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Weitgehend lastunabhängige Genauigkeitsumsteuerung an einem hydraulischen Leistungsantrieb für Wechselbewegungen, beispielsweise für Werkzeugmaschinen und Aufzüge
Gegenstand der Erfindung ist eine weitgehend lastunabhängige Genauigkeitsumsteuerung an einem hydraulischen Leistungsantrieb für Wechselbewegungen, beispielsweise für Werkzeugmaschinen und Aufzüge, bei dem zur Bestimmung der Umsteuercharakteristik samt Bremsweg, Umsteuerpunkt und Wiederbeschleunigungsweg an dem hin-und herzubewegenden Maschinen- oder Aufzugteil oder an einem mit diesem in Bewegungsverbindung stehenden Bär befestigte Umsteuerflächen vorgesehen sind, und in der Mitte der Bewegungsbahn der Umsteuerflächen ein von diesen beaufschlagter Fühler eines elektrischen Regelorgans angeordnet ist.
Die Erfindung kann beispielsweise bei Werkzeugmaschinen und Aufzügen mit einer über den Nullpunkt wechselweise nach beiden Antriebsrichtungen fördernden Hauptölpumpe für den Antrieb eines hydraulischen Motors oder eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders mit einer wegabhängigen Geschwindigkeitsumsteuerung, ferner mit einem der Hauptölpumpe zugeordneten Servoölkreislauf mit Servopumpe sowie einem spannungsabhängigen elektro-hydraulischen Servosteuerventil zur Steuerung der Umkehrbewegung der Hauptölpumpe angewendet werden.
Genauigkeitsumsteuerungen, z. B. Werkzeugmaschinen mit geradliniger Spanabnahme, wie beispielsweise Stoss-und Langhobelmaschinen für grössere Spanleistungen, sind an und für sich bekannt, doch ist der Aufwand an Elektronik bei numerischen Steuerungen sehr gross und kostspielig, auch in Kombination mit den herkömmlichen hydraulischen Antrieben.
Die Erfindung löst das Problem in einfacher Weise dadurch, dass das elektrische Regelorgan ein Geber ist, der einerseits über eine Steuerleitung direkt mit dem Regelverstärker verbunden ist, welcher zur Abgabe der Steuerspannung an ein Servoventil angeschlossen ist, und anderseits über eine
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vorzugsweise elektronische Schalter mit Magnetspulen des Servoventils verbunden ist, um diese einund auszuschalten.
Die Zeichnungen geben ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Genauigkeitsumsteuerung in schematischer Darstellung wieder, u. zw. zeigt Fig. l ein Schema der Anlage, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Spannungsverlaufes im Servoventil in der Umsteuerphase, Fig. 3 eine graphische Darstellung der Pumpenfördermenge in der Umsteuerphase, Fig. 4 ein Weg-Geschwindigkeitsdiagramm im Umsteuerbereich des hin-und herzubewegenden Maschinen-oder Aufzugteiles bzw. Bärs und Fig. 5 ein Prinzipschema zur Genauigkeitsumsteuerung.
In Fig. l bezeichnet--l--eine über ihren Nullpunkt umsteuernde, in beiden Drehrichtungen fördernde Hauptölpumpe. Diese steht über Rohrleitungen-2 und 3-mit einem hydraulischen Motor-4-in Verbindung. Hauptölpumpe-l-, Rohrleitungen-2, 3--und Hydraulikmotor - -4-- bilden einen geschlossenen Kreislauf. Der Hauptölpumpe-l-ist ein spannungsgeregeltes Servoventil --5-- zugeordnet, das einerseits über eine Rohrleitung --6-- mit einer Hilfs- bzw.
Steuerölpumpe --7-- in Verbindung steht und anderseits über eine elektrische Leitung --8-- an
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einen elektronischen Verstärker --9-- eines Elektroniksatzes --10-- angeschlossen ist, der mit je einem geschwindigkeitsregler --9'-- für die Arbeitsgeschwindigkeit--VA--und die Rücklaufgeschwindigkeit--VR--ausgerüstet ist, mit denen die von Fall zu Fall gewünschten beiden Geschwindigkeiten als maximale Werte überhaupt eingestellt werden können.
