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Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigte Klemmeinheit zum Festlegen eines Betätigungselementes eines Antriebs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine mit einer derartigen Klemmeinheit ausgeführte hydraulische Regelachse.
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Insbesondere im Bereich von Werkzeugmaschinen werden aufwendige und kostenintensive Anstrengungen unternommen, um bei einem Energieausfall oder in Crash-Situationen die hydraulischen Achsen, beispielsweise einen hydraulisch geregelten Vorschubantrieb kontrolliert auf Position halten zu können, um als Folge derartiger unkontrollierter Situationen beispielsweise die Zerstörung eines teuren Werkzeuges oder des Werkstücks zu vermeiden. Dieses auf Position halten der hydraulischen Achse kann durch einen Klemmkopf erfolgen, der beispielsweise eine Kolbenstange eines Hydrozylinders der hydraulischen Achse buchsenförmig umgreift und bei den vorbeschriebenen unkontrollierten Situationen einrückt, um die Kolbenstange zu klemmen. Dabei muss diese Klemmung sehr schnell aufgebracht werden, um die hydraulische Achse mit möglichst geringer Abweichung zur aktiv geregelten Position zu halten. Kundenseitig werden dabei Genauigkeiten bis zu 20 Mikron vorgeschrieben.
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In der
US 2003/0213360 A1 ist ein Pneumatikzylinder mit einer Klemmeinrichtung offenbart. Um ein Ruckgleiten zwischen einem Klemmelement der Klemmeinrichtung und einer Kolbenstange des Pneumatikzylinders zu vermeiden und den Zeitpunkt einstellen zu können, zu dem die Klemmeinrichtung betätigt wird, wird vorgeschlagen, in einer Druckmittelleitung zwischen einem Betätigungsventil und einem Klemmraum des Pneumatikzylinders ein Drosselrückschlagventil und ein Puffervolumen vorzusehen.
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Diese bekannten Klemmeinheiten ermöglichen ein stufenloses Klemmen einer Kolbenstange eines Hydrozylinders und haben beispielsweise eine axialverschiebbare Klemmbuchse, die mit einem Außenkonus versehen ist. Dieser Außenkonus wirkt mit einem entsprechend ausgebildeten Innenkonus einer Klemmhülse oder eines Gehäuses zusammen. Die Klemmbuchse ist durch ein Federpaket derart vorgespannt, dass sie mit ihrem Außenkonus in den Innenkonus eintaucht und entsprechend Klemmelemente der Klemmbuchse in Klemmeingriff mit dem Aussenumfang der Kolbenstange stehen. Zum Lösen der Klemmung kann die Kolbenbuchse oder deren Klemmelemente mittels eines mit Druckmittel beaufschlagbaren Klemmkolbens gegen die Kraft des Federpakets in Axialrichtung mit Bezug zum Innenkonus des Gehäuses/Klemmhülse verschoben werden, so dass die Klemmelemente der Klemmbuchse in Radialrichtung auseinander bewegt werden und die Kolbenstange freigeben. Die Druckbeaufschlagung des Klemmkolbens erfolgt durch Umschalten eines Klemmventils, wodurch ein vom Klemmkolben begrenzter Klemmraum mit einer Druckmittelquelle verbunden ist. Bei nicht umgeschaltetem Klemmventil ist dieser Klemmraum mit dem Tank oder Niederdruck verbunden, so dass die Kolbenstange geklemmt ist. D. h., zum Verfahren der hydraulischen Achse muss zunächst das Klemmventil umgeschaltet werden – bei einem Stromausfall oder dergleichen schaltet dieses Klemmventil in seine Grundpositon zurück, so dass die hydraulische Achse geklemmt wird. Wie eingangs beschrieben, muss diese Klemmung sehr schnell erfolgen – deswegen legt man den Hub des Federpakets möglichst kurz aus, so dass das Druckmittelvolumen, das zum Schließen der Klemmung über den Klemmkolben aus der Klemmkammer in Richtung zum Tank verschoben werden muss möglichst gering bleibt. Die hydraulische Achse bleibt dann solange in ihrer Position mechanisch geklemmt, bis das Klemmventil wieder bestromt wird, so dass der Klemmraum mit der Druckmittelquelle verbunden wird und nach Druckaufbau in der Klemmkammer die Klemmbuchse