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Hydraulisches Getriebe für Werkzeugmaschinen mit
einem
Schubkolbenmotor für Wechselbewegungen. Das Hauptpatent betrifft ein hydraulisches
Getriebe für Werkzeugmaschinen mit Wechselbewegungen ausführenden Schubkolbenmotor,
insbesondere für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten und höchste Anforderungen an die
genaue Einhaltung des Umsteuerpunktes. Dabei geht das Hauptpatent von einem hydraulischen
Getriebe mit einer den Schubkolbenmotor speisenden, über Hull steuerbaren Pumpe,
welche mit Hilfe eines hydraulischen Umschaltzylinders umsteuerbar ist, mit einer
hydraulischen Hilfsquelle für den Umschaltzylinder und mit einer durch mit dem Schubkolben
mitbewegte Steuerglieder betätigbaren Auslösefühlereinrichtung zum Steuern der Verbindung
zwischen Hilfsquelle und Umschaltzylinder aus.
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Urn zu erreichen, daß -trotz Anwendung einer einfachen Steuerung mit
Hilfe einer über Null umsteuerbaren Pumpe eine Genauigkeit beI EinhaltLing eines
bestimmten Umsteuer`punktes auf
dem Aubaej des jeliubkolbc.n@err-,-icht
wird, die oer ,s@.na@.igkeit entspricht, wie sie mit t11.1. f4 fester nizscti "-_ye
f Ür de-, ä=--tiujlcolben 'bei :ii.edri@;en -.sxbeits.@;escii @iiidi;_I=eitenerreiclit
werden, ohne da1l# das liydr,iuj_isclie Getrieije 1:zi#-. seine i-.i%,residun;;
auf eine bestimmte -@iaxiiuale :@r i)eits*;esciiw@_tiüis;keit, auf niedrige @:r
üe.i_tsge:@ch@rüicü;iceiteti tieschrä<ä.:t ibt, schlägt das rlauptpatent vor,
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und uauptpumpe ein in urchflußsteliung vorgesi@anates -:.I.oc',zivrvetitil vor!G7-esehen
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in die 'lockierstellun-; beweg-
bar ist.
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:_@s ist _uf a.be der j:rfüclen,-=, e) -L das hydräulisciie Getriobe
n«ch dem ifatiptpatent weiterzuentwickeln und seinen Anwe:zdungsbereici zu erweitern.
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v°ira dadurch _=@='öst, da!) das i3Iockierventil mit iiil.'e einer
über die .-uslösefiililerc:inriciittin; in :3porrstel-lun- umsLieuerbar ist.
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Die -,rfintun@ wi rci naclif olgend anhand scheiiiatisctter Zeichnungen
an einem :iusfiilrun!;sbeisiiiel näher erläutert.
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Fis. ß zeigt ein hydraul imches Getriebe gemäß gier hei dein, anders
als beim hauptpatent., [lie sehr =tufweiXI.gen und
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Null steuerbaren Pumnen enti,ehrlich sind iind einfache Ztihnr:@d;iunipen mit beim
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Bei dem hydraulischen Getriebe ist ein Schubkolbenmotor
1 mit Zylinder 2 und Kolben 3 vorgesehen, dessen Kolbenstangen 4 -herausgeführt
und mit dem Arbeitstisch 5 der Werkzeugmaschine verbunden sind. Mechanisch mit dem
Schubkolben 3 sind Betätigungsnocken 6 und 7 verbunden, die auf die Fühler 10a,
10b einer Fühlersteuereinrichtung 8 einwirken welche den Umsteuerimpuls auf hydraulischem
Wege auslöst. Die Fühler wirken, wie weiter unten näher erläutert wird, auf-Ventilkolben
der Fühlersteuereinrichtung 8 ein, die über-eine Bestellfest gelagerte Wippe 9 zur
Ausführung gegenläufiger Bewegungen zwangsläufig miteinander gekuppelt sind. Zur
Speisung des Schubkolbenmotors 1 dient im gezeigten Beispiel eine Zahnradpumpe 50,
die aus einem Sumpf 56 ansaugt und deren Druckleitung 54 über zwei Mengenregler
51, 52 die gemeinsam über die Verstelleinriehtung 55 gesteuert werden können, eine
Druckmittel-Hauptleitung 54 und eine Druckmittel-Hilfsleitung 55 speist. Statt dessen
können für beide auch zwei Zahnradpumpen vorgenehen sein. Vor den Mengenreglern
liegt noch ein Druckbegrenzerkreis 49.
