochdruckkammer 17 des Druckmittelantriebes gespeist wird. Wenn der Ventilkörper in der anderen Endstellung A festgesetzt wird, trennt der Ventilkörper 13 die Leitung 11 von dem Vorratsbehälter 1 ab.The device works in the following way: The chamber 14 of the selector valve 12 is only connected to the storage container 1 via the line 3. It is also connected via a line 24 to the line 10 , which feeds the annular pressure medium chamber 18 of the pressure medium drive. When the valve body is fixed in one end position B, the line 10 is separated from the storage container 1. The seal between the space 23 into which the line 24 opens and the environment is made with conventional seals. The opposite end wall of the chamber 14 is connected to a line 25 which leads to the line 11 with which the high pressure chamber 17 of the pressure medium drive is fed. When the valve body is fixed in the other end position A, the valve body 13 separates the line 11 from the storage container 1.
Es soll nun zunächst angenommen werden, daß sich der Ventilkörper 13 in der Stellung A und der Kolben des Druckmittelantriebes in der Nähe seiner Ruhestellung befindet, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Wenn man den Betätigungsarm der Steuerpumpe anhebt, wird in die Kammer 8 und 9 der Pumpe Druckmittel angesaugt. Wenn man anschließend den Kolben wieder nach unten bewegt, wird das in der Kammer 9 der Steuerpumpe enthaltende Strömungsmittel über die Leitung 11 in die Hochdruckkammer 17 des Kolbenantriebes geleitet, so daß sich der Kolben in Richtung des Pfeiles F in Bewegung setzt. Zur gleichen Zeit wird das in der Kammer 8 der Steuerpumpe enthaltende Strömungsmittel in die Leitung 10 gedrückt, doch fließt dieses, da die Leitung 24 geöffnet ist, zum Vorratsbehälter zurück. Die Ringkammer 18 des Kolbenantriebes bleibt somit unbeaufschlagt und kann sich entsprechend dem Vorrücken des Kolbens 16, ohne einen merklichen Widerstand überwinden zu müssen, entleeren.It should now be assumed that the valve body 13 in position A and the piston of the pressure medium drive in the vicinity of his Rest position is, as shown in the drawing. If you have the actuator arm the control pump raises, pressure medium is sucked into the chamber 8 and 9 of the pump. If you then move the piston down again, it will be in the chamber 9 of the control pump containing fluid via line 11 into the high pressure chamber 17 of the piston drive so that the piston moves in the direction of the arrow F sets in motion. At the same time, this is done in chamber 8 of the control pump containing fluid pressed into the line 10, but this flows because the Line 24 is open, back to the reservoir. The annular chamber 18 of the piston drive thus remains unaffected and can move according to the advancement of the piston 16 without having to overcome any noticeable resistance.
Für den Rückhub des Kolbenantriebes wird der Ventilkörper 13 in die Stellung B gebracht und dort verriegelt, wodurch die Leitung 25 geöffnet und die Kammer 17 des Kolbenantriebes und die Kammer 9 der Steuerpumpe mit dem Vorratsbehälter 1 in Verbindung kommen. Da die Leitung 24 nunmehr geschlossen ist, wird durch eine Betätigung der Steuerpumpe das in die Kammer 8 angesaugte Druckmittel in die ringförmige Kammer 18 des Kolbenantriebes hineindrückt und hierdurch der Kolben des Druckantriebes in seine Ruhestellung zurückgebracht. Während des Rücklaufes bleibt der Strömungsmitteldruck ständig unter dem regelnden Einfluß des Sicherheitsventils 29, welches unmittelbar in die Wand der ringförmigen Kammer 18 eingesetzt ist.For the return stroke of the piston drive, the valve body 13 is in the Position B brought and locked there, whereby the line 25 opened and the Chamber 17 of the piston drive and chamber 9 of the control pump with the reservoir 1 come in contact. Since the line 24 is now closed, is by a Actuation of the control pump, the pressure medium sucked into the chamber 8 in the annular chamber 18 of the piston drive presses in and thereby the piston of the pressure drive brought back to its rest position. During the return the fluid pressure remains constantly under the regulating influence of the safety valve 29, which is inserted directly into the wall of the annular chamber 18.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer an sich bekannten Steuerpumpe mit Differentialkolben begrenzt, obwohl eine solche Pumpe wegen ihres einfachen Aufbaues zu bevorzugen ist und bei ihr die Ringkammer 8, die als einzige Kammer unmittelbar nach außen abgedichtet werden muß, mit der Ringkammer 18 des Antriebszylinders 15 in Verbindung steht, in welcher der Strömungsmitteldruck automatisch durch das Ventil 29 begrenzt wird, während die zylindrische Kammer 9 der Steuerpumpe, die die bezüglich ihres Druckes nicht begrenzte Hochdruckkammer 17 des Antriebszylinders 15 speist, nur einen Abfluß zur Ringkammer 8 ermöglicht, die beim Arbeitshub des Kolbenantriebes, solange sich der Ventilkörper in der Stellung A befindet, über die Nebenschlußleitung und die Kammer 14 mit dem Vorratsbehälter 1 verbunden ist.The invention is not limited to the use of a known per se Control pump limited to differential pistons, although such a pump because of their simple structure is to be preferred and with her the annular chamber 8, which is the only one Chamber must be sealed immediately to the outside, with the annular chamber 18 of the Drive cylinder 15 is in communication, in which the fluid pressure automatically is limited by the valve 29, while the cylindrical chamber 9 of the control pump, the high pressure chamber 17 of the drive cylinder, which is not limited in terms of its pressure 15 feeds, only allows an outflow to the annular chamber 8, which during the working stroke of the Piston drive, as long as the valve body is in position A, over the bypass line and the chamber 14 are connected to the storage container 1.