gegen die Kraft des Federpakets in ihre Ausrückposition verschoben werden kann. Dabei stellt sich der vorbeschriebene kleine Hub des Federpakets als nachteilig heraus, da beim Umschalten des Wegeventils die Klemmkammer äußerst schnell mit Druckmittel gefüllt wird und somit dieser Druckaufbau entsprechend schnell erfolgt, so dass die Klemmung sofort gelöst und die hydraulische Achse freigegeben wird. Bei diesen bekannten Systemen liegt mit dem Umschalten des Wegeventils der Systemdruck auch wieder an dem für die Ansteuerung des Hydrozylinders verwendeten Regelventil an. Durch die geringe Abweichung der hydraulischen Achse in der Klemmposition vom Positions-Sollwert wird dann vom Regler des Regelventils nur eine sehr kleine Stellgröße ausgegeben. Der daraus resultierende minimale Öffnungsquerschnitt an einer Zulaufsteuerkante des Regelventils führt dazu, dass sich der Druck in der entsprechenden Zylinderkammer des Hydrozylinders nur sehr langsam aufbauen kann. Diese Verzögerung beim Kraftaufbau am Hydrozylinder und der gleichzeitige schnelle Lösevorgang an der Klemmung kann bei ungünstigen Betriebsbedingungen zu einem Absacken der Achse aus der geklemmten Position führen, bis sich der entsprechende Druck im Zylinderraum aufgebaut hat. Dieses Absacken aus der Klemmposition ist üblicherweise nicht akzeptabel.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Klemmeinheit und eine damit ausgeführte hydraulische Regelachse zu schaffen, durch die die Positioniergenauigkeit eines durch die Klemmeinheit geklemmten Betätigungselementes verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich der hydraulischen Klemmeinheit durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der hydraulischen Achse durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 7 gelöst.
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Eine hydraulisch betätigte Klemmeinheit zum Festlegen eines Betätigungselementes eines Antriebs, wie beispielsweise einer Kolbenstange eines Hydrozylinders, enthält einen Klemmkopf, dem ein von einem Klemmkolben begrenzter Klemmraum zugeordnet ist. Der Klemmraum ist über ein Klemmventil mit einer Druckmittelquelle oder mit einer Druckmittelsenke verbindbar, um über den Klemmkolben zum Klemmen oder Freigeben des Betätigungselementes Klemmkörper gegen die Kraft einer Federeinrichtung zu verschieben. In dem Druckmittelströmungspfad zwischen einer Klemmkammer der Klemmeinheit und einem Klemmventil, über das die Klemmkammer mit einer Druckmittelquelle oder einer Druckmittelsenke verbindbar ist, ist eine Drosselventileinrichtung vorgesehen, die den Druckmittelvolumenstrom in einer Strömungsrichtung, beispielsweise in Richtung zum Klemmraum, drosselt und in der anderen Druckmittelströmungsrichtung im Wesentlichen ungedrosselt passieren lässt. Der im Wesentlichen ungedrosselte Druckmittelvolumenstrom wird beispielsweise beim Einrücken der Klemmeinheit wirksam, während zum Lösen der Klemmeinheit der Druckmittelvolumenstrom gedrosselt wird, so dass das Lösen der Klemmung verzögert und somit ein Absacken der hydraulischen Achse beim Übergang aus der geklemmten Position in die geregelte Position verhindert ist. Somit kann die Druckmittelvolumenströmung zum Lösen der Klemmung verzögert werden, während die Druckmittelvolumenströmung zum Klemmen gegenüber derjenigen den bekannten Lösungen im Wesentlichen unverändert ist. In dem Fall, in dem das Lösen der Klemmung durch Druckaufbau in der Klemmkammer erfolgt, wird entsprechend das Füllen der Klemmkammer verzögert – die Abströmung des Druckmittels aus der Klemmkammer erfolgt ungedrosselt, so dass der Klemmvorgang mit der erforderlichen Präzision erfolgt.
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Die Drosselventileinrichtung ist als Drosselrückschlagventil ausgeführt, das in einer Druckmittelströmungsrichtung als Rückschlagventil wirkt, während in der anderen Strömungsrichtung ein Drosselquerschnitt wirksam ist.
