CH646758A5 - Elektrohydraulischer nachlaufverstaerker. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Nachlaufverstärker mit einem gesteuerten Schrittmotor gemäss Oberbegriff des Anspruches 1. Bei einem solchen aus der DE-AS 25 01 761 bekannten Nachlaufverstärker ist die Lagereprodu-zierbarkeit des Arbeitsgliedes für Anwendungsfälle besonders hoher Einstellgenauigkeit nicht ganz befriedigend. Insbesondere durch die innere Reibung kann die Einstellage von der Ansteuergeschwindigkeit, der Ansteuerrichtung und den wirkenden Gegenkräften beeinflusst sein.

Zur Herabsetzung von Reibung und Verschleiss ist es bei Kugelumlaufgewinden bekannt, die Kugeln einzeln in einem Käfigzuführen(DE-AS11 28 714,12 16 642,12 73 272). Weiter ist aus der DE-PS10 83 833 bekannt, die Hubendlagen des die Kugeln führenden Käfigs durch Anschläge zu begrenzen.

Aus dem Fachbuch Professor Hildebrand: «Feinmechanische Bauelemente», Seite 625, ist es bekannt, zur Spielaufhebung zwischen Gewindespindel und Spindelmutter diese mittels einer Feder gegeneinander vorzuspannen. Aus diesem Fachbuch ist schliesslich auch noch bekannt, die Wälzkörper einer Kugelbüchse zwischen glatten Flächen abrollen zu lassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrohydraulischen Nachlaufverstärker der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine wesentlich exaktere Lagereproduzier-barkeit des Arbeitsgliedes möglich ist.

Diese Aufgabe wird für den elektrohydraulischen Nachlaufverstärker der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird die Reibung zwischen Gewindespindel und Abgriff wesentlich reduziert sowie das Spiel und der Verschleiss minimiert, so dass eine exakte Lagereproduzierbarkeit auch bei langer Betriebsdauer erreichbar ist.

Durch die Verwendung der Kugelführung kann die Einstellre-produzierbarkeit praktisch um einen Faktor 10 erhöht werden. Der Nachlaufverstärker nach der Erfindung kann noch mit einer Ansteuerung von 4000 Schritten/Umdrehung reproduzierbar genau gesteuert werden. Dieser überraschende Effekt ist wohl durch die wesentliche Herabsetzung der Reibung zwischen Abgriff und Gewindespindel erreichbar.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Nachlaufverstärkers nach der Erfindung können mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 5 erreicht werden. So kann ein weicher Lauf mit geringem Verschleiss dadurch erreicht werden, dass als Anschlag eine Feder dient, die im Bereich der Endlage des Käfigs auf dessen Stirnseite wirkt. Eine weitere Verschleissherabsetzung bei Erhöhung der Lebensdauer kann dadurch erreicht werden, dass die Kugeln des Kugelumlaufgewindes und/oder der Kugelführung aus Hartmetall bestehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit ihren Vorteilen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen elektrohydraulischen Nachlaufverstärker mit schematisch dargestelltem Arbeitsglied,

Fig. 2 einen Schnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Nachlaufverstärker entlang der Linie II-II in Fig. 1 unter Weglassung des Schrittmotors und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen elektrohydraulischen Nachlaufverstärker in Form eines Rotationsverstärkers.

Im Gehäuse 1 des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Nachlaufverstärkers ist eine Gewindespindel 2 über Lager 3 bis 5 drehbar, aber gegen axiale Verschiebung gesichert gelagert.

