Verfahren und Vorrichtung zur Erzielung einer gleichförmigen Bewegung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzielung einer gleichför migen Bewegung durch Zufuhr einer Flüssigkeit in einen hydraulischen Zylinder. Vorschubeinheiten für Schlitten oder Tische von Werkzeugmaschinen, auf welchen Werkstücke oder Werkzeuge angeordnet sind, werden heute allgemein verwendet. Es hat sich jedoch bisher als schwierig erwiesen, bei sehr kleinen Vorschubgeschwindigkeiten eine genügend gleichför mige Bewegung zu erzielen.
Der Grund liegt darin, dass es nicht gelang, die Flüssigkeitszufuhr zum<B>h</B>y draulischen Zylinder auch bei kleinsten Durchfluss- mengen genügend gleichmässig zu gestalten. Die Un- gleichmässigkeiten in der Flüssigkeitszufuhr sind dabei vor allem durch den plötzlichen Durchtritt kleiner Luftblasen durch die engste Regulierstelle der Zu führleitung bedingt. Es ist das Ziel vorliegender Er findung, die erwähnten Nachteile bekannter Antriebs aggregate zu vermeiden und auch bei kleinsten Vor schubgeschwindigkeiten jede Ungleichförmigkeit der Bewegung praktisch zu vermeiden.
Zu diesem Zwecke wird gemäss der Erfindung so vorgegangen, dass die Flüssigkeitszufuhr an mindestens einer Stelle durch einen Flüssigkeitsfilm erfolgt. Eingehende Versuche haben gezeigt, dass in diesem Falle ein plötzliches Durchtreten grösserer Luftblasen durch den Flüssig keitsfilm ausgeschlossen ist. Dagegen wurde beobach tet, dass sich Luftblasen vor dem Flüssigkeitsfilm stauen und dann nur an einer einzigen Stelle des Flüssigkeitsfilms allmählich abgebaut werden. Durch diesen allmählichen Abbau werden Ungleichförmig- keiten in der Flüssigkeitszufuhr bzw. in der Bewe gung des angetriebenen Kolbens verhindert.
Vorzugsweise wird zur Regelung_der Flüssigkeits zufuhr bzw. der Geschwindigkeit der Bewegung die Dicke des Flüssigkeitsfilms verändert. Dadurch wird erreicht, dass die Dicke des Flüssigkeitsfilms etwa proportional ist der Vorschubgeschwindigkeit, so dass mit abnehmender Bewegungsgeschwindigkeit durch den dünner werdenden Flüssigkeitsfilm auch eine entsprechend feinere Zerteilung eventueller Gas blasen erzielt wird. Die Bewegung kann durch einen Bremszylinder bestimmt werden, wobei der Flüssig- keitsaustauch zwischen den beidseitig des Bremskol bens liegenden Kammern durch den Flüssigkeitsfilm erfolgt. Diesem Bremszylinder kann ein hydraulischer oder pneumatischer Antriebszylinder zugeordnet sein, der mit konstanter Kraft auf .den Bremszylinder bzw.
auf den anzutreibenden Maschinenteil wirkt. Beide Zylinder können dabei in einer Vorschubeinheit an geordnet sein und ihre Kolben sind mit Vorteil starr gekuppelt, um ebenfalls jede Ungleichförmigkeit der Bewegung infolge der losen Kupplung dieser Kolben zu vermeiden. Zur Erzielung einer gedrängten Bau weise der obenerwähnten Konstruktion mit starr ge- kuppelten Antriebs- und Bremskolben wird die ge meinsame Kolbenstange vorzugsweise teilweise hohl ausgebildet, so dass eine Regulierstange zur Bestim mung eines Schnellganges und eines Arbeitsganges des Bremskolbens in die hohle Kolbenstange greifen kann.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine erfindungsgemässe Vorschubeinheit dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Einheit, Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach Linie 11-II in Fig. 1 und Fig. 3 zeigt einen vergrösserten Horizontalschnitt durch das Regulierventil.
