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Die
Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb zum Antrieb eines
Maschinenelements gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch
1.
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Im
Maschinenbau ist eine Vielzahl von hydraulischen und elektrischen
Antrieben bekannt. Mit den elektrischen Antrieben werden Maschinenelemente
direkt (Linear- oder Torquemotoren) oder über ein Getriebe
(Servo- oder Drehstrommotoren) angetrieben und können beispielsweise
in einer Servo-Presse bei umformenden Werkzeugmaschinen oder zum
Bewegen einer Schwenkbrücke mit Rundtischen bei spanenden
Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Hydraulische Motoren zum Antrieb
von Maschinenelementen sind bisher nach dem Gerotor-, dem Radialkolben-
oder dem Axialkolbenprinzip aufgebaut und weisen bei geringen Verfahrwegen
hohe Haft- und Gleitreibungseffekte und eine recht hohe Verlustleistung
aufgrund von Leckage auf. Nachteilig bei den oben genannten Antrieben
ist außerdem eine recht ungenaue Stillstandsposition.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen alternativen Antrieb
zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile vermindert sind,
und der flexible Antriebsformen (Translation, Rotation) bietet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch einen hydraulischen Antrieb mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß hat
ein hydraulischer Antrieb zumindest zwei Hydrozylinder, deren Zylinderachsen
zueinander angestellt sind. Die Hydrozylinder sind dabei mit einem
gemeinsamen Verbindungsteil verbunden. Dieses ist mit einem Ma schinenelement in
Wirkverbindung, wobei das Maschinenelement über das Verbindungsteil
von den Hydrozylindern frei in einer Verschiebeebene oder entlang
einer durch das Maschinenelement in der Verschiebeebene vorgegebenen
Bahn bewegbar ist.
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Diese
Lösung hat den Vorteil, dass ein derartiger Antrieb sehr
kompakt aufgebaut sein kann, im Wesentlichen spielfrei und weitestgehend
verlustarm im Vergleich zu dem Eingangs genannten Stand der Technik
ist. Durch die freie Bewegung des Verbindungsteils in der Verschiebeebene
kann ein Maschinenelement auf unterschiedlichste Weise bewegt und/oder
angetrieben werden. Des Weiteren ist eine Vielzahl von hydraulischen
Funktionen, wie beispielsweise Druckregelung oder Druckbegrenzung,
bei diesem Antrieb einsetzbar, die bei elektrischen Antrieben nicht
möglich sind.
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Mit
Vorteil ist das Verbindungsteil ein in der Verschiebeebene bewegbarer
kostengünstiger Kreuzschlitten, an dem die Hydrozylinder
in etwa gekreuzt zueinander angeordnet sind.
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Der
Kreuzschlitten ist einfach zu bewegen und zu lagern, wenn eine jeweilige
Kolbenstange eines Hydrozylinders an zumindest einer Führungsschiene
in etwa quer zur Zylinderachse und parallel zur Verschiebeebene
verschiebbar gelagert ist.
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Die
Hydrozylinder sind vorzugsweise über CNC-Steuerung angesteuerte
Wegeventile gesteuert, womit ein flexibles mechatronisches System
realisiert ist.
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Konstruktiv
einfach umzusetzen ist es, wenn die Hydrozylinder in etwa in Richtung
senkrecht zur Verschiebeebene zueinander beabstandet am Kreuzschlitten
angeordnet sind und sich in etwa parallel zur Verschiebeebene erstrecken.
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Zweckmäßig
ist es, wenn die Hydrozylinder in dem Kreuzschlitten ausgebildete
Gleichgangzylinder mit einer beidseitigen Kolbenstange sind, die
jeweils mit den Stangenenden zwischen zwei in etwa parallel zueinander
verlaufenden Füh rungsschienen derart gelagert sind, dass
der Kreuzschlitten im Wesentlichen zwischen den jeweils zwei Führungsschienen
verschiebbar ist. Hierdurch ist ein kompakter Aufbau des Antriebs
ermöglicht.
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Vorzugsweise
ist einfach ein Führungswagen auf der jeweiligen Führungsschiene
zum Lagern jeweils eines Stangenendes der Kolbenstange eingesetzt.