Die Gewindespindel trägt an ihrem einen freien Ende ein Ritzel 6, das in einer quer zur Gewindespindel 2 verlaufenden Zahnstange 7 über eine Schrägverzahnung gekoppelt kämmt. Die Zahnstange 7 ist beiderseits des Ritzels 6 in zwei Längsführungen 8 und 9 verschiebbar geführt. Ein Ende der Zahnstange 7 ist durch eine rohrartige Abdeckung 10 vollkommen geschützt, während am anderen Ende eine Teleskopfeder 11 vorgesehen ist, deren äusseres Ende mit dem Gehäuse 1 und das innere Ende mit der Zahnstange 7 verbunden ist und diese so beim Verschieben immer umhüllt und schützt. Dieses Ende der Zahnstange 7 ist weiter, wie in Fig. 1 schematisiert dargestellt, über eine Verbin-dung 12 mit einem Arbeitsglied 13, beispielsweise einem Hydraulikzylinder, in Verbindung. Die genaue Lage der Kolbenstange 14 dieses Arbeitsglieds 13 soll nach vorgegebenen Werten in Zeit und Geschwindigkeit exakt geregelt werden. Die Weg- und Geschwindigkeitsvorgabe kann durch Arbeitsprogramme elektronisch oder auch in anderer bekannter Weise festgelegt oder frei programmierbar sein.

Durch Drehsicherung der Zahnstange 7 ist diese ihrer Verzahnung gegenüberliegend mit einer Abflachung versehen, und es ist im Gehäuse 1 unterhalb des Ritzels 6 eine Führungswalze 15 vorgesehen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist auf der Gewindespindel 2 eine Kugelführung 16 angeordnet mit in einem Käfig 17 geführten Kugeln 18. Die Gewindespindel 2 ist von einem hülsenartigen Abgriff 19 umschlossen, der auf seiner Innenseite entsprechende Rillen für die Kugeln 18 der Kugelführung 16 aufweist, so dass die Gewindespindel 2 und der Abgriff 19 ineinander schraubbar sind.

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Zum Spielausgleich zwischen Gewindespindel 2 und Abgriff 19 ist dem Ritzel 6 gegenüberliegend am anderen freien Ende der Gewindespindel 2 ein Lager 20 vorgesehen zur Abstützung einer Feder 21, die sich an einem fest im Abgriff 19 angeordneten Widerlager 22 abstützt, so dass die Gewindespindel 2 und der Abgriff 19 immer axial miteinander verspannt sind.

Der hülsenartige Abgriff 19 seinerseits ist über eine weitere Kugelführung 23 drehbar und axial verschiebbar in einer mit dem Gehäuse 1 verschraubten Zylinderbüchse 24 geführt.

Der Abgriff 19 weist ferner noch eine über Lager 25 und 26 axial genau geführte Abgriffhülse 27 auf, die ihrerseits im Gehäuse 1 durch einen Stift 28 gegen Verdrehung gesichert, aber in axialer Richtung verschiebbar geführt ist. Mit der Abgriffhülse 27 sind weiter zwei klötzchenartige Teile aufgeschraubt, die als Schaltglied 29 dienen und über einstellbare Stössel mit vier Steuerventilen 30 bis 33 zusammenarbeiten, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Steuerventile sind in bekannter Weise mit einer Druckölversorgung und einem Rücklauf in Verbindung, was aber nicht dargestellt ist. Schematisch dargestellt sind die Steuerventile 30 bis 33 noch über Leitungen 34 und 35 mit dem Arbeitsglied 13 in Verbindung. Die Steuerventile 30 bis 33 sind Sitzventile, die druckausgeglichen sind.

In Verlängerung der Gewindespindel 2 dem Ritzel 6 gegenüberliegend, ist der Abgriff 19 über eine Kupplung 36 mit einem Schrittmotor 37 verbunden. Dieser Schrittmotor wird über eine bekannte Steuerung gesteuert und es wird durch ihn die Sollage, das ist eine bestimmte Winkellage des Abgriffs 19 gegenüber der Gewindespindel 2, vorgegeben. Zur Dämpfung von Schwingungen ist am Schrittmotor 37 noch ein Schwingungsdämpfer 38 auf dessen freiem Wellenende aufgesetzt und das ganze von einer Abdeckung 39 umschlossen.