Die dargestellte Vorschubeinheit weist ein Gehäuse 1 auf, in welchem ein Antriebszylinder 2 und ein Bremszylinder 3 koaxial angeordnet sind. Auf einer gemeinsamen Kolbenstange 4 sind ein Antriebskolben 5 und ein Bremskolben 6 mit Rückschlagventilen 60 angebracht. Das vordere, durch den Deckel 7 des An triebszylinders 2 herausragende Ende der Kolben stange 4 ist zur Verbindung mit einem anzutreiben den Maschinenteil mit einem Kupplungsgewinde ver sehen. In den Antriebszylinder 2 münden Leitungen 8 und 9, durch welche in an sich bekannter Weise wahlweise auf der Vorder- oder Hinterseite des An triebskolbens 5 ein Druckmittel, beispielsweise Druck- öl oder Druckluft eingeführt werden kann.
Die Kolbenstange 4 ist im hinteren Teil zur Auf nahme einer Regulierstange 10 hohl ausgebildet. Der Durchmesser der Bohrung 11 der Kolbenstange über trifft an den meisten Stellen den Aussendurchmesser des zylindrischen in diese Bohrung ragenden Teils der Regulierstange 10, .so dass ausserhalb derselben ein Hohlraum 12 entsteht, welcher durch Bohrungen 13 mit dem vor dem Bremskolben 6 liegenden Raum des Bremszylinders verbunden ist.
Im Bereiche des Brems kolbens 6 entspricht der Durchmesser der Bohrung der Kolbenstange dem Aussendurchmesser der Re- gulierstange 10, so dass an dieser Stelle ein praktisch flüssigkeitsdichter Gleitsitz vorhanden ist. Die Regu lierstange 10 ist auf eine bestimmte Länge mit einer Nut 14 versehen, durch welche in .später beschriebe ner Weise für einen bestimmten Bereich der Bewe gung des Bremskolbens 6 ein Flüssigkeitsausgleich von der Vorderseite nach der Rückseite des Brems kolbens stattfinden kann..
Die Regulierstange 10 ist drehbar und axial verschiebbar in einer Bohrung eines Gehäuseteils 15 angeordnet. Das hintere Ende der Regulierstange 10 ist mit einer Reguliermutter 16 verbunden, die in einer Gewindehülse 17 liegt. Bei Drehung der Regulierstange wird die damit gekup- pelte Mutter 16 mitgedreht, so dass zugleich eine Axialverschiebung der Regulierstange ,stattfindet.
Die Regulierstange weist eine zentrale Bohrung 18 auf, die am inneren Ende der Regulierstange in die Bohrung 11 der Kolbenstange 4 und am anderen Ende in einen Ringraum 19 im Gehäuseteil 15 mündet.
Der Ringraum 19 steht über Teilstücke 20 und 21 einer Umgehungsleitung mit dem hinter dem Bremskolben 6 liegenden Raum des Bremszylinders in Verbindung. Zwischen die Leitungsstücke 20 und 21 ist ein in den Fig. 2 und 3 näher dargestelltes Re gulierventil 22 eingeschaltet. Dieses Regulierventil weist eine in eine Querbohrung des Gehäuseteils 15 eingesetzte Hülse 23 mit einem konischen Sitz 24 auf. Im Bereiche dieses konischen Sitzes sind diametral gegenüberliegende Durchflussöffnungen 25 von drei eckigem Querschnitt vorgesehen, welche mit den Lei tungsstücken 20 und 21 in Verbindung stehen.
Der eigentliche Ventilkörper ist mit einem zylindrischen Ende 26 in der zylindrischen Bohrung der Hülse 23 gelagert. Der Ventilkörper weist im Bereiche der Durchtrittsöffnungen 25 einen konischen Regulier teil 27 auf. Die konische Aussenfläche des Regulier- 3 teiles 27 und die konische Innenfläche 24 der Ventil- hülse 23 sind äusserst genau bearbeitet und weisen genau dieselbe Kegelform auf. Der Ventilkörper ist als Regulierschraube 28 ausgebildet und kann somit in Axialrichtung fein eingestellt werden.