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Aus dem Stand der Technik ist es zwar bereits bekannt im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Klemmventil und der Klemmkammer eine Düse und ein Rückschlagventil vorzusehen, diese sind jedoch in Reihe zueinander geschaltet, wobei die Düse zur Dämpfung von Schlaggeräuschen dient und in beiden Druckmittelströmungsrichtungen wirksam ist.
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Wie eingangs beschrieben, wird die Klemmeinheit üblicherweise so ausgelegt, dass der Hub der den Klemmkörper der Klemmeinheit in Klemmrichtung vorspannenden Federeinrichtung sehr kurz ausgelegt ist, um ein schnelles Klemmen zu ermöglichen. Entsprechend ist auch das Ölvolumen der Klemmkammer äußerst gering ausgeführt – um nun ein Füllen der Klemmkammer zum Lösen der Klemmung zu verzögern, muss bei derart kleinen Volumina die Drossel mit einem vergleichsweise geringem Querschnitt ausgeführt werden. Derartige minimale Drosselquerschnitte sollen jedoch aufgrund der Verschmutzungsgefahr vermieden werden. Des Weiteren ist ein erhöhter Fertigungstechnischer Aufwand zu deren Herstellung erforderlich. Dieser Nachteil wird dadurch beseitigt, dass dem Klemmraum eine veränderliche Volumenkompensationskammer zugeordnet ist, die zum Lösen der Klemmung zunächst gefüllt werden muss und den Druckmittelvolumenstrom über die Zulaufdrossel vorübergehend kompensiert, so dass diese mit einem größeren Querschnitt ausgeführt werden kann.
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Die Volumenkompensationskammer ist durch einen federbeaufschlagten Kolben begrenzt.
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Erfindungsgemäß ist diese den Kolben beaufschlagende Feder an einem beweglichen Federteller abgestützt, der seinerseits über eine Stützfeder mit vergleichsweise größerer Federkonstante gehäuseseitig abgestützt ist. Durch geeignete Auslegung der Vorspannungen und/oder Federkonstanten der Feder und der Stützfeder kann der Druckaufbau in der Klemmkammer so eingestellt werden, dass die Klemmung in vorbestimmter Weise gelöst wird.
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Dabei ist die Stützfeder derart ausgelegt, dass sie bei Erreichen des Maximalhubs der Feder bereits komprimiert wird. Die mit vergleichsweise geringer Federkonstante ausgeführte Spiralfeder bewirkt dann im Wesentlichen die Verzögerung des Druckmittelvolumenstroms zum Lösen der Klemmung, während die zum Ende des Hubs dieser Feder wirksame Stützfeder einen relativ sanften Druckaufbau in der Klemmkammer bewirkt. Die Federn sind so dimensioniert und ausgerichtet, dass ein ruckartiger Druckanstieg und ein damit verbundenes Überschwingen des Druckes in der Klemmkammer vermieden wird. Dadurch wird es ermöglicht, dass die hydraulische Achse sanft gegen die sich relativ konstant lösende Klemmung in ein Positions-Sollfenster verschoben wird.
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Ohne die zusätzlich vorgesehene Stützfeder würde sich beim Erreichen der Endposition des Hubs der Feder ein Aufschwingen des Öldrucks aufgrund der Kompressibilität des Öls einstellen. Ein derartiges Überschwingen des Drucks in der Klemmkammer könnte dann zu einem vorübergehenden Löseimpuls und zu einem beschleunigen der hydraulischen Achse solange führen, bis deren Regler diese wieder in das Sollpositionsfenster zurückgefahren hat.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausführung der Volumenkompensationskammer ist die den Kolben beaufschlagende Feder als Spiralfeder und die den Federteller beaufschlagende Stützfeder als Tellerfederpaket ausgeführt. Dabei wird der Kolben vorzugsweise mit einem Führungsvorsprung ausgeführt, der in eine Führung des Federtellers eintaucht.
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Die Federräume für die Federn sind vorzugsweise zur Atmosphäre entlastet. Bei erhöhter Leckage kann auch zum Tank oder zu einem Niederdruck entlastet werden.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schaltschema einer mit einer erfindungsgemäßen Klemmeinheit ausgeführten hydraulischen Regelachse und
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2 einen Schnitt durch eine konstruktive Ausführung einer Volumenkompensationskammer aus 1.
