Vorschubhvdraulik

Die Erfindung betrifft eine Vorschubhydraulik mit einem Differentialzylinder, von dem ein Vorschub verstellbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 42 22 906 AI ist eine derartige Vorschubhydraulik für Sägemaschinen zum Sägen von Rohren und Profilen bekannt. An dem Vorschub der Sägemaschine ist das Sägeblatt und ein dieses antreibender Motor befestigt. Die Vorschubhydraulik besitzt einen Differentialzylinder, von dem der Vorschub für das

Sägeblatt verstellbar ist, eine aus einem Tank gespeiste Druck¬ quelle und ein Wegeventil, das zwischen der Druckquelle und dem Dif erentialzylinder angeordnet ist. Der Differentialzylinder besitzt einen Kolben mit einer Kolbenstange, die an dem Vor- schub angreift. Zwischen der Kolbenstange und dem Vorschub ist eine Kraftmeßdose angeordnet, die die über die Kolbenstange auf den Vorschub ausgeübte Kraft in ein elektrisches Ausgangssignal umformt. Die Höhe dieses Ausgangssignals ist ein Maß für die von der Kolbenstange des Differentialzylinders auf den Vorschub ausgeübte Kraft. Das elektrische Ausgangssignal der Kraftme߬ dose ist einem Kraftregelkreis als Istwert zugeführt. Aus der Abweichung des Istwertes von einem Sollwert wird die Stellgröße des Kraftregelkreises gebildet und dem Steuereingang des Wege¬ ventils zugeführt. Das Wegeventil wird dabei so angesteuert, daß der Vorschub mit konstanter, dem Sollwert entsprechender

Kraft verstellt wird. Die Einstellung der gewünschten Vorschub¬ kraft erfolgt durch eine entsprechende Verstellung des Soll¬ wertes des Kraftregelkreises. Derartige Regelkreise sind einer¬ seits teuer, andererseits sind Sicherheitsaspekte zu berück- sichtigen. Von der Kraftmeßdose sind elektrische Leitungen für die Übertragung des Meßsignals und der Hilfsenergie zu dem Regler des Kraftregelkreises zu führen. Hierfür sind flexible Leitungen erforderlich, da die Kraftmeßdose nicht ortsfest angeordnet ist, sondern der Bewegung des Vorschubs folgt. Wenn

es sich um Sicherheitseinrichtungen - wie z. B. Einrichtungen zur Begrenzung der auf den Vorschub wirkenden Kraft - handelt, ist dafür zu sorgen, daß - insbesondere im Gefahrenfall - keine Beschädigung der elektrischen Leitungen erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorschubhydrau¬ lik der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sichere Begrenzung der beim Ausfahren der Kolbenstange des Differen¬ tialzylinders auf den Vorschub wirkenden Kraft erlaubt, die sowohl kostengünstig ist als auch robust aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die auf den Vorschub wirkende Kraft wird auf einfache Weise unabhängig von der Ver ahrgeschwindigkeit des Kolbens des Differentialzylinders begrenzt. Die Vorschub¬ hydraulik besteht nur aus hydraulischen Bauelementen. Die für die Begrenzung der auf den Vorschub wirkenden Kraft verwendeten hydraulischen Bauelemente können zusammen mit dem Wegeventil auf oder in einem Steuerblock integriert sein. Die Druckmittel¬ zufuhr kann somit direkt über Kanäle in dem Steuerblock erfolgen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter¬ ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs¬ beispielen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine erste Vorschubhydraulik gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung mit einem Druckteiler zur Bewertung des Druckes des Druckmittels in dem kolben¬ stangenseitigen Druckraum des Differentialzylinders und

Figur 2 eine zweite Vorschubhydraulik gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung mit einem Verhältnisventil zur Bewertung des Druckes des Druckmittels in dem

kolbenstangenseitigen Druckraum des Differential¬ zylinders.

