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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Programmsteuerung
eines hydrostatischen Gestänges, beispielsweise einer Schleifinaschine, mit einem
durch eine umlaufende Steuerkurve sowie einem Kurvenfühler angetriebenen Geberkolben,
der über eine geschlossene Flüssigkeitsdruckleitung an die eine Seite eines hin-
und hergehenden mit einer selbsttätigen Rückstelleinrichtung und einem begrenzten
Hub versehenen Nehmerkolben kleineren Hubvolumens angeschlossen ist wobei ein an
die Druckleitung über Rückschlagventile angeschlossener Aufnahmebehälter zur Aufnahme
der überschüssigen Flüssigkeitsmenge und zur Rückführung dieser Flüssigkeitsmenge
in die Druckleitung am Ende des Rückhubes vorgesehen ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine solche
Programmsteuerung so auszugestalten, daß bei geringem technischen Aufwand eine höchste
Präzision der Bewegungsübertragung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Aufnahmebehälter unter
einem konstanten atmosphärischen überdruck steht und zusammen mit der Druckleitung
ein abgeschlossenes System bildet.
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Wie eingangs beschrieben, ist es bereits bekannt, zur Steuerung eines
Maschinenelements eine hydraulische Programmsteuerung vorzusehen (USA.-Patentschrift
2 092 721), bei der der Hub des Geberkolbens größer ist als der Hub des Nehmerkolbens
und bei der mit jedem Hub ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter
abgegeben und beim darauf folgenden Rückhub durch eine Pumpe wieder in die Druckleitung
zwischen Geber- und Nehmerkolben zurückgefördert wird. Dieses bekannte hydraulische
System weist aber den Nachteil auf, daß der Vorratsbehälter völlig offen ist und
eine Pumpe die Hydraulikflüssigkeit unter Unterdruck ständig aus dem Vorratsbehälter
aussaugen muß, so daß in diesem Zweig des Systems und dem Vorratsbehälter Luft in
die Hydraulikflüssigkeit gelangen kann, wodurch die Genauigkeit der Programmsteuerung
beeinträchtigt wird.
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Neben der Notwendigkeit dieser Pumpe ist diese bekannte Progranunsteuerung
weiterhin auch noch infolge der zusätzlich benötigten Überdruckventile zur Steuerung
des Pumpenförderstroms während des Arbeitshubs aufwendiger und komplizierter und
es muß das Herausdrücken der Hydraulikflüssigkeit aus der Druckleitung gegen einen
in der Funktion der vorgenannten überdruckventile bedingten relativ hohen Druck
erfolgen.
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Aus der deutschen Patentschrift 643 842 ist weiterhin ein Speicher
für Hydraulikflüssigkeit bekannt, der zugleich als Vorratsbehälter und als Energiespeicher
zu dienen vermag und der jedoch bei Anwendung auf die vorstehend beschriebene Programmsteuerung
angewandt keinen Vorteil bietet, weil bei dem bekannten Speicher am Ende eines Hubs
des Arbeitskolbens der Speicherdruck höher ist als beim Beginn des Habs. Bei einer
solchen Verwendung dieses Speichers treten vielmehr Störungen bei der Wiedereinspeisung
der Hydraulikflüssigkeit in die Druckleitung auf, da die Wiedereinspeisung nicht
immer zwangläufig auf Grund des erhöhten Speicherdrucks am Ende des Geberkolben-Rückhubs
eintritt. Außerdem würde bei Leckverlusten der Verspanndruck des Flüssigkeitsspeichers
eventuell so stark nachlassen, daß der Vorratsbehälterdruck nicht mehr zur vollständigen
Rückführung des Geberkolbens ausreichen würde. Auch verändert sich der Füllungsgrad
und damit der Druck im Speicher bei Anschluß mehrerer Geber-Nehmer-Sätze, wenn diese
in unterschiedlicher Phase arbeiten.