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1 zeigt ein Schaltbild einer hydraulischen Regelachse, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als geregelter hydraulischer Vorschubantrieb 1 ausgeführt ist. Dieser hat einen Differentialzylinder 2 dessen Kolben 4 über eine Klemmeinheit 8 in der zum Zeitpunkt des Störfalls aktiv geregelten Position festgehalten werden kann. Die Klemmeinheit 8 besteht im Wesentlichen aus einem am Maschinengestell oder am Zylindergehäuse abgestützten Klemmkopf 10, einer Volumenkompensationskammer 12, einem als 3/2-Wegeschaltventil ausgeführten Klemmventil 14 und einer Drosselventileinrichtung, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Drosselrückschlagventil 16 ausgeführt ist.
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Die Ansteuerung des Differentialzylinders 2 erfolgt über ein stetig verstellbares Regelventil 18, das über Proportionalmagnete 20, 22 aus einer federvorgespannten Grundposition (0) in Arbeitspositionen (a), (b) und (c) verschiebbar ist. Das Regelventil 18 hat einen Druckanschluss P einen Tankanschluss T sowie zwei Arbeitsanschlüsse A, B, die in der dargestellten Grundposition (0) abgesperrt sind (Closed Center). Der Druckanschluss P ist über eine Zulaufleitung 24 mit einem Eingang P des Klemmventils 14 verbunden. Der Tankanschluss T mündet über eine Ablaufleitung 26 in einem Tank T und die beiden Arbeitsanschlüsse A, B sind über eine Vorlaufleitung 27 bzw. eine Rücklaufleitung 28 mit einem bodenseitigen Zylinderraum 30 bzw. einem kolbenstangenseitigen Ringraum 32 des Differentialzylinders 2 verbunden. Ein Ablaufanschluss T des Klemmventils 14 ist mit der Ablaufleitung 26 und ein Arbeitsanschluss A über eine Pumpenleitung 34 mit einer den Systemdruck bereitstellenden Pumpe 36 verbunden, die je nach System als Verstell- oder Konstantpumpe ausgeführt sein kann.
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In einer federvorgespannten Grundposition des Klemmventils 14 ist dessen Arbeitsanschluss A mit dem Ablaufanschluss T verbunden, so dass in der Zulaufleitung 24 Tankdruck anliegt. Durch Bestromen eines Schaltmagneten 38 des Klemmventils 14 kann dieses gegen die Kraft der Feder in eine Schaltposition umgeschaltet werden, in der der Arbeitsanschluss A mit dem Druckanschluss P verbunden ist, so dass die Pumpe 36 Druckmittel in die Zulaufleitung 24 fördert. Dieses Umschalten des Klemmventils 14 erfolgt beispielsweise bei Inbetriebnahme der Werkzeugmaschine. Bei einem Störfall (beispielsweise Stromausfall) wird der Schaltmagnet 38 stromlos geschaltet, so dass am Arbeitsanschluss A des Regelventils 18 der Tankdruck anliegt und der Vorschubantrieb nicht betätigbar ist. In einem derartigen Störfall wird die Kolbenstange 6 über die Klemmeinheit 8 geklemmt, so dass der Differentialzylinder 2 in seiner eingestellten Regelpositon festgehalten wird. Diese Klemmeinheit 8 hat einen die Kolbenstange 6 umgreifenden Klemmkopf 40, dessen Grundaufbau aus dem eingangs beschriebenen Stand der Technik bekannt ist. Ein derartiger Klemmkopf 40 hat eine Klemmbuchse 42, die mit einer Vielzahl von Klemmelementen, beispielsweise Spannscheiben oder dergleichen ausgeführt ist. Die Klemmelemente der Klemmbuchse 42 sind durch die Kraft einer Klemmfederanordnung so beaufschlagt, dass sie aufgrund der eingangs beschriebenen Konusflächen in Radialrichtung nach innen bewegt werden, um die Kolbenstange 6 zu klemmen. Das Lösen der Klemmelemente der Klemmbuchse 42 erfolgt über einen Klemmkolben 46, der einen Klemmraum 48 begrenzt. Durch Druckbeaufschlagung dieses Klemmraums 48 lässt sich der Klemmkolben 46 gegen die Kraft der Klemmfederanordnung 44 verschieben, so dass die Klemmelemente der Klemmbuchse 42 in Radialrichtung nach außen bewegt werden und die Kolbenstange 6 freigeben. Ein derartiger Klemmkopf 10 kann stirnseitig an das Gehäuse des Differentialzylinders 2 angeflanscht werden. Prinzipiell ist es auch möglich, dem Differentialzylinder eine mit dem Kolben 4 verbundene Klemmstange zuzuordnen, auf die dann der Klemmkopf 10 wirkt.