Gleiche Bauteile sind in den Figuren 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorschub¬ hydraulik für den Vorschub eines von einem Motor angetriebenen Messerrades einer Holzbearbeitungsmaschine zum Zerspanen von Langholz. Die Vorschubhydraulik besitzt einen Differential¬ zylinder 1 mit einem Kolben 2 und einer Kolbenstange 3. Die Kolbenstange 3 greift an dem durch einen Pfeil 4 symbolisch angedeuteten Vorschub an und verschiebt den Vorschub entspre¬ chend der Bewegung der Kolbenstange 3. Der Differentialzylinder 1 ist über Leitungen 5 und 6 mit den Arbeitsanschlüssen A bzw. B eines Wegeventils 7 verbunden. Das in der Figur 1 darge- stellte Wegeventil 7 ist ein elektrisch angesteuertes Propor¬ tionalventil. Die Leitung 5 verbindet den Arbeitsanschluß A des Wegeventils 7 mit einem kolbenseitigen Druckraum 8 des Diffe¬ rentialzylinders 1. Der Druck des Druckmittels in der Leitung 5 ist gleich dem Druck des Druckmittels in dem kolbenseitigen Druckraum 8. Dieser Druck ist mit p bezeichnet. Die Leitung 6 verbindet den Arbeitsanschluß B des Wegeventils 7 mit einem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 des Differentialzylinders 1. Der Druck des Druckmittels in der Leitung 6 ist gleich dem Druck des Druckmittels in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9. Dieser Druck ist mit _B bezeichnet. Das Wegeventil 7 weist außer den Arbeitsanschlüssen A und B einen Druckanschluß P sowie einen Tankanschluß T auf. Der Druckanschluß P des Wege¬ ventils 7 ist mit einer Pumpe 10 verbunden, die Druckmittel aus einem Tank 11 fördert. Der Tankanschluß T des Wegeventils 7 ist mit dem Tank 11 verbunden. Ein Schieber 12 des Wegeventils 7 steuert den Druckmittelfluß zu den Druckräumen 8 und 9 des Differentialzylinders 1 und von diesen zurück. Ein Druckbegren¬ zungsventil 13 begrenzt den Pumpendruck auf einen einstellbaren Wert. Bei einer Auslenkung des Schiebers 12 des Wegeventils 7 nach links ist der Pumpenanschluß P mit dem Arbeitsanschluß A

und der Arbeitsanschluß B mit dem Tankanschluß T verbunden. Dem kolbenseitigen Druckraum 8 wird Druckmittel zugeführt. Das Druckmittel fährt den Kolben 2 mit der Kolbenstange 3 in Rich¬ tung des Pfeils 4 aus und verstellt den Vorschub des Messer- rades entsprechend. Dabei wird aus dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 Druckmittel verdrängt und über die Leitung 6 und das Wegeventil 7 zum Tank 11 abgeführt. Die Geschwindigkeit, mit der der Kolben 2 ausfährt, hängt von der Größe der Auslen- kung des Schiebers 12 ab. Die Druckmittelwege zwischen dem Druckanschluß P und dem Arbeitsanschluß A sowie zwischen dem Arbeitsanschluß B und dem Tankanschluß T wirken als Drossel¬ stellen und erzeugen eine Druckdifferenz zwischen dem Druck¬ anschluß P und dem Arbeitsanschluß A sowie zwischen dem Arbeitsanschluß B und dem Tankanschluß T. Unter der Voraus- setzung, daß der Druck des Druckmittels im Tank 11 null ist, ist der Druck p _D gleich der Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsanschluß B und dem Tankanschluß T. Der Druck p ist von der Geschwindigkeit abhängig, mit der der Kolben 2 des Diffe¬ rentialzylinders 1 ausfährt. Der Druck p vergrößert sich mit steigender Kolbengeschwindigkeit.

Die Leitung 5 ist über eine Leitung 14, ein 2-Wege-Einbauventil 15 sowie eine weitere Leitung 16 mit dem Tank 11 verbunden. Das 2-Wege-Einbauventil 15 ist ein - auch als Logikelement bezeich¬ netes - druckgesteuertes Schaltventil. In Abhängigkeit von der Höhe des Steuerdruckes, der einer Steuerkammer 17 des 2-Wege- Einbauventils 15 zugeführt ist, verbindet das 2-Wege-Einbau¬ ventil 15 entweder die Leitung 5 und damit den kolbenseitigen Druckraum 8 des Di ferentialzylinders 1 mit dem Tank 11 oder es unterbricht diese Verbindung. Dem 2-Wege-Einbauventil 15 ist ein Vorsteuerventil 18 vorgeschaltet. Das Vorsteuerventil 18 ist über eine Steuerleitung 19 mit der Steuerkammer 17 des 2-Wege-Einbauventils 15 verbunden. Das Vorsteuerventil 18 besitzt einen durch einen Doppelpfeil symbolisch dargestellten Steuerkolben 20, der den Druckmittelfluß zu der Steuerkammer 17 des 2-Wege-Einbauventils 15 bzw. von der Steuerkammer 17 zum Tank 11 steuert. Der einen Seite des Steuerkolbens 20 ist über