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Durch die Erfmdung wird also eine Programmsteuerung geschaffen, bei
der mit einfachsten Mitteln die Nachteile der bekannten Ausführungen vermieden werden
und insbesondere die zuverlässige Rückstellung des Geberkolbens und damit die optimal
genaue Funktion des Systems gewährleistet sowie der Einschluß von Luft u. dgl. in
die Hydraulikflüssigkeit verhindert wird.
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Um die im System auftretenden, der Genauigkeit abträglichen Druckdifferenzen
so klein wie möglich zu machen, ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn der auf die
Flüssigkeitsoberfläche des Aufnahmebehälters wirkende Gasdruck nur gering, ig über
dem atmo-"füg sphärischen Druck liegt.
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Das läßt sich konstruktiv am einfachsten erreichen, indem die Flüssigkeit
im Aufnahniebehälter unter dem Druck eines Gasvolumens steht das mit einer geregelten
Gasdruckquelle in Verbindung steht.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert,
die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Prograrumsteuerung
mit Einzelbauelementen zeigt.
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Eine Antriebswelle 580 treibt eine hydraulische Programmsteuerung
und weist dazu eine Anzahl mit den Indexen a bis 1 bezeichnete Flüssigkeitssysteme
auf, von denen jedes ein bestimmtes zu betätigendes Maschinenelement steuert und
zu diesem Zweck eine Steuerkurve 628 aufweist, deren Kontur die gewünschte
Beschleunigung, Geschwindigkeit bzw. Verlangsamung hervorbringt. Jede Steuerkurve
628 liegt mechanisch über einen Kurvenfühler 630 mit einem in einem
Zylinder 632 bewegbaren Geberkolben. Jeder Zylinder 632 weist eine
gegebenenfalls gleichzeitig den Zylinderkopf bildende Ventileinrichtung 634 mit
je einem federbelasteten Auslaßventil und einem Rückschlag-Einlaßventil auf,
über das der Zylinder 632 wieder aufgefüllt werden kann. Die Ventile sind
an einen vorzugsweise auf nur gering-fügig über Atmosphärenüberdruck gehaltenen
Aufnahmebehälter 636 angeschlossen, der seinerseits mit einer geregelten
Gasdruckquelle 638 verbunden ist.
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Die in den Zylindern 632 beweglichen Geberkolben stehen über
Druckleitungen 640 mit den jeweils zugehörigen Nehmerkolben in Verbindung, die das
zu
steuernde bewegbare Maschinenelement betätigen.
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Die genannten Nehmerkolben können beliebig ausgebildet sein und z.
B. einen mit einem Hauptzylinder 642 und einem Verstärkerzylinder 644 versehenen,
zum Zusammenpressen, Einspannen oder für andere Arbeiten verwendbaren Zweidruck-Nehmerkolben
betätigen.
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Die Zylinder 642 und 644 sind von einem mit »RO« gekennzeichneten
Druckflüssigkeitsvorrat beaufschlagt, der entweder von getrennten Quellen oder von
einer gemeinsamen Quelle gebildet sein kann, die ein geschlossenes, unter hohem
Druck stehendes Flüssigkeitsvolumen aufweist. Die Abflußenden aller Zy-
linder
der Nehmerkolben sind untereinander verbunden, um nach Möglichkeit eine Bewegungsübertragung
von einer vorlaufenden auf eine zurücklaufende Steuerkurve zu gestatten. Als Druckflüssigkeit
dient vorzugsweise ein unter Gasdruck stehender Flüssigkeitsspeicher.