Mit--11--ist ein zur Hauptölumpe --1-- parallel geschalteter speise-- und Spülbock bekannter Bauart bezeichnet, der über Rohrleitungen--12 und 13-- mit den zum Hydraulikmotor - 4-- führenden Leitungen --2, 3-- verbunden ist. Eine Überlaufleitung --14-- fürt vom
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Der Hydraulikmotor -4- steht über ein Getriebe--19 und 20-mit einer Schraubenspindel --21-- in Bewegungsverbindung, welch letztere als Antrieb für einen Bär --2-oder aber für den hin-und herzubewegenden Maschinen-oder Aufzugteil dient. An dem Bär bzw. Maschinen-oder Aufzugteil--22--sind Steuerelemente--23 und 24--verschiebbar und in der
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--23'bzw. 24'-- auf,Hydraulikmotor--4--. Nehmen wir weiter an, dass der Bär--22--über das Getriebe--19, 20-und die Schraubenspindel --21-- dabei in Richtung des Pfeiles--A--bewegt werde, u. zw. mit einer der mit dem Geschwindigkeitsregler--9'--eingestellten bzw. vorgewählten maximalen konstanten Geschwindigkeit.
Nachdem der Bär--22--die freie Strecke zwischen den Umsteuerelementen--23, 24--durchlaufen hat, läuft die Umsteuerfläche --24'-- auf das Fühlerende--25'--auf, wobei der Fühler --25-- in Richtung des Pfeiles --B-- verschoben wird. Hiebei wird im Linear-Potentiometer--26--eine Spannungsänderung ausgelöst.
Diese Spannungsänderung reguliert über die elektrische Leitung--27--, den Verstärkersatz--9--und eine Magnetspule des Servoventils --5-- den von der Hilfspumpe --7-- dem Servoventil zugeführten öldruck für die Verstellung der Exzentrizität der sowohl bezüglich ihrer Fördermenge als
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--1--.- und das Servoventil --5-- die verhältnismässig kleine elektrische Spannungsänderung des Linear-Potentiometers in eine entsprechend grosse mechanische Kraft umgewandelt, welche dann die Hauptölpumpe--l--in der gewünschten Schwenkrichtung verstellt, so dass die Fördermenge bis annähernd auf Null abfällt, wobei die Pumpe bei Erreichen des Kipp-Punktes in entgegengesetzter Richtung springt und nun Drucköl durch die Leitung --3-- zum Hydraulikmotor --4-- fördert.
Dies hat zur Folge, dass sich nun das Getriebe--19, 20--sowie auch die Schraubenspindel-21in der entgegengesetzten Richtung drehen und dabei den Bär--22--in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles--C--verschieben. Hiebei bewegt sich der auf die Umsteuerfläche --24'-- aufgelaufende Fühler--25, 25'--unter Federwirkung in Richtung des Pfeiles--D--, wobei durch das Linear-Potentiometer--26--wieder Steuerungswerte über die Leitung--27--, den Verstärkersatz--9--und die Leitung --8-- an das Servoventil --5-- abgegeben werden, u.
zw. im Sinne einer Erhöhung der Fördermenge und damit einer entsprechenden Beschleunigung der Bewegung des Bars--22--. Beim Auflaufen der Umsteuerfläche --23'-- auf das Fühlerende --25'-- erfolgt eine Wiederholung des beschriebenen Umsteuervorganges.
Der Speise-und Spülblock--11--sorgt einerseits für den Ersatz des unter Druck entstehenden Leckverlustes im geschlossenen Ölstromkreis --1, 2,3, 4--und anderseits auch für einen ölaustausch und damit für die Entlüftung der abwechslungsweise nicht unter Druck stehenden Ölleitungen-2 bzw. 3--, wodurch eine Oberhitzung des ständig Druckstössen ausgesetzten und hin-und herbewegten Öles vorgebeugt wird.
Der Speise-und Spülblock--11--enthält weiter zwei gegeneinandergeschaltete Überdruckventile, die allfällig vorhandenen Überdruck ebenfalls wechselseitig nach der gerade nicht unter Druck stehenden Leitung--2 bzw. 3--ablassen. Dem Nebenventil - fällt die Aufgabe zu, insbesondere bei der Bremsung der hydraulischen Antriebspumpe
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- l-und einer eventuell zusätzlichen Abbremsung des Hydraulikmotors --4-- zu einem Ausgleich des allenfalls noch vorhandenen geringen Ölstromes zu sorgen, wenn beim Stillstand der Hauptölpumpe - wegen gewisser Ungenauigkeiten noch ein minimaler Ölstrom zum Hydraulikmotor gefördert werden sollte.
Während die verstellbar angeordneten Umstuerelemente --23, 24-- die Hublänge bzw.