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Zumindest
eine Führungsstange kann zwischen jeweils zwei Führungsschienen
parallel zur jeweiligen Kolbenstange an den Führungswagen
zum vorteilhaften zusätzlichen Lagern des Kreuzschlittens
fixiert sein, wodurch der Antrieb eine erhöhte mechanische
Steifigkeit aufweist.
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Um
die mechanische Steifigkeit des hydraulischen Antriebs weiter zu
erhöhen können jeweils zwei Führungsstangen
in einer mit jeweils einer Kolbenstange gemeinsamen parallel zur
Verschiebeebene verlaufenden Ebene und im Parallelabstand zu der
Kolbenstange angeordnet sein.
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Die
Führungsstangen sind beispielsweise jeweils über
zwei Führungsbuchsen im Kreuzschlitten geführt.
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Zum
Abbremsen und Halten des Kreuzschlittens ist eine Achsklemmung an
einer Führungsstange im Kreuzschlitten vorgesehen. Damit
kann auch ein sogenanntes „Not aus” des Antriebs
umgesetzt werden.
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Die
Achsklemmung kann ein einfachwirkender, in Klemmrichtung vorgespannter
kostengünstiger Zugzylinder sein.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist mit geringem vorrichtungstechnischen
Aufwand jeweils ein Zylinderraum des Hydrozylinders mit einem Arbeitsanschluss
des Wegeventils in Druckmittelverbindung, wobei beide Zylinderräume
mit einem Tank oder jeweils einer der Zylinderräume mit
einem Tank und der andere mit einem Pumpenanschluss verbunden ist,
oder beide Zylinderräume abgesperrt sind.
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Vorzugsweise
ist bei zumindest einem Führungswagen auf einer Führungsschiene
ein integriertes Wegmesssystem zur Erfassung des Verschiebewegs
des Kreuzschlittens als Eingangsgröße für
die CNC-Steuerung vorgesehen.
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Zur
einfachen Verbindung des Kreuzschlittens mit dem anzutreibenden
Maschinenelement kann ein Antriebszapfen am Kreuzschlitten ausgebildet
sein, der sich in etwa senkrecht zur Schlittenebene von dem Kreuzschlitten
weg erstreckt.
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Der
Antriebszapfen zum Antreiben des Maschinenelements ist mit Vorteil
zumindest abschnittsweise entlang eines Flugkreises bewegbar. Es
ist auch denkbar, dass der Antriebszapfen als Kulisse ausgebildet
ist. Dieser kann dann zusätzlich einen veränderten
Flugkreisdurchmesser zulassen und hat somit weitere Freiheitsgrade,
wie Drehmoment, Drehzahl und/oder Beschleunigung bei gegebenen Versorgungsdaten.
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Der
hydraulische Antrieb ist beispielsweise in einer Servo-Presse oder
als Antrieb für eine Schwenkbrücke und für
zumindest einen auf der Schwenkbrücke angeordneten Rundtisch
eines Bearbeitungszentrums einsetzbar.
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Die
Wegeventile bzw. Stetigventile können am Kreuzschlitten
angeordnet sein, womit der hydraulische Antrieb äußerst
kompakt und einfach aufgebaut ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1a schematisch
in einer Draufsicht einen hydraulischen Antrieb gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
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1b in
einer Seitenansicht den hydraulischen Antrieb aus 1a;
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2 eine
Schnittansicht durch den hydraulischen Antrieb aus 1a;
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3a und 3b ein
Schaltschema von Hydraulikzylindern des hydraulischen Antriebs gemäß dem
Ausführungsbeispiel;
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3c ein
Schaltschema einer Achsklemmung des hydraulischen Antriebs gemäß dem
Ausführungsbeispiel;
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4 in
einer schematischen Darstellung eine Servo-Presse mit dem hydraulischen
Antrieb gemäß dem Ausführungsbeispiel;
und
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5 in
einer schematischen Darstellung eine Schwenkbrücke mit
Rundtischen mit dem hydraulischen Antrieb gemäß dem
Ausführungsbeispiel.
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Die 1a zeigt
in einer schematischen Draufsicht einen hydraulischen Antrieb 1 bzw.
Kreuzschlittenantrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dieser
weist einen im Wesentlichen quaderförmigen Kreuzschlitten 2 auf,
der von zwei in etwa gekreuzt angeordneten Hydrozylinder 4, 6 in
Form von Gleichgangzylindern beliebig in einer parallel zur Zeichenebene
in 1a verlaufenden Verschiebeebene 7 zum
Antreiben eines Maschinenelements bewegbar ist. Die Hydrozylinder 4, 6 sind
dabei in dem Kreuzschlitten 2 ausgebildet.
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Beidseitige
aus den Hydrozylindern 4 und 6 sich erstreckende
Kolbenstangen 8 und 10 sind jeweils mit Stangenenden
an einem auf einer Führungsschiene 12, 14, 16, 18 verschiebbar
gelagerten Führungswagen 20 fixiert. Die Führungsschienen 12, 16 und 14, 18 erstrecken
sich dabei quer zur jeweiligen daran gelagerten Kolbenstange 10 bzw. 8 und begrenzen
rahmenartig die Verschiebeebene 7 des Kreuzschlittens 2.
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Zum
zusätzlichen Führen und Stützen des Kreuzschlittens 2 sind,
neben den Kolbenstangen 8, 10, jeweils zwei Führungsstangen 22, 24 und 26, 28 im
Parallelabstand zu den jeweiligen Kolbenstangen 8 bzw. 10 in
dem Kreuzschlitten 2 geführt, wobei die Führungsstangen 22 bis 28 ebenfalls
an den entsprechend zugeordneten Führungswagen 20 fixiert
sind.
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Angesteuert
werden die Hydrozylinder 4 und 6 jeweils über
am Kreuzschlitten 2 angeordnete Ventilanordnungen 30 bzw. 32,
wobei diese in den 3a und 3b genauer
erläutert sind. Die Ventilanordnung 30 ist dabei
in 1a links und die Ventilanordnung 32 unten
am Kreuzschlitten 2 ausgebildet.
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In
der 1b ist der hydraulische Antrieb 1 aus 1a in
einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Es ist erkennbar, dass
die Hydrozylinder 4 und 6 sich versetzt zueinander
in unterschiedlichen parallel zur Verschiebeebene 7 aus 1a verlaufende Zylinderebenen
in dem Kreuzschlitten 2 erstrecken. Die Längsachsen
der Führungsstangen 22, 24 und 26, 28 liegen
dabei im Wesentlichen jeweils mit den parallel dazu verlaufenden
Hydrozylindern 4 bzw. 6 in der gemeinsamen Zylinderebene.
Die Hydrozylinder 4 und 6 sind jeweils mittig
zwischen den Führungsstangen 22, 24 bzw. 26, 28 angeordnet.
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Damit
die Ventilanordnung 30, 32 bei einer beliebigen
Verschiebung des Kreuzschlittens 2 von den Führungswagen 20 und
den Führungsschienen 12 bis 18 beabstandet
sind, ist die in der 1b linke Ventilanordnung 32 zwischen
einer linken, ersten Stirnfläche 34 des Kreuzschlittens 2 und
der Zylinderebene des Hydrozylinders 4 und die rechte Ventilanordnung 32 zwischen
einer rechten, zweiten Stirnfläche 36 des Kreuzschlittens 2 und
der Zylinderebene des Hydrozylinders 6 ausgebildet.
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Zum
Anschluss eines Maschinenelements, wie beispielsweise eines Pleuels
einer Servo-Presse, ist an dem Kreuzschlitten 2 ein Antriebszapfen 37 ausgebildet,
der sich in etwa mittig von der Stirnfläche 36 in 1b nach
rechts erstreckt.
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Die 2 offenbart
eine schematische Schnittansicht des Kreuzschlittens 2 aus 1a durch
die Zylinderebene des Hydrozylinders 4, wobei die Ausgestaltung
des Hydrozylinders 4 in dem Kreuzschlitten 2 erkennbar
ist. In etwa mittig der beidseitigen Kolbenstange 8 trennt
ein Arbeitskolben 38 einen ersten von einen zweiten Ringraum 40, 42. Diese
sind jeweils mit am Kreuzschlitten 2 fest verbundenen Zylinderdeckeln 44 bzw. 46 verschlossen.