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In der Zeichnung ist ein unter Gasdruck stehender ruckflüssigkeitsvorrat
in einem Speicher 652 dargestellt,
der einen mit einer gesteuerten
Druckluftquelle 654 in Verbindung stehenden und ein Flüssigkeitsvolumen,
d. h. Öl oder eine andere kraftübertragende Flüssigkeit
656 enthaltenden Behälter aufweist. Ein die Verbindung mit einem Rücklaufölverteiler
662
herstellendes Rohr 658 ist an seinem abwärtsgerichteten Ende
660 trichterförmig aufgeweitet, um die Aufnahme von luftfreiem
Öl zu gewährleisten. Der Verteiler 662 ist über nicht dargestellte
Nebenleitungen mit den Abflußseiten der Zylinder 642 und 644 sowie mit anderen Stellen
der Einrichtung verbunden, die auf konstantem Fluidumdruck gehalten werden müssen.
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Das Flüssigkeitssystem d dient zur Betätigung des ein hin-
und hergehendes Ritzel 668 über eine Verzahnung betätigenden Nehmerkolbens
666. Zum Antreiben des Ritzels 668 bei Stillstand der Antriebswelle
580 ist an der linken Seite des Nehmerkolbens 666 ein Hilfskolben
670 vorgesehen, dessen Kopf unter dem Druck der Hilfsmotorleitung
610 liegt, während die rechte Kolbenseite an den Druckflüssigkeitsvorrat
»RO« angeschlossen ist.
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Die Flüssigkeitssysteme e und g wirken auf einen doppeltwirkenden
Nehmerkolben 674, der in einem Zylinder 672 beweglich ist. In ähnlicher Weise
sind die Flüssigkeitssysteme f und h mit entgegengesetzten Seiten eines Zylinders
676 mit darin beweglichen doppelt wirkenden Kolben 678, mit einer
ein Ritzel 680 antreibenden Zahnstange verbunden. Das Flüssigkeitssystem
i wirkt ebenfalls auf einen Nehmerkolben 684, dessen rechte Seite an den Druckölvorrat
»RO« angeschlossen ist.
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Jeder Nehmerkolben arbeitet zwischen Anschlägen, die so angeordnet
sind, daß die Gesamtverlagerung des Nehmerkolbens etwas geringer ist als die der
entsprechenden in den Zylindern 632 beweglichen Geberkolben. Diese Anschläge
werden entweder durch besonders einstellbare Schrauben oder durch die Innenstirnflächen
der Zylinder selbst gebildet, in denen sich die Nehmerkolben bewegen. Die Steuerkurven
628 sind so geformt, daß sie die gewünschte Bewegung des jeweiligen zugehörigen
Maschinenelementes in richtiger zeitlicher übereinstimmung mit der Bewegung der
übrigen Steuerkurven steuern.
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Der erhöhte Teil der Steuerkurve 628 bestimmt die Vorwärtsbewegung
der Nehmerkolben und leitet dieses Signal über die Druckleitungen 640 dem entsprechenden
Nehmerkolben zu. Allerdings betätigt das Ende des erhöhten Teils der Steuerkurve
den Nehmerkolben nicht mehr, da dieser dann bereits das Ende seines durch die Anschläge
begrenzten Hubes erreicht hat. Dies hat zur Folge, daß eine geringe Druckflüssigkeitsmenge
über das im Kopfende des Zylinders 634 vorgesehene Auslaßventil in den Aufnahmebehälter
636 verdrängt wird. Beim Abtasten der tiefliegenden Teile der einzelnen Steuerkurven
628 durch die Kurvenfühler 630 übt der Druckflüssigkeitsvorrat eine
feste Vorspannung über den Nehmerkolben auf die Druckleitung 640 und den Zylinder
632 aus und drängt dadurch die Kurvenfühler 630
gegen die tiefliegenden
Teile der Steuerkurven 628,
jedoch wird dieser Druck nicht ganz bis zum Ende
der tiefliegenden Teile aufrechterhalten, da der Nehmerkolben bereits vorher das
Ende seines Hubes erreicht. Während dieses letzten Stückes wird das Arbeitsöl des
Aufnahmebehälters 636 über das in der Ventileinrichtung 634 eingebaute Rückschlag-Einlaßventil
in den Zylinder 632 gedrängt, wodurch die am Ende des Vorwärtshubes durch
das Auslaßventil hindurch verlagerte ölmenge in die Druckleitung zurückgeleitet
wird und gleichzeitig ein etwaiger durch Undichtigkeiten eingetretener ölflüssigkeitsverlust
ergänzt wird.