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Der Klemmraum 48 ist über eine Klemmleitung 50 mit der Zulaufleitung 24 verbunden. In dieser Klemmleitung 50 ist das Drosselrückschlagventil 16 angeordnet, das eine Druckmittelströmung in Richtung zum Klemmraum 48 über einen Drosselquerschnitt 52 drosselt und ein Abströmen des Druckmittels aus dem Ringraum 48 über ein Rückschlagventil 54 im Wesentlichen ungedrosselt bei Umgehung des Drosselquerschnitts 52 ermöglicht. Die Volumenkompensationskammer 12 ist an den Druckmittelströmungspfad zwischen dem Drosselrückschlagventil 16 und der Klemmkammer 48 angeschlossen. Wie der schematischen Zeichnung gemäß 1 entnehmbar ist, ist die Volumenkompensationskammer 12 achsparallel zum Differentialzylinder 2 angeordnet und ist dabei im Bereich seiner Außenumfangsfläche montiert. Entsprechend wird auch das sehr hochwertig ausgeführte Regelventil 18 auf den Differentialzylinder 2 aufgebaut, das Drosselrückschlagventil 16 und das Klemmventil 14 sind in das Gehäuse des Klemmkopfs 10 integriert oder auf den Differentialzylinder 2 oder den Klemmkopf 10 aufgesetzt.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das von der Volumenkompensationskammer 12 bereitgestellte Zusatzvolumen 56 mit der Klemmkammer 48 verbunden und wird von einem Kolben (siehe 1) begrenzt, der über eine Federanordnung 58 in Richtung einer Verkleinerung des Zusatzvolumens 56 beaufschlagt ist. Der die Federanordnung 58 aufnehmende Raum ist, wie anhand von 2 noch erläutert wird, mit Atmosphärendruck beaufschlagt. Bei erhöhter Leckage kann der Raum auch über eine Leckageleitung mit der Ablaufleitung 36 verbunden werden.
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Der konkrete Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Volumenkompensationskammer 12 wird anhand 2 erläutert.
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Die Volumenkompensationskammer (12) hat ein Gehäuse 60 mit einer Gehäusebohrung 62, in der der das Zusatzvolumen 56 begrenzende Kolben 64 verschiebbar geführt ist. Dieser ist durch eine Feder 66 der Federanordnung 58 in Richtung einer Verringerung des Zusatzvolumens 56 beaufschlagt. Die als Spiralfeder ausgeführte Feder 66 ist an einem Federteller 68 abgestützt, der seinerseits von einem Tellerfederpaket 70 beaufschlagt ist, das an einem die Gehäusebohrung 62 verschließenden Endstück 70 in Axialrichtung abgestützt ist. Der Federteller 68 hat einen Axialvorsprung 74, auf dem das Tellerfederpaket 70 geführt ist und der in eine Aufnahme 76 des Endstücks 72 eintaucht. Der Federteller 68 ist des Weiteren mit einer Führungsausnehmung 78 ausgeführt, in die ein axialvorspringender Führungsvorsprung 80 des Kolbens 64 eintaucht. Der die Feder 66 aufnehmende Raum 82, die Führung 78 im Federteller 68 sowie ein stirnseitig vom Endstück 72 und von der benachbarten Stirnfläche des Federtellers 68 begrenzter Rückraum 84 und ein Federraum 86 für das Tellerfederpaket 70 sind über Verbindungskanalabschnitte 85, 87 und 89 mit der Atmosphäre verbunden, so dass in diesen Räumen Atmosphärendruck anliegt. Der achsparallel verlaufende Verbindungskanalabschnitt 85 durchsetzt den Bund des Federtellers 68, der koaxiale Verbindungskanalabschnitt 87 den linken Endabschnitt des Federtellers 68 und der koaxiale Verbindungskanalabschnitt 89 den Boden des Endstücks 72.