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Die
im Parallelabstand zur Kolbenstange 8 sich erstreckenden
Führungsstangen 22, 24 sind jeweils in
zwei im Kreuzschlitten 2 eingebrachte Führungsbuchsen 48 gleitend
geführt. Über eine neben der Führungsbuchse 48 der
in 2 oberen Führungsstange 22 fest
im Kreuzschlitten 2 fixierten hydraulische Klemmbuchse 50 (wird
in der 3c weiter erläutert)
ist die Führungsstange 22 klemmbar. Durch eine
Klemmung der Klemmbuchse 50 ist der Kreuzschlitten 2 in
Richtung einer Zylinderlängsachse 52 des Hydrozylinders 4 brems-
und haltbar. Eine zweite nicht dargestellte Klemmbüchse
ist einer der Führungsstangen 26, 28 aus 1a zugeordnet,
womit der Kreuzschlitten 2 in Richtung einer Zylinderlängsachse 54 des
Hydrozylinders 6 brems- und haltbar ist.
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Die
folgenden 3a bis 3c zeigen
ein Schaltschema zur Ansteuerung der Hydrozylinder 4, 6 aus 1a und
der Klemmbüchse 50 aus 2.
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In 3a ist
schematisch der Hydrozylinder 4 aus 1a und 1b mit
einem stetig verstellbaren 4-Wegeventil 56 dargestellt.
Der erste und zweite Ringraum 40 und 42 ist jeweils über
eine Druckmittelleitung 58 bzw. 60 mit einem Arbeitsanschluss
A bzw. B des Wegeventils 56 verbunden. In einer mit einer Feder 62 vorgespannten
Grundposition 0 des Wegeventils 56 sind die Ringräume 40 und 42 über
die Arbeitsanschlüsse A bzw. B mit einem Tankanschluss
T in Druckmittelverbindung und zu einem Tank hin entlastet. Bei
einer Verschiebung eines nicht dargestellten Ventilschiebers des
Wegeventils 56 entgegen der Vorspannrichtung der Feder 62 mit
einem elektrischen Betätigungselement 64 sind
die Positionen a ansteuerbar, bei denen der in 3a rechte
Ringraum 42 mit einem Pumpenanschluss P des Wegeventils 56 und
der linke Ringraum 40 mit dem Tankanschluss T verbunden
sind. Eine weitere Verschiebung des Ventilschiebers führt über
die Übergangspositionen b, bei denen die Anschlüsse
A, B, P und T gesperrt sind, zu den Positionen c, in denen der linke Ringraum 40 mit
dem Pumpenanschluss P und der rechte Ringraum 42 mit dem
Tankanschluss T in Druckmittelverbindung ist. An dem Druckanschluss
P des Wegeventils 56 ist eine nicht dargestellte Pumpe, insbesondere
eine drehzahlvariable Pumpe mit Vorsteuerung, angeschlossen.
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3b zeigt
schematisch den Aufbau der Ansteuerung des zum Hydraulikzylinder 4 aus 3a in
etwa gekreuzt angeordneten Hydraulikzylinder 6. Die Ansteuerung
erfolgt entsprechend dem Hydraulikzylinder 4 mit einem
stetig verstellbaren 4-Wegeventil 66.
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Im
Folgenden wird die Steuerung des Kreuzschlittens 2 aus
der 1a mit Bezug zu den 3a und 3b beispielhaft
erläutert.
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Bei
einer Verschiebung des Kreuzschlittens 2 in der 1a beispielsweise
nach rechts, ist das Wegeventil 56 in 3a in
den Positionen a. Hierdurch ist der rechte Ringraum 42 mit
der Pumpe und der linke Ringraum 40 mit einem Tank in Druckmittelverbindung,
wodurch der mit dem Kreuzschlitten 2 verbundene Zylinderdeckel 46,
siehe auch 2, mit Pumpendruck beaufschlagt
ist und den Kreuzschlitten 2 nach rechts verschiebt. Zum
Verschieben des Kreuzschlittens 2 in 1a nach
oben ist ein Zylinderdeckel 68 von dem in 3b oberen
Ringraum 42 des Hydrozylinders 6 mit Pumpendruck
beaufschlagt.