Hubhöhe des Bars-22-, und durch die besondere Profilierung der Umsteuerflächen --23', 24'-- auch die Brems- und Wiederbeschleunigungs-Charakteristik bestimmen, fällt der Spannungskipp- Einrichtung --28-- die Aufgabe zu, einerseits den Spannungsnullpunkt # Geschwindigkeitsnullpunkt der letzten Brems-bzw. der ersten Wiederbeschleunigungs-Phase zu überspringen und damit den Verlauf bis zur effektiven Nullspannung zu vermeiden, wobei anderseits aber gleichzeitig auch der erforderliche Anfangsspannungswert für die Wiederbeschleunigung überhaupt geliefert wird.
In Fig. 2 ist der Spannungsverlauf im Servoventil --5-- graphisch dargestellt. Der Ast--K-- zeigt die abfallende Spannung beim Auflaufen des Bärs auf die Umsteuerfläche. Im Punkt--m-tritt die Spannungs-Kippvorrichtung in Aktion, u. zw. bei einem Spannungswert im Servoventil von wenigstens angenähert 1% der maximalen Spannung. --O-- bezeichnet den Spannungsnullpunkt, wogegen--P--den Spannungsanstieg nach der erfolgten Umsteuerung darstellt.
In Fig. 3 ist die dem Spannungsverlauf nach Fig. 2 entsprechende Pumpenförderung graphisch
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Umsteuerfläche bewirkten Geschwindigkeitsverzögerung, wogegen der Ast--B--den Zuwachs des Pumpenförderstromes in der Beschleunigungsphase anzeigt. --s-- bezeichnet den Umsteuerweg beim Spannungskippen.
In Fig. 4 ist der Geschwindigkeitsverlauf ausgezogen gezeichnet für eine gleichförmige Verzögerung und Beschleunigung graphisch dargestellt, u. zw. zeigen die Geraden-E und E'--konstante Geschwindigkeiten des Bärs, wenn sich die Umsteuerelemente-23, 24-ausserhalb des Bereiches des Fühlers-25, 25'--befinden. Die schräge Gerade-F-zeigt die vom Potentiometer-26gesteuerte, bis annähernd auf die Nullinie--N--abfallende Geschwindigkeit während des
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Fig. 4 beispielsweise die Geschwindigkeit-E--bis zum Beginn der Verzögerung 90 m/min, so beträgt sie im Punkt--a-nur 60 m/min, im Punkt-b-30 m/min und im Punkt-c-6 m/min.
Nach dem Überschreiten der Nullinie-N-setzt die Beschleunigung ein, wobei die Geschwindigkeit im Punkt--d--6 m/min, im Punkt-e-30 m/min, im Punkt--f-60 m/min beträgt und bei --E'-- die Normalgeschwindigkeit von 90 m/min erreicht.
Wie Fig. 4 weiter zeigt, laufen bei linearer Kurvensteuerung durch das Potentiometer Verzögerung und Wiederbeschleunigung in eine verhältnismässig lange Spitze aus. Diese Spitze kann bei Verwendung einer parabel-oder sinusförmigen Kurve wesentlich verkürzt werden. Der Verlauf der Verzögerung und Wiederbeschleunigung ist für diesen Fall in Fig. 4 durch die Kurven--H und J--wiedergegeben. Zu einem ähnlichen Effekt führt es, wenn man das Profil der Umsteuerflächen nach einer Exponentialkurve mit einem Exponenten grösser als 1 gestaltet.
Für die Hauptölpumpe--l--kann mit Vorteil eine Axial-Kolbenpumpe verwendet werden, wogegen an Stelle des Hydraulikmotors --4-- auch ein Hydraulikzylinder verwendet werden kann.
Auch ist es möglich, an Stelle des Linear-Potentiometers ein anderes elektrisches Regelorgan zu verwenden, beispielsweise einen kapazitiv-regelbaren Kondensator oder einen variabel-induktive Werte liefernden Induktor.
Was die Umsteuerflächen --23', 24'-- betrifft, so kann deren Profil verschieden geformt sein, beispielsweise als Schrägfläche bzw. schräge Gerade oder, wie erwähnt, als Exponentialkurve. Auch ist es denkbar, die Profile der Umsteuerflächen sinuslinien-oder parabelförmig zu gestalten oder aber verschiedene dieser Profile zu kombinieren.
In Fig. 5 ist schematisch die Genauigkeitsumsteuerung dargestellt. Vom Fühler-25-wird der Geber --26-- beaufschlagt. Hier werden zwei Signale erzeugt. Ein Signal geht über die Steuerleitung - direkt zum Regelverstärker --9--, welcher die Steuerspannung des Servoventils-5-
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bezeichnet. Das Flip-Flop-Element --28-- steht noch mit einer Schaltlogik --36-- in Verbindung.