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In der dargestellten Grundposition ist der Federteller 68 über das Tellerfederpaket 70 gegen eine Anschlagschulter 88 vorgespannt. Am Führungsvorsprung 80 des Kolbens 64 ist eine Ringstirnfläche 90 ausgebildet, die bei einer Axialverschiebung des Kolbens 64 nach links (Darstellung gemäß 2) auf einen stirnseitigen Anschlag 92 des Federtellers 68 aufläuft, so dass die Kompression der Feder 66 durch diesen Anschlag 92 begrenzt ist. Der Kolben 64 wird über die Feder 66 gegen eine Anlageschulter 94 des Gehäuses 60 vorgespannt – in dieser Grundpositon ist das Zusatzvolumen 56 minimal.
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Die Federkonstanten und die Vorspannungen der Feder 66 und des Tellerfederpakets 70 sind so gewählt, dass beim Aufbau eines Klemmlösedrucks in der Klemmkammer 48 zunächst die Spiralfeder 66 komprimiert wird und dann kurz bevor die Ringstirnfläche 90 auf den Anschlag 92 aufläuft bereits das Tellerfederpaket 70 komprimiert wird. Die maximale Klemmlösekraft wird erreicht, nach dem die linke Stirnfläche 96 des Federtellers 68 auf einen Boden 98 des Endstücks 72 aufläuft und somit den Federtellerhub begrenzt. Mit anderen Worten gesagt, die sich zu Beginn aufbauende Klemmlösekraft ist geringer als die Kraft des Tellerfederpakets 70 und die maximal aufgebaute Klemmlösekraft ist etwas größer als die maximal über das Tellerfederpaket 70 aufgebrachte Kraft.
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Zum besseren Verständnis sei die Funktion der Klemmeinheit 8 erläutert. Wie bereits erwähnt, wird bei Inbetriebnahme der Werkzeugmaschine der Schaltmagnet 38 des Klemmventils 14 bestromt, so dass dieses in seine Schaltstellung umgeschaltet wird, in der sein Druckanschluss P mit seinem Arbeitsanschluss A verbunden ist und in der Zulaufleitung 24 der Systemdruck anliegt. Das Regelventil 18 wird durch geeignete Ansteuerung der Proportionalmagneten 20, 22 in eine seiner mit (a), (b) gekennzeichneten Arbeitspositionen oder in die mit (c) gekennzeichnete Eilgangsposition verschoben, um die Kolbenstange 6 des Differentialzylinders 2 einzufahren (Positionen (a) oder auszufahren (b), (c)). Der in der Zulaufleitung 24 herrschende Systemdruck liegt auch in der Klemmleitung 50 an, so dass Druckmittel über den Drosselquerschnitt 52 in Richtung zum Klemmraum 48 strömen kann. Vor Aufbau des Klemmlösedrucks im Klemmraum 48 ist der Klemmkopf 10 durch die Kraft der Klemmfederanordnung 44 noch in Richtung Klemmen beaufschlagt, so das die Kolbenstange 6 in der beim Einschalten vorgewählten Grundposition festgehalten ist. Bevor sich der Klemmlösedruck in der Klemmkammer 48 aufbaut, muss über der bereits durch den Drosselquerschnitt 52 verzögerte Druckmittelvolumenstrom zunächst das Zusatzvolumen 56 gegen die Kraft der Feder 66 auffüllen. Die Feder 66 führt einen relativ langen Hub aus, so dass entsprechend viel Druckmittel in das Zusatzvolumen 56 gefördert werden muss, so dass der Druckaufbau in der Klemmkammer entsprechend der linearen Federkonstante der Feder 66 verzögert wird. Der über den Drosselquerschnitt 52 zuströmende Druckmittelvolumenstrom wird somit vorübergehend durch das Zusatzvolumen 56 teilweise kompensiert. Nach dieser Verzögerung aufgrund der Komprimierung der Feder 65 hat das Zusatzvolumen 56 seinen Maximalwert nahezu erreicht, wobei vor Erreichen dieses Maximalvolumens das Tellerfederpaket 70 wirksam wird und den Druckaufbau in der Klemmkammer 48 bestimmt. Der die Position der Zulaufsteuerkante des Regelventils 18 regelnde Regler kann die hydraulische Achse dann relativ sanft gegen die sich allmählich lösende Klemmung in sein Positions-Sollfenster verschieben, wobei die Charakteristik im Wesentlichen durch geeignete Auslegung und Anordnung des Tellerfederpakets 70 beeinflusst werden kann.