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Die Druckmittelhauptleitung 54 führt zu einem die Zufuhr des von der
Hauptleitung 54 zugeführten Drucköls bzw. die Abfuhr des in die zum Sumpf 56 über
das Gegendruckventil 48a führende Abflußleitung 48 fließenden Öls zum bzw. vom Sohubkolbenmotor
1 steuernden Umsteuerschieber 59, 60 mit Abdosierkolben 58a, 58b die im dargestellten
Beispiel zu einer Einheit 57 verbunden
sind und über einen Sinustrieb,
z.B. Kurbeltrieb 62 von einer hydraulischen Umschalteinrichtung 61 bewegt werden
Die prinzipielle Funktion dieses Umsteuerschiebers mit Abdosierkolben ist in der
deutschen Patentschrift 1 186 297 beschrieben und braucht hier nicht eingehend erläutert
zu werden. Von dem bekannten Aufbau unterscheidet sich die Einheit 57 im Folgenden
Die beiden Abdosierkammern 58c und 58d sind mit der Hauptleitung 54 jeweils über
in Entnahmerichtung öffnende Einwegeventile 63, 64 und mit dem Druckbegrenzerkreis
49 über in Auslaßrichtung öffnende Einwegeventile 65, 66 verbundene Geht in Fig.1
54 der Schieber nach oben, wird der Hauptleitung/Ö1 durch die Kammer 58d entzogen,
während aus der Kammer 580 im gleichen Sinne Ö1 über den Druekbegrenzerkreis
49 zum Sumpf 56 abfließt.
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Das Kurbelrad 62a des Sinusantriebs 62 wird von dem hydraulischen
Umsteuerkolben 69 von der mit "a" bezeichneten Stellung des Kubelzapfens mit gleichförmiger
Winkelgeschwindigkeit über die Stellung "b" bis in Stellung "c" angetrieben. Die
Einheit 57 erfährt dabei eine Beschleunigung und erneute Abbremsung mit
einer Gesehwindigkeits-Weg-Kurve, die genau einer Sinuskurve entspricht.
In der gleichen Weise ändert sich auch die von der Kammer 58d aus der Hauptleitung
54 entnommene bzw. abdosierte Ölmenge während der Bewegung zwischen der Stellung
"a" und der Stellung "b" des Kurbelzapfens. Im Bereich der
Stellung "b" hat
die Schiebereinheit 57 ihre größte lineare Geschwindigkeit.
Entsprechend nimmt die pro Zeiteinheit aus Zeitung 54 durch Kammer 58d abgezogene
Ölmenge einen Maximalwert an, der gleich dem von dem Mengenregler 52 in die Zeitung
54 pro Zeiteinheit eingespeiste Druckölmenge ist. Dem Schubkolbenmotor 1, der mit
der Einheit 57 über die beiden Speiseleitungen 20, 21 in Verbindung steht, wird
bei diesem Vorgang_also,immer weniger Öl zugeführt, bis er bei Erreichen
der Stellung "b" zum Stillstand kommt. In dieser decken Schieberkolben 59
die Hauptleitung 54 und der Schieberkolben 60 die Abflußleitung 48 ab.