Im Gehäuseteil 15 ist ein Zylinder 29 vorgesehen, der durch eine Bohrung 30 mit dem hinter dem Bremskolben 6 liegenden Raum des Bremszylinders verbunden ist. Ein federbelasteter Kolben 31 setzt die im Zylinder 29 befindliche Flüssigkeitsmenge unter einen gewissen Vordruck, so dass jeder eventuelle Flüssigkeitsverlust aus dem Bremszylinder stets so gleich ersetzt wird.
Fig. 1 zeigt die Vorschubeinheit in der vollständig zurückgelaufenen Ruhestellung. Wird nun durch die Leitung 9 ein Druckmittel in den Antriebszylinder eingeführt ,. so bewegt sich der Antriebskolben. 5 mit den mit ihm verbundenen Teilen nach links in Fig. 1. Der Bremskolben 6 erlaubt diese Bewegung jedoch nur in einem dem Flüssigkeitsaustausch von der Vor derseite nach der Hinterseite des Bremskolbens ent sprechenden Masse.
Dieser Flüssigkeitsaustausch wird vorderhand durch die Bohrungen 13 und die Nut 14 der Regulierstange 10 ziemlich rasch erfolgen können, so dass die Kolben 5 und 6 ziemlich rasch nach links bewegt werden, was beispielsweise einer Zustellbewe gung eines Werkzeuges mit erhöhter Geschwindigkeit entspricht. Wenn jedoch das vordere Ende der ver engten Stelle der Bohrung 11 der Kolbenstange an das vordere Ende der Nut 14 der Regulierstange ge langt, wird der Flüssigkeitsaustausch durch die Nut 14 unterbunden.
Ein entsprechender Flüssigkeitsaus tausch zwischen den beiden Seiten des Bremskolbens 6 ist daher nur noch möglich durch die Bohrung 18 der Regulierstange, den Hohlraum 19 des Gehäuse teils 15, den Leitungsteil 20, das Regulierventil 22 und den Längsteil 21.
Die Geschwindigkeit dieses Flüs sigkeitsaustausches ist bestimmt durch die Einstellung des Regulierventils 22 und es wird daher nun ein langsamer Bearbeitungsvorschub erfolgen, dessen Ge schwindigkeit durch die Einstellung des Ventils 22 bestimmt werden kann. Im Regulierventil 22 entste hen zwischen den öffnungen 25 zwei den Ventilkör per 27 umströmende dünne Flüssigkeitsfilme, deren Dicke verschwinden ist gegenüber allen in der Um gehungsleitung vorkommenden Leitungsquerschnitten. Wie bereits erläutert, hat sich gezeigt, dass diese Auf lösung des Flüssigkeitsstromes in Flüssigkeitsfilme sehr geringer Dicke,
aber verhältnismässig grosser Flächenausdehnung den kurzzeitigen Durchtritt grös- serer Luftblasen durch das Regulierventil vollständig verhindert und damit eine äusserst gleichmässige Flüssigkeitsströmung und entsprechend eine gleich- mässige Bewegung des Bremskolbens 6 bewirkt. Durch axiale Verschiebung des Ventilkörpers kann die Dicke des den Konus 27 umströmenden Flüssigkeitsfilms und damit der überströmenden Flüssigkeitsmenge reguliert werden.
Die Dicke des Flüssigkeitsfilms entspricht somit der Vorschubgeschwindigkeit, und da bei höherer Vorschubgeschwindigkeit auch entsprechend höhere Geschwindigkeitsänderungen zugelassen wer- den können, wirkt sich die Zunahme der Dicke des Flüssigkeitsfilms bei steigender Vorschubgeschwindig keit nicht nachteilig aus.
Ist die vordere Endstellung der Kolbenstange 4 bzw. des angetriebenen Maschinenteils erreicht, so wird die Flüssigkeitszufuhr zum Antriebszylinder in an .sich bekannter Weise umgesteuert, so dass nun der Antriebskolben 5 von links nach rechts in Fig. 1 zu rückläuft. Dabei werden die Rückschlagventile 60 des Bremskolbens 6 geöffnet und es kann ein Rücklauf der Antriebseinheit mit beliebig 'hoher Geschwindig keit erreicht werden.