Soll durch den Schrittmotor 37 eine Änderung der Sollwerteinstellung erfolgen, so erfolgt über die Drehung der Kupplung 36 auch eine Drehung des Abgriffs 19. Da die Gewindespindel 2 keine Bewegung ausführt, erfolgt zugleich mit der Drehung des Abgriffs 19 eine Axialverschiebung desselben, so dass zwangsweise auch das Schaltglied 29 eine Axialverschiebung erfährt und damit die Steuerventile 30 bis 33 betätigt werden. Hierdurch erfolgt eine entsprechende Druckbeaufschlagung des Arbeitsgliedes 13 mit einer Verschiebung der Kolbenstange 14. Durch die Verbindung 12 erfährt damit aber auch die Zahnstange 7 eine Verschiebung, und es erfolgt über das Ritzel 6 eine Verdrehung der Gewindespindel 2, und zwar in der Richtung, dass die Axialverschiebung des Abgriffs 19 wieder aufgehoben wird und die Steuerventile 30 bis 33 wieder schliessen, sobald die Kolbenstange 14 die durch die Sollwerteinstellung des Schrittmotors 37 vorgegebene Stellung erreicht hat.

Erfolgt nun eine zu rasche Verstellung durch den Schrittmotor 37 oder ist aus irgendwelchen Gründen eine Verschiebung der Kolbenstange 14 nicht möglich, so erfolgt eine unzulässig weite Verschiebung des Abgriffs 19 und damit auch des Schaltglieds 29. Um eine Beschädigung irgendwelcher Teile zu vermeiden, ist eine Stillsetzung des Antriebs erforderlich, und es sind hierzu wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, am Gehäuse 1 zwei Notschalter

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40,41 vorgesehen, die über ein Schleppglied 42 durch das Schaltglied 29 betätigbar sind.

Das Schleppglied 42 besteht aus zwei über eine Feder 43 mit einer Führungsplatte 44 verspannte Reibflächen. Diese Reibflächen werden einmal durch eine einen Lagerbolzen 45 tragende Scheibe 46 und einer auf dem Lagerbolzen 45 durch die Feder 43 verschiebbar geführten Büchse 47 gebildet. Die den Lagerbolzen 45 tragende Scheibe 46 hat dem Lagerbolzen 45 gegenüberliegend eine Ausnehmung 48, in die das Schaltglied 29 mit Spiel hineinragt. Bei einer axialen Verschiebung wird über das Schaltglied 29 das Schleppglied 42 verschoben. Wird eine Notsituation erreicht, so wird über einen der Notschalter 40 bzw. 41 der Antrieb stillgesetzt. Ein Einschalten des Antriebs wird durch einen der Notschalter 40,41 in der Richtung blockiert, in der eine Weiterverschiebung des Schaltgliedes 29 in Richtung des betätigten Notschalters 40 bzw. 41 stattfinden würde. Der Antrieb, d. h. eine Bewegung des Arbeitsgliedes 13 oder eine Weitersteuerung des Schrittmotors 36, kann dann nur noch in entgegengesetzter Richtung erfolgen, so dass auf jeden F all eine Freisetzung des Schaltglieds 29 erfolgt.

Anstelle der Kopplung des Arbeitsglieds 13 über die Zahnstange 7 mit der Gewindespindel 2 für eine Linearbewegung kann auch direkt oder indirekt über eine Übersetzung die Gewindespindel 2 mit einem Rotationsmotor zu dessen Steuerung gekoppelt sein.

Durch die sehr geringe Reibung zwischen dem Abgriff 19 und der Gewindespindel 2 erfolgt eine verzögerungsfreie Einstellung und ein sehr empfindliches Ansprechen der Steuerventile 30 bis 33, so dass noch eine Nachregelung erreichbar ist mit einer schrittweisen Verstellung des Schrittmotors bei einem Schritt mit einer Schritteilung von 4000 Schritten/Umdrehung des Schrittmotors. Eine reproduzierbare lagegenaue Einstellung des Arbeitsglieds 13 auf ein = 1/1000 mm ist hiermit erreichbar.