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Die
Hydrozylinder 4, 6 aus den 3a und 3b sind
separat oder synchron ansteuerbar. Bei einer synchronen Ansteuerung
ist der Antriebszapfen 37 des Kreuzschlittens 2 aus 1a entlang
einer Flugkreisbahn 70 bewegbar und hierbei beispielsweise
zum Antrieb einer Servo-Presse einsetzbar. Die Wegeventile 56, 66 werden über
eine CNC-Steuerung geregelt. Die Vorschubkraft des Kreuzschlittens 2 aus 1a ist
abhängig von dem Zylinderdurchmesser der Hydrozylinders 4, 6 und
von dem Betriebsdruck. Die maximale Verschiebgeschwindigkeit ist
insbesondere abhängig von der förderbaren Druckmittelmenge
der an den Wegeventilen 56, 66 aus 3a und
b angeschlossenen Pumpe.
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3c zeigt
in einer schematischen Darstellung eine Achsklemmung 72 zur
Abbremsung und Halterung des Kreuzschlittens 2, die den
gekreuzt angeordneten Führungsstangen 22 und 28 zugeordnet
ist und in 2 als Klemmbüchse 50 vereinfacht gezeigt
ist.
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Die
Achsklemmung 72 weist einen Zugzylinder 74 mit
einem Zylinderkolben 76 auf, wobei der Zylinderkolben 76 einen
Federraum 78 von einem Ringraum 80 trennt. In
dem Federraum 78 ist eine Bremsfeder 81 angeordnet,
die den Zylinderkolben 76 mit einer Bremskraft beaufschlagt
und dieser sich dabei über eine Kolbenstange 82 an
der Führungsstange 22 bzw. 28 abstützt.
Durch den Kontakt der Kolbenstange 82 mit der Führungsstange 22 bzw. 28 wird
der Kreuzschlitten 2 aus 1a, in
welchem der Zugzylinder 74 fest eingebracht ist, abgebremst
oder gehaltert. Zum Vermindern der über die Kolbenstange 82 auf
die Führungsstange 22 bzw. 28 wirkenden Brems-
bzw. Haltekraft wird der Zylinderkolben 76 entgegen der
Richtung der Bremskraft der Bremsfeder 81 von dem Ringraum 80 her
mit Pumpendruck beaufschlagt.
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Der
Ringraum 80 ist über eine Druckmittelleitung 84 mit
einem Arbeitsanschluss A eines elektrisch verstellbaren 3/2-Wegeventils 86 verbunden.
In einer über eine Feder 88 vorgespannten Grundposition
0 ist der Arbeitsanschluss A mit einem Tankanschluss T verbunden,
wodurch der Ringraum 80 druckentlastet ist und die Kolbenstange 82 an
der Führungsstange 22 bzw. 28 anliegt.
Wird ein nicht dargestellter Ventilschieber des Wegeventils 86 über
eine elektrisches Betätigungselement 90 entgegen
der Vorspannrichtung der Feder 88 in die Positionen a verschoben,
so wird der Arbeitsanschluss A mit einem Pumpenanschluss P verbunden,
wodurch im Ringraum 80 ein Pumpendruck auf den Zylinderkolben 76 wirkt.
Bei einem Pumpendruck der größer als die Bremskraft
der Bremsfeder 81 ist, wird der Zylinderkolben 76 entgegen
die Bremskraftrichtung verschoben und die auf die Führungsstange 22 bzw. 28 durch
die Kolbenstange 82 wirkende Brems- bzw. Haltekraft wird
verringert.
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Die
Achsklemmung 72 ist wie die Hydrozylinder 4, 6 mit
der CNC-Steuerung geregelt. D. h. das Wegeventil 86 wird
im Betrieb des hydraulischen Antriebs 1 über die
Steuerung „Ein” geschaltet, womit die Achsklemmung 72 nicht
wirksam ist, und wird bei „Aus” bzw. „Not
Aus” entstromt und abgeschaltet.
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Die
Verschiebebewegungen des Kreuzschlittens 2 aus der 1a sind
somit äußerst flexibel steuerbar.
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Ferner
ist mit der Achsklemmung 72 die erforderliche Sicherheitstechnik
gemäß der DIN 954 erfüllt.