eine Steuerleitung 21 der Druck p _A in dem kolbenseitigen Druck¬ raum 8 des Differentialzylinders 1 zugeführt. Eine Dämpfungs¬ düse 22 begrenzt den Druckmittelzufluß. Der anderen Seite des Steuerkolbens 20 ist über eine weitere Steuerleitung 23 der mit einem Bewertungsfaktor α multiplizierte Druck p _B des kolben¬ stangenseitigen Druckraums 9 des Differentialzylinders 1 zuge¬ führt. Der Bewertungsfaktor α ist der Quotient aus der Kolben¬ fläche A _g in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 und der Kolbenfläche A A in dem kolbenseitigen Druckraum 8. In dieselbe Richtung wie der Druck α x p wirkt die Kraft F _fo einer Feder 24 auf den Steuerkolben 20. Die Größe der Kraft F _fa der Feder 24 ist einstellbar. Die Einstellung der Kraft F _b erfolgt im ein¬ fachsten Fall von Hand. Es ist aber auch möglich, die Kraft F. durch einen selbsthemmenden Motor einzustellen. Bezieht man die Kraft F. auf die Fläche des Steuerkolbens 20, auf die der Druck p _A und auch der Druck p _B wirkt, ergibt sich ein mit p. bezeich¬ neter resultierender Druck. Der Druck p. ist ein Maß für den maximalen Wert, auf den die Kraft, die die Kolbenstange 3 des Differentialzylinders 1 auf den Vorschub ausübt, begrenzt wird. Die maximale auf den Vorschub wirkende Kraft ergibt sich damit aus dem Produkt des resultierenden Druckes p. und der Kolben¬ fläche A. im kolbenseitigen Druckraum 8 des Differential¬ zylinders 1.

Solange die von der Kolbenstange 3 auf den Vorschub ausgeübte Kraft kleiner als die maximal zulässige Kraft ist, übersteigt der Druck p nicht den mit dem Bewertungsfaktor multiplizier- ten Druck p um den Wert p.. In diesem Betriebszustand befindet sich der Steuerschieber 20 in der in der Figur 1 dargestellten Stellung und beaufschlagt die Steuerkammer 17 über eine Steuer- leitung 25 und die Steuerleitung 19 mit dem Druck p.. Dieser Druck wirkt zusammen mit der Kraft einer Schließfeder 26 auf einen Ventilkegel 27, gegen den der Druck in der entgegen¬ gesetzten Richtung wirkt. Da die in Schließrichtung wirkenden Kräfte überwiegen, ist die Verbindung zwischen dem kolbenseiti- gen Druckraum 8 und dem Tank 11 unterbrochen und es fließt kein Druckmittel über die Leitung 14 zum Tank 11.

Erhöht sich die von der Kolbenstange 3 auf den Vorschub aus¬ geübte Kraft so weit, daß der Druck p. den mit dem Bewertungs¬ faktor α multiplizierten Druck p _ß um den Wert p. übersteigt, verbindet der Steuerkolben 20 die Steuerkammer 17 über die Steuerleitung 19 und eine Steuerleitung 28 mit dem Tank 11. Da jetzt die Steuerkammer 17 zum Tank 11 druckentlastet ist, öffnet der auf den Ventilkegel 27 wirkende Druck p das 2-Wege- Einbauventil 15 und verbindet den kolbenseitigen Druckraum 8 des Differentialzylinders 1 mit dem Tank 11. Hierdurch wird der Druck verringert. Ist der Druck p so weit abgesunken, daß er nicht mehr um den vorgebbaren Wert p. größer ist als der mit dem Bewertungsfaktor α multiplizierte Druck p , verbindet der Steuerkolben 20 wieder die Steuerkammer 17 mit der Steuer¬ leitung 25. Damit ist die Steuerkammer 17 wieder mit dem Druck p beaufschlagt. Dieser Druck wirkt zusammen mit der Kraft der Schließfeder 26 auf den Ventilkegel 27 des 2-Wege-Einbauventils 15, gegen den der Druck p _A in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Da die in Schließrichtung wirkenden Kräfte überwiegen, ist die Verbindung zwischen dem kolbenseitigen Druckraum 8 des Differentialzylinders 1 und dem Tank 11 unterbrochen, es fließt kein Druckmittel mehr über die Leitung 14 zum Tank 11.