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Die Steuerkurven 628 e und 628 g, deren Flüssigkeitssysteme
zwecks Hervorbringung eines doppeltwirkenden Antriebes auf den doppeltwirkenden
Nehmerkolben 674 wirken, sind praktisch komplementär geformt, so daß sich beim Heben
der einen die andere im gleichen Verhältnis senkt. Der Phasenunterschied der beiden
Steuerkurven läßt sich jedoch verschieben, und die Druckeinstellungen der Auslaßventile
können so aufeinander eingestellt werden, daß ein richtiger Zu- und Abfluß zur bzw.
von der Druckleitung 640 gewährleistet wird. Zu diesem Zweck kann die Steuerkurve
628 g auf der Antriebswelle 580 gegenüber der Steuerkurve
628 e um einige Grade vor- oder nachgestellt werden. In jedem Fall wird das
Auslaßventil für die Druckleitung 640 e auf einen höheren Druck eingestellt als
das für die Druckleitung 640 g.
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Der doppeltwirkende Nehmerkolben 678 steht weiterhin mit den
Steuerkurven 628 f und 628 h betrieblieh in Verbindung und kann von
diesen in zwei Richtungen bewegt werden. Die Steuerkurven 628 f und
628 h können beispielsweise mit aufeinander abgestimmten erhöhten und tiefliegenden
Abschnitten versehen sein, so daß sich beim Heben des einen Kurvenfühlers mit einer
vorgegebenen Geschwindigkeit der andere sich mit einer etwas anderen Geschwindigkeit
senkt. Dadurch fällt die Steuerkurve 628 f beim Linkshub des Nehmerkolbens
678 etwas schneller als sich die Steuerkurve 628 h hebt, wodurch die
Druckleitung 640 f mit Sicherheit während des Linkshubes aufgefüllt wird
und dadurch der volle durch die Einstellung des Auslaßventils für die Druckleitung
640 h
bestimmte Druck für den Linkshub des Kolbens 678
zur Verfügung
steht. Der Rückhub der Nehmerkolben 674 und 678 wird in ähnlicher Weise bewirkt,
wobei das Heben der einen Steuerkurve und das Senken der anderen Steuerkurve in
ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben aufeinander abgestimmt werden kann.
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Die einzelnen Flüssigkeitssysteme und die zugehörigen Aufnahme- und
Vorratsbehälter müssen mit sauberem Öl oder einer anderen kraftübertragenden
Flüssigkeit gefüllt sein. Zu diesem Zweck sind an allen hochgelegenen Stellen der
geschlossenen Flüssigkeitssysteme geeignete, nicht dargestellte Entlüftungsventile
vorgesehen. Je nach Art der Steuerkurven wird ein Bewegungsprogramm der verschiedenen
Maschinenelemente in abgestimmter Folge und mit den gewünschten Beschleunigungen
und Geschwindigkeiten ermöglicht, wobei die langsame Phase der Steuerkurven zur
Steuerung von langsamen Maschinenbewegungen oder von großen Kräften benutzt wird,
wie sie beispielsweise beim Bohren, Fräsen, Drehen, Pressen oder bei anderen Maschinenarbeiten
auftreten. Demgegenüber dient die schnellere Umdrehungsphase zur Durchführung von
Nebenarbeiten, wie das Spannen und Entspannen von Arbeitsstücken oder zur Steuerung
von Vorrichtungen zum Handhaben von Werkstücken, mit deren Hilfe diese selbsttätig
der Maschine zugeführt oder von dieser abgeführt werden.