In Fig. 3 ist ein elektrohydraulischer Rotationsverstärker im Schnitt dargestellt. Die Steuerung entspricht weitgehend der Darstellung von Fig. 1. Es werden daher für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Leitungen 34 und 35 sind mit einem Arbeitsglied 13 in Form eines Hydromotors in Verbindung, dessen Abtriebswelle 50 direkt mit der Gewindespindel 2 ohne Winkelspiel gekoppelt ist. Das Druckmedium wird über die Leitung P zugeführt und kann durch die Leitung T zum Tank zurückgelangen, während Leckölmengen durch die Leitung L ebenfalls zum Tank einer nicht dargestellten Druck-versorgungsanlage zurückströmen können.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der direkten Kopplung der Abtriebswelle 50 mit der Gewindespindel 2 folgt diese Abtriebswelle 50 genau der Drehbewegung des Schrittmotors 37. Durch Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes entweder zwischen der Abtriebswelle 50 und der Gewindespindel 2 oder auch zwischen dem Schrittmotor 37 und dem Abgriff 19,

hier beispielsweise in Form eines Zahnriemens mit Riemenscheiben unterschiedlichen Durchmessers, können proportionale Bewegungen exakt erzeugt werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. 646 758

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Elektrohydraulischer Nachlaufverstärker mit einem gesteuerten Schrittmotor (37), durch den die gegenseitige Winkellage einer Gewindespindel (2) gegenüber einem mit dem Gewinde der Gewindespindel (2) zusammenwirkenden Abgriff (19) als Sollwerteinstellung einstellbar ist, wobei die Gewindespindel (2) oder der Abgriff (19) direkt oder indirekt mit einem hydraulisch beaufschlagten Arbeitsglied (13) gekoppelt und durch dieses axial zusammen mit einem Schaltglied (29) verschiebbar ist zur Betätigung von vier Steuerventilen (30 bis 33) für die Beaufschlagung des Arbeitsglieds (13) mit Drucköl, wobei zwischen der Gewindespindel (2) und dem Abgriff (19) eine Kugelführung (16) in Form eines Kugelumlaufgewindes vorgesehen ist, wobei der Abgriff (19) eine lange, die Gewindespindel (2) umschlies-sende Hülse aufweist, auf der über Axiallager (25,26) drehbar eine Abgriffhülse (27) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Gewindespindel (2) und dem Abgriff (19) angeordneten Kugeln (18) des Kugelumlaufgewindes einzeln in einem Käfig (17) geführt sind und dieser Käfig (17) in seinen Hubendlagern mit jeweils einem Anschlag (49) zusammenwirkt und dass ferner die über die Kugelführung (16) gegeneinander verschiebbare Gewindespindel (2) und der Abgriff (19) in axialer Richtung über mindestens eine Feder (21) gegeneinander verspannt sind und dass die die Gewindespindel (2) umschliessende Hülse in einer weiteren Kugelführung (23) längsverschiebbar und drehbar geführt ist, wobei die Laufflächen des Abgriffs (19) und die Gegenflächen für die Kugeln der weiteren Kugelführung (23) glatte zylindrische Flächen sind und die Kugeln ebenfalls in einem Käfig geführt sind.
2. 2. Nachlaufverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Anschlag (49) eine Feder dient, die im Bereich der Endlage des Käfigs (17) auf dessen Stirnseite wirkt.
3. 3. Nachlaufverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (18) aus Hartmetall bestehen.
4. 4. Nachlaufverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abgriff (19) und die Gewindespindel (2) verspannende Feder (21) zwischen einem Lager (20) stirnseitig am Gewindespindelende und einem Widerlager (22) im Abgriff (19) vorgesehen ist.
5. 5. Nachlaufverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche der weiteren Kugelführung (23) durch eine im Gehäuse (1) eingesetzte Zylinderbüchse (24) gebildet ist