In dem eigentlichen Kolbenantrieb ist eine Abdichtung des Kolbens 16 leicht zu erreichen, da das gesamte unter Druck in die Kammer 17 geförderte Strömungsmittel bei Undichtigkeiten in die Ringkammer 18 abströmt und von dort über die Nebenschlußleitung 24 zum Vorratsbehälter zurückgeleitet werden kann.In the actual piston drive is a seal for the piston 16 easy to reach, since all of the fluid conveyed into chamber 17 under pressure in the event of leaks flows into the annular chamber 18 and from there via the bypass line 24 can be returned to the reservoir.
Bezüglich einer besonders geeigneten Einbaustelle für das Ventil 29 ist erfindungsgemäß noch folgendes zu beachten: Das Ventil 29 ist so geeicht, daß der Strömungsmitteldruck auf einen genügend kleinen Pegel begrenzt wird, bei dem alle Abdichtungsstellen nach außen mit einer simplen Abdichtung verschlossen werden können.With regard to a particularly suitable installation point for the valve 29, the following should be noted according to the invention: The valve 29 is calibrated so that the fluid pressure is limited to a sufficiently low level at which all sealing points can be closed to the outside with a simple seal.
Des weiteren ist der Kolben des Druckmittelantriebes mit einem Ringbund 27 versehen, der auf mechanischem Wege den Kolbenhub dadurch begrenzt, daß der Ringbund 27 an der Bodenfläche 26 des Zylinders zur Anlage kommt. In dieser Stellung gibt der Arbeitskolben 16 gerade eben die Öffnung des Ventils 29 frei.Furthermore, the piston of the pressure medium drive has an annular collar 27 provided, which mechanically limits the piston stroke in that the annular collar 27 comes to rest on the bottom surface 26 of the cylinder. In this position there the working piston 16 just clears the opening of the valve 29.
Hieraus ergibt sich, daß bei in der Schaltstellung A stehendem Wählerventil ein gewolltes oder ungewolltes Betätigen der Steuerpumpe niemals dazu führen kann, daß der Kolben des Druckantriebes so weit vorgerückt werden kann, daß er das Bodenstück 26 durchbricht, da der Kolben des Antriebes zuvor über die Einlaßöffnung des Ventils 29 hinwegläuft, so daß automatisch ein Druckabfall in der Kammer 17 auftritt und das überschüssige Strömungsmittel zum Behälter 1 zurückgeleitet wird.This means that when the selector valve is in switching position A. intentional or unintentional actuation of the control pump can never lead to that the piston of the pressure drive can be advanced so far that it hits the bottom piece 26 breaks because the piston of the drive previously over the inlet opening of the valve 29 runs away, so that automatically a pressure drop occurs in the chamber 17 and the excess fluid is returned to the container 1.
Erfindungsgemäß ist somit beim Arbeitshub des Kolbens der effektive Maximalhub nicht durch den Ringbund 27, sondern durch die besondere Lage der Eingangsöffnung des Ventils 29 festgelegt.According to the invention, the effective stroke is therefore the working stroke of the piston Maximum stroke not due to the annular collar 27, but due to the special position of the inlet opening of the valve 29 set.
Diese Sicherheitsvorrichtung wirkt auch beim Rücklauf des Kolbens, indem sie eine gefahrenbringende Erhöhung des Druckes in der Ringkammer 18 verhindert.This safety device also works when the piston returns, by preventing a dangerous increase in the pressure in the annular chamber 18.
Das Wählerventil sorgt in der Mittelstellung zwischen den Stellungen A und B automatisch für eine Sicherheit im Betrieb, da die zwei Druckleitungen 10 und 11 beide über ihre Nebenleitungen 24 und 25 mit dem Vorratsbehälter in Verbindung stehen.In the middle position between the positions A and B, the selector valve automatically ensures safety during operation, since the two pressure lines 10 and 11 are both connected to the storage container via their secondary lines 24 and 25.
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