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Zum
Messen des Verschiebewegs des Kreuzschlittens 2 aus 1a weisen
die Führungsschienen 12 bis 18 zusammen
mit den Führungswagen 20 ein integriertes Wegmesssystem
auf (IMS). In den 3a und 3b ist
das Wegmesssystem 91 schematisch dargestellt. Mit diesem
ist der Verschiebeweg der Führungswagen 20 messbar,
der als Messsignal in die CNC-Steuerung eingespeist wird.
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Durch
das Zusammenwirken der Mechanik, Hydraulik, Sensoring mit der Steuerung
(MTX) zur Realisierung der diversitären Kinematiken in
Verbindung mit den einzelnen Antriebsaufgaben ist ein äußerst
flexibler hydraulischer Antrieb geschaffen.
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Anwendungsbeispiele
des hydraulischen Antriebs 1 aus 1a werden
in den folgenden 4 und 5 aufgezeigt.
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Die 4 zeigt
in einer schematischen Darstellung den hydraulischen Antrieb 1 als
Antrieb für eine Servo-Presse 92. Diese wird im
Stand der Technik mit einem elektrischen Servo- oder Torquemotor mit
sehr hohen Anschluss- bzw. Betriebsleistungen angetrieben.
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Beim
hydraulischen Antrieb 1 wird mit dem Antriebszapfen 37 des
Kreuzschlittens 2 ein Pleuel 94 angetrieben, über
das ein Pressenbär 96 nach oben und unten in der 4 verfahrbar
ist. Die Verfahrkinematik des Antriebszapfens 37 ist über
die CNC-Steuerung frei wählbar. Ein elektrischer Antrieb gemäß dem
Stand der Technik kann ein Pleuel nur um eine feste Kreisbahn bewegen.
Mit dem hydraulischen Antrieb 1 ist der Antriebszapfen 37 und
somit das Pleuel 94 entlang beliebiger Bahnen bewegbar. So
kann der Antriebszapfen 37, statt entlang einer voll ständigen
Flugkreisbahn 70, nur entlang ein minimal notwendige Hubbahn 98 zum
Heben und Senken des Pressenbärs 96 bewegt werden.
Des Weiteren kann die Geschwindigkeit und Beschleunigung des Antriebszapfens 37 entlang
der Hubbahn 98 unterschiedlich gewählt werden,
indem der Druckmittelvolumenstrom der Pumpe, die die Hydrozylinder 4 und 6 aus
den 3a und 3b mit
Druckmittel versorgt, entsprechend durch die CNC-Steuerung verändert
wird.
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Mit
dem Antriebszapfen 37 wird spielfrei eine erforderliche
Vorschubkraft auf das Pleuel 94 übertragen, wobei
die Kräfte von dem Zylinderdurchmesser der Hydrozylinder 4 und 6 aus 3a und 3b und
dem Betriebsdruck abhängen. Über die CNC-Steuerung
erfolgt die Regelung der beiden Hydrozylinder 4 und 6 in
ihrem Zusammenwirken zur Realisierung aller physikalischer Größen,
wie Kinematik, Drehmoment, Vorschubkraft, Drehzahl, Vorschub, Beschleunigung
etc. zur Umsetzung der erforderlichen Verfahrenstechnik des Pleuels 94.
Typische Funktionen wie Schnittschlagdämpfung, Doppelblechkontrolle,
Prägen, maximale Kraftbegrenzung und andere Funktionen
der hydraulischen Servo-Presse sind mit dem hydraulischen Antrieb 1 umsetzbar.
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Die Überlastsicherung
und die Kupplungs-Brems-Kombinationen eines elektrischen Servo-
oder Torquemotor sind bei dem hydraulischen Antrieb 1 nicht
mehr notwendig.
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Ein
weiterer Vorteil des hydraulischen Antriebs 1 ist, dass
die Servo-Presse beispielsweise beim Werkzeugwechsel mit einem zusätzlichen
Hub auffahrbar ist. Bei einem elektrischen Antrieb dagegen ist der
Hub nicht veränderbar.