Die genaue Stellung, bei welcher der Übergang von schnellem zu langsamem Vorlauf erfolgen soll, kann dadurch eingestellt werden, dass die Regulier stange 10 axial verschoben wird. Damit wird das vor dere Ende der Nut 14 entsprechend verstellt, so dass der Übergang von hoher auf niedrige Vorlaufgeschwin digkeit an einer anderen Stelle erfolgt.
Für das Regulierventil 22 haben sich folgende Dimensionen bewährt:
EMI0003.0001
Kleinster <SEP> Durchmesser <SEP> des <SEP> Regulier konus <SEP> d <SEP> <B><I>5 <SEP> mm</I></B>
<tb> Grösster <SEP> Durchmesser <SEP> des <SEP> Regulier konus <SEP> D <SEP> 8 <SEP> mm
<tb> Seitenlänge <SEP> der <SEP> dreieckigen <SEP> Durchtritts öffnungen <SEP> 25 <SEP> 4 <SEP> mm
<tb> Öffnungswinkel <SEP> des <SEP> Regulierkonus <SEP> a <SEP> 8 <SEP>
<tb> Regulierweg <SEP> des <SEP> Ventilkörpers <SEP> 2 <SEP> mm Mit der in Fig. 1 und 2 massstäblich dargestellten Vorschubeinheit wurden äusserst gleichmässige Vor schubgeschwindigkeiten bis 2/100 mm/Min. erreicht. Gleichmässige Vorschubgeschwindigkeit kann unter allen Umständen bis 1/10 mm/Min. garantiert wer den.
Der Vorteil der Verteilung des Flüssigkeitsstro mes in einem Flüssigkeitsfilm hat nicht nur den Vor teil, dass Luftblasen nur allmählich abgebaut werden und nicht plötzlich durchtreten können, sondern dass der Durchlass auch nicht durch kleine Teilchen ver stopft werden kann. Selbst, wenn sich an einer be stimmten Stelle des Ventils ein kleines Teilchen fest setzt, wird nur ein sehr kleiner Teil der gesamten Weite der beiden Flüssigkeitsfilme gestört, was auf die durchtretende Flüssigkeitsmenge praktisch keinen Einfluss hat.
Es kann von besonderem Vorteil sein, den einen Teil des Regulierventils, also entweder den Regulierkörper oder die Ventilhülse 23 aus weiche rem Material herzustellen, als den andern Teil, damit sich zwischen diesen Teilen festsetzende harte Teil chen bei der Regulierbewegung in den weicheren Teil eingepresst werden und folglich die Regulierbewegung nicht behindern können.
Ausser der oben beschriebenen erprobten Aus führung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind selbstverständlich verschiedenste Varianten möglich. Anstelle eines Ventils mit ineinandergeschliffenen Ke gelflächen könnte der Flüssigkeitsfilm auch zwischen zwei ebenen, senkrecht zueinander einstellbaren Flä chen gebildet sein, wobei die Flüssigkeit durch eine Bohrung der einen Fläche zugeführt wird. Die Durch- trittsöffnungen 25 brauchen nicht dreieckig ausgeführt zu werden, sondern könnte auch andere Form auf weisen. Während beim Ausführungsbeispiel zwei Flüssigkeitsfilme parallel geschaltet sind, könnten ge gebenenfalls auch mehrere Flüssigkeitsfilme hinterein ander geschaltet sein.
Die Dicke des Flüssigkeitsfilms könnte fest eingestellt sein und, sofern eine Regulie rung des Durchflusses überhaupt erforderlich ist, könnte ein anderes übliches Ventil zur Regelung des Durchflusses vorgesehen sein. Anstatt radial durch strömt zu sein, könnte das dargestellte Ventil auch axial durchströmt sein, d:h. die Flüssigkeit würde in einen Ringraum am einen Ende des Regulierkonus 27 zugeführt und aus einem entsprechenden Ringraum am anderen Ende dieses Konus abgeführt.
Es ist auch nicht erforderlich, dass der Flüssigkeitsfilm in einer Umgehungsleitung eines Bremskolbens angeordnet ist, sondern der Flüssigkeitsfilm könnte direkt in der Druckmittelzuleitung zum eigentlichen Antriebskol ben angeordnet werden.