Zwischen der Leitung 6 und dem Tank 11 sind zwei Drosseln 29 und 30 angeordnet. Die Drosseln 29 und 30 sind hintereinander- geschaltet und bilden einen Druckteiler, der den Druck p _n entsprechend dem Bewertungsfaktor α teilt. Die Querschnitts¬ flächen der Drosseln 29 und 30 sind so dimensioniert, daß der zwischen den Drosseln 29 und 30 anstehende Druck gleich dem Produkt aus dem Druck p in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 des Differentialzylinders 1 und dem Quotienten aus der Kolbenfläche A_ in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 und der Kolbenfläche A in dem kolbenseitigen Druckraum 8 ist. Ist die Kolbenfläche A _n doppelt so groß wie die Kolbenfläche A _D , ergeben sich besonders einfache Verhältnisse. In diesem Fall ist der Bewertungsfaktor α = 0,5. Dieser Bewertungsfaktor läßt sich mit zwei Drosseln realisieren, die die gleiche Quer¬ schnittsflächen aufweisen.

Bei einer Auslenkung des Schiebers 12 des Wegeventils 7 nach rechts ist der Druckanschluß P mit dem Arbeitsanschluß B und der Arbeitsanschluß A mit dem Tankanschluß T verbunden. Dabei wird dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 des Differential- Zylinders 1 Druckmittel zugeführt. Aus dem kolbenseitigen Druckraum 8 des Differentialzylinders 1 wird Druckmittel zum Tank 11 abgeführt. Das Druckmittel fährt den Kolben 2 mit der Kolbenstange 3 entgegen der Richtung des Pfeils 4 ein und verfährt den Vorschub des Messerrades entsprechend. Das Messer- rad wird dabei in seine Ausgangsstellung zurück bewegt. In diesem Betriebszustand ist eine Begrenzung der Kraft, die auf den Vorschub wirkt nicht erforderlich. Der Druck p _A übersteigt in diesem Betriebszustand nicht den mit dem Bewertungsfaktor α multiplizierten Druck p _ß um den Wert p.. Die Steuerkammer 17 des 2-Wege-Einbauventils 15 ist daher über das Vorsteuerventil 18 mit dem Druck p _Λ beaufschlagt. Das 2-Wege-Einbauventil 15 ist geschlossen.

Die Figur 2 zeigt eine andere Ausgestaltung der Vorschub¬ hydraulik, die bis auf die Einrichtung zur Multiplikation des Druckes p in dem kolbenstangenseitigen Druckraum 9 mit dem Bewertungsfaktor α mit der in der Figur 1 dargestellten Vorschubhydraulik übereinstimmt. Im folgenden werden daher nur die von der Figur 1 abweichenden Einzelheiten der Vorschub¬ hydraulik beschrieben. Zur Multiplikation des Druckes mit dem Bewertungsfaktor et ist in der Figur 2 ein Verhältnisventil 31 vorgesehen, dessen Übertragungsverhältnis gleich dem Bewer¬ tungsfaktor ist. Das Verhältnisventil 31 ist zwischen der Leitung 6 und dem federseitigen Steuereingang des Vorsteuer¬ ventils 18 angeordnet.

Das Vorsteuerventil 18, das 2-Wege-Einbauventil 15 und die

Dämpfungsdüse 22 sowie die Drosseln 29 und 30 (in der Figur 1) bzw. das Verhältnisventil 31 (in der Figur 2) können baulich mit dem Wegeventil 7 auf oder in einem Steuerblock zusammen¬ gefaßt werden. Dabei kann die Druckmittelzufuhr direkt über entsprechende Kanäle in dem Steuerblock erfolgen. Es ist also

keine außerhalb des Steuerblocks verlaufende Verrohrung für die zu der Leitung 5 führende Leitung 14 und für die Leitung, die die Drossel 29 (in der Figur 1) oder das Verhältnisventil 31 (in der Figur 2) mit der Leitung 6 verbindet, erforderlich.

Anstelle des in den Figuren 1 und 2 dargestellten 2-Wege- Einbauventils können auch andere Schaltventile, wie z. B. Druckzuschaltventile, verwendet werden, sofern sie einen federbelasteten Steuerkolben besitzen und der Steuerkolben von gegenüberliegenden Seiten mit Steuerdruck beaufschlagbar ist.

Die oben anhand einer Holzbearbeitungsmaschine zum Zerspanen von Langholz beschriebene Vorschubhydraulik ist allgemein für die Begrenzung des von der Kolbenstange eines Differential¬ zylinders beim Ausfahren der Kolbenstange ausgeübte Kraft einsetzbar.