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Es
ist auch denkbar, dass beispielsweise die Ringräume 40, 42 (siehe 3a)
des Hydrozylinders 6 gesperrt sind, und der Kreuzschlitten 2 somit
in einer Vertikalrichtung der 4 laststeif
gehaltert ist, und die Presskraft aufgrund einer Horizontalbewegung
des Kreuzschlittens 2 durch den Hydrozylinder 4 über
das Pleuel 94 auf den Pressenbär 96 aufbringbar
ist.
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In
der 5 ist schematisch ein weiteres Anwendungsbeispiel
des hydraulischen Antriebs 1 gezeigt. Dieser ist hierbei
in einem Bearbeitungszentrum (BAZ) zum Antrieb einer Schwenkbrücke 100 und
von Rundtischen 102, 104 für eine 4-
bzw. 5-Achsbearbeitung eingesetzt. Im Stand der Technik werden beispielsweise
als Antrieb elektrische Tourque- oder Servomotoren mit einem Schneckenrad-
oder Harmonicdrivegetriebe verwendet. Die getriebebehafteten Antriebe
haben allerdings ein großes Spiel, was zu Ungenauigkeiten
bei der Bearbeitung von Werkstücken in dem BAZ führt.
Elektrische Direktantriebe müssen dagegen sehr groß dimensioniert
werden und sind sehr verlustleistungsbehaftet.
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Die
Schwenkbrücke 100 ist zwischen zwei Brückenstützen 106, 108 um
eine sich in der 5 horizontal erstreckende Schwenkachse 110 drehbar gelagert.
Auf der in 5 linken Seite der Schwenkbrücke
ist eine sich in etwa senkrecht zur Schwenkachse 110 erstreckende
Antriebskurbel 112 ausgebildet. Diese ist mit einem von
der Schwenkachse 110 entfernten Endbereich mit dem Antriebszapfen 37 des
hydraulischen Antriebs 1 verbunden, wobei der Antriebszapfen 37 im
Wesentlichen in Richtung der Schwenkachse 110 weist. Der
Antriebszapfen 37 ist um eine durch die Antriebskurbel 112 vorgegebene Verschiebekreisbahn
verfahrbar und schwenkt bei einer Verfahrbewegung über
die Antriebskurbel 112 die Schwenkbrücke 100 um
die Schwenkachse 110.
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Die
Rundtische 102 und 104 sind auf der Schwenkbrücke 100 im
Parallelabstand zueinander angeordnet, wobei die jeweiligen Drehachsen 114 bzw. 116 in
etwa senkrecht zur Schwenkachse 110 stehen. Angetrieben
sind die Rundtische 102, 104 von den hydraulischen
Antrieben 1, wobei ein jeweiliger Antriebszapfen 37 im
Parallelabstand zur jeweiligen Drehachse 114 bzw. 116 an
die Rundtische 102 bzw. 104 angreift. Die hydraulischen
Antriebe 1 sind spielfrei und äußerst
laststeif, was zu geringen Fertigungstoleranzen bei der Herstellung
von Werkstücken im BAZ führt.
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Mit
Druckmittel sind die drei hydraulischen Antriebe vorteilhafterweise über
vorhandene Speicherladeaggregate bzw. Hydraulikspeicher für
die Spannhydraulik versorgbar. Es ist höchstens ein größerer
Druckspeicher der Speicheraggregate als im Stand der Technik notwendig.
Eine elektrische Anschlussleistung mit mehreren 10 kW wie bei den elektrischen
Antrieben ist somit obsolet. Des Weiteren ist die Verlustleistung
bei den hydraulischen Antrieben gering. Diese genannten Vorteile
führen zu erheblich geringeren Investitionskosten, elektrischen Anschlusskosten
und elektrischen Verbrauchskosten bei gleicher oder besserer Bearbeitungsqualität.
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Die
Programmierung der CNC-Steuerung entspricht im Wesentlichen derer
von BAZ aus dem Stand der Technik. Durch die Systemachskopplung der
Hydrozylinder 4, 6 aus 1a ist
die erforderliche Kreisinterpolation für den Programmierer
der CNC-Steuerung nicht bemerkbar, da dieser die Schwenk- und Drehachsen 110, 114, 116 wie
im Stand der Technik als Rundachsen programmiert.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich aus der Steuerungsarchitektur einer
MTX-Steuerung, in welcher die Antriebsregler nicht in der CNC-Steuerung
integriert sind. Der Vorteil liegt hierbei in der hohen Achsanzahl
pro Kanal und der Möglichkeit, weitere Regelungsaufgaben
und Sicherheitsaufgaben im Achsregler selbst zu gestalten ohne die übergeordnete CNC-Steuerung
zu belasten.