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Beispielsweise bei einem Stromausfall wird der Schaltmagnet 38 schlagartig stromlos geschaltet, so dass das Klemmventil 14 in seine dargestellte federvorgespannte Grundposition umgeschaltet wird und in der Klemmleitung 50 der Tankdruck anliegt. Der Klemmlösedruck in der Klemmkammer 48 wird dann durch Abströmen von Druckmittel über das sich öffnende Rückschlagventil 54 schlagartig abgebaut, so dass der Klemmkopf 10 einrückt und die Kolbenstange 6 in der geregelten. Position klemmt. Nach Behebung der Störung wird der Klemmlösedruck dann in der vorbeschriebenen Weise wieder aufgebaut.
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Für den Klemmkopf 10 sind prinzipiell alle Konstruktionen einsetzbar, die ein zuverlässiges Festhalten einer Kolbenstange 6 oder eines sonstigen Betätigungselementes eines Antriebs ermöglichen, wobei die Klemmung über einen Druck in einer von einem Klemmkolben 46 begrenzten Klemmkammer 48 gelöst oder aufgebaut werden kann. Selbstverständlich ist die Anwendung nicht nur auf Vorschubantriebe von Werkzeugmaschinen begrenzt, sondern die beschriebene Klemmeinheit mit dem Drosselrückschlagventil 16 und dem Zusatzvolumen 56 kann prinzipiell bei allen Antrieben eingesetzt werden, bei denen es darauf ankommt, ein Betätigungselement eines hydraulischen Antriebs durch Entlasten oder Druckaufbau in einer Klemmkammer festzuhalten.
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Offenbart sind eine Klemmeinheit und eine damit ausgeführte hydraulische Regelachse, wobei ein Betätigungselement eines hydraulischen Antriebes mittels eines Klemmkopfs festlegbar ist. Der Klemmkopf hat einen Klemmkolben, der zum Klemmen oder Freigeben des Betätigungselementes mit einem Druck beaufschlagbar ist, um Klemmkörper vorzugsweise gegen die Kraft einer Federeinrichtung zu verschieben. Erfindungsgemäß ist im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Klemmraum und einer Druckmittelquelle oder einer Druckmittelsenke eine Drosselventileinrichtung vorgesehen, die einen Druckmittelvolumenstrom in einer Strömungsrichtung drosselt und in der anderen Strömungsrichtung im wesentlichen ungedrosselt passieren lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorschubantrieb
- 2
- Differentialzylinder
- 4
- Kolben
- 6
- Kolbenstange
- 8
- Klemmeinheit
- 10
- Klemmkopf
- 12
- Volumenkompensationskammer
- 14
- Klemmventil
- 16
- Drosselrückschlagventil
- 18
- Regelventil
- 20
- Proportionalmagnet
- 22
- Proportionalmagnet
- 24
- Zulaufleitung
- 26
- Ablaufleitung
- 27
- Vorlaufleitung
- 28
- Rücklaufleitung
- 30
- Zylinderraum
- 32
- Ringraum
- 34
- Pumpenleitung
- 36
- Pumpe
- 38
- Schaltmagnet
- 40
- Klemmkopf
- 42
- Klemmbuchse
- 44
- Klemmfederanordnung
- 46
- Klemmkolben
- 48
- Klemmraum
- 50
- Klemmleitung
- 52
- Drosselquerschnitt
- 54
- Rückschlagventil
- 56
- Zusatzvolumen
- 58
- Federanordnung
- 60
- Gehäuse
- 62
- Gehäusebohrung
- 64
- Kolben
- 66
- Feder
- 68
- Federteller
- 70
- Tellerfederpaket
- 72
- Endstück
- 74
- Axialvorsprung
- 76
- Aufnahme
- 78
- Führung
- 80
- Führungsvorsprung
- 82
- Raum
- 84
- Rückraum
- 85
- Verbindungskanalabschnitt
- 86
- Federraum
- 87
- Verbindungskanalabschnitt
- 88
- Anschlagschulter
- 89
- Verbindungskanalabschnitt
- 90
- Ringstirnfläche
- 92
- Anschlag
- 94
- Anlageschulter
- 96
- linke Stirnfläche
- 98
- Boden