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Aufgrund
der schnellen Achsklemmung 72 aus 3c ist
ein sicheres Abbremsen und Haltern der Schwenkbrücke 100 bei „Not
aus” und „Not halt” ermöglicht.
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Durch
die hohe Beschleunigung und Abbremsung des Kreuzschlittens 2 aus 1a werden Nebenzeiten
des BAZ stark reduziert.
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Die
Hydrozylinder 4, 6 aus 1a weisen eine
hohe Verfahrgenauigkeit im Vergleich zu elektrischen Antrieben auf,
wodurch geringe Fertigungstoleranzen im BAZ einhaltbar sind.
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Durch
zusätzliche hydraulische Funktionen, wie beispielsweise
eine Druckbegrenzung durch ein Druckbegrenzungsventil, ist eine
Vielzahl von Zusatzfunktionen im Vergleich zu den elektrischen Antrieben
ermöglicht.
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Durch
den hydraulischen Antrieb 1 erfolgt durch die hohe Dynamik
und durch die Begrenzung der Verfahrwege eine Reduzierung der Nebenzeiten des
BAZ.
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Die
vorstehend in den 4 und 5 aufgezeigten
Einsatzgebiete des hydraulischen Antriebs 1 sind nur beispielhaft
für eine Vielzahl von möglichen Anwendungen bei
umformenden oder spanenden Werkzeugmaschinen aufgeführt.
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Offenbart
ist ein hydraulischer Antrieb mit zumindest zwei Hydrozylindern,
deren Zylinderachsen zueinander angestellt sind. Die Hydrozylinder
greifen dabei an ein gemeinsames Verbindungsteil an, das über
die Hydrozylinder zum Antrieb eines mit dem Verbindungsteil verbundenen
Maschinenelements frei in einer Verschiebeebene oder entlang einer durch
das Maschinenelement in der Verschiebeebene vorgegebenen Bahn bewegbar
ist.
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- 1
- hydraulischen
Antrieb
- 2
- Kreuzschlitten
- 4
- Hydrozylinder
- 6
- Hydrozylinder
- 7
- Verschiebeebene
- 8
- Kolbenstangen
- 10
- Kolbenstangen
- 12
- Führungsschiene
- 14
- Führungsschiene
- 16
- Führungsschiene
- 18
- Führungsschiene
- 20
- Führungswagen
- 22
- Führungsstange
- 24
- Führungsstange
- 26
- Führungsstange
- 28
- Führungsstange
- 30
- Ventilanordnung
- 32
- Ventilanordnung
- 36
- Stirnfläche
- 37
- Antriebszapfen
- 38
- Arbeitskolben
- 40
- Ringraum
- 42
- Ringraum
- 44
- Zylinderdeckel
- 46
- Zylinderdeckel
- 48
- Führungsbuchse
- 50
- Klemmbüchse
- 52
- Zylinderlängsachse
- 56
- Wegeventil
- 58
- Druckmittelleitung
- 60
- Druckmittelleitung
- 62
- Feder
- 66
- Wegeventil
- 68
- Zylinderdeckel
- 72
- Achsklemmung
- 74
- Zugzylinder
- 76
- Zylinderkolben
- 78
- Federraum
- 80
- Ringraum
- 81
- Bremsfeder
- 82
- Kolbenstange
- 84
- Druckmittelleitung
- 86
- Wegeventil
- 88
- Feder
- 90
- Betätigungselement
- 92
- Servo-Presse
- 94
- Pleuel
- 96
- Pressenbär
- 98
- Hubbahn
- 100
- Schwenkbrücke
- 102
- Rundtisch
- 104
- Rundtisch
- 106
- Brückenstütze
- 108
- Brückenstütze
- 110
- Schwenkachse
- 112
- Antriebskurbel
- 114
- Drehachse
- 116
- Drehachse
- A
- Arbeitsanschluss
- B
- Arbeitsanschluss
- P
- Pumpenanschluss
- T
- Tankanschluss
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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