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Die Einheit 57 vertauscht bei der weiteren Bewegung des Kurbelzapfens
von Stellung "b" nach Stellung "o" die Verbindungen zwischen den Speiseleitungen
20, 21 und der Hauptleitung 54 und der Abflußleitung 48. Die Kammer 58d entnimmt
der Hauptleitung 54 weiterhin Ö1, und zwar nach einer Sinuskurve abnehmend vom Maximalwert
bis zum Wert Null bei Erreichen der Stellung "c'1. In dieser ist der Umsteuervorgang
beendet. Es fließt die ganze Pumpenleistung dem Schubkolbenmotor wieder zu, der
seinen Hub mit gleichbleibender Geschwindigkeit fortsetzt bis zum nä.ohstenBewegungswechsel,
bei dem die Bewegungen des Umschaltkolbens 69 und der Schiebereinheit
57 im entgegengesetzten Sinne erfolgen, jedoch mit im übrigen gleichen Wirkungen.
Die Abdosierung aus der Hauptleitung erfolgt dann durch die Kammer 58o.
In
den beiden Speiseleitungen 20 und 21 des Schubkolbenmotors 1 sind jeweils Blockierventile
22 und 23 angeordnet, die durch Federn in die dargestellte Durchströmstellung vorgespannt
sind, er i@ das Ö1 von und zum Schubkolbenmotor 1 ungehindert passieren kann. Jedem
Blockierventil ist eine Umgehungsleitung mit Einwegaventil 28 bzwo 29 zugeordnet,
über welche eine Zuspeisung von Ö1 zum Schubkolbenmotor bei in Sperrstellung befindlichem
Blockierventil ermöglicht, ein Abfluß dagegen verhindert ist. Es könnte auch nur
eine Speiseleitung 20, 21 ein Blockierventil zugeordnet sein, nämlich dann, wenn
eine hohe Umsteuergenauigkeit nur an einem Ende der Bewegung des Schubkolbenmotors
verlangt wird.
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Die Betätigung sowohl des Umschaltkolbens 69 als auch der Blockierventile
22, 23 erfolgt durch Druckmittelhilfskreise. Im dargestellten Beispiel ist vorteilhafterweise
für beide ein gemeinsamer Hilfskreis vorgesehen, der von der Druckmittel-Hilfeleitung
55 gespeist wird.
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Weiterhin erfolgt die Steuerurig der Druokmittelströmung in den Hilfskreisen
durch die Ausitse:üh.exeirri,ahtung B. Diese weist für die beiden Fühler 10a, 10b
und die von diesem betätigten Aus-löseschieber 70, 71 ein gameinsumtz Gehäuse
72 auf, das mit der 56 Druckmittel-Hilfeleitung 55 -Und einz@# zum. Surxpf7führenden
Abflußleitung "f3 verbunden ist. We'.terl°".in Bind zwei zu den Blockierventilen
22, 23 führende Betätigungsleitungen 74, 76 und zwei zu den entgegengesetzten
Enden des Umeahaltkolbens 69 führende Betätigungsleitungen 77, 78
an das Gshäuee 72 angeschlossen.
Der Aufbau im einzelnen der Auslösefühlereinrichtung
8 ist am besten aus Figo2 und 3 erkennbar, auf die bei der Beschreibung des Arbeitsspieles
näher eingegangen wird.
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In einigen Anwendungsfällen wird gefordert, daß der Schubkolbenmotor
genau am Umsteuerpunkt einen vorbestimmten Augenblick verharrt. Zu diesem Zweck
sind im dargestellten Beispiel dem Umschaltkolben 69-zwei abwechselnd und wahlweise
zur Wirkung bringbare Aufhaltekolben 80a, 80b zugeordnet, deren Stößel mit einem
Arm 69a des Umschaltkolbens 69 zusammenwirken können und sich diesem normalerweise
mittels Feder elastisch nachgebend in den Weg stellen. Die beiden Aufhaltekolben
sind von dem gleichen Hilfsölstrom beaufschlagbar, der auch den Umschaltkolben 69
betätigt. Zu diesem Zweck kann aus den beiden Kammern des Umschaltzylinders 61 in
der Mittelstellung des Umschaltkolbens 69 Öl über die Zeitungen 81a bzw. 81b entnommen
und dem betreffenden Aufhaltekolben 80b bzw. 80a zugeführt werden.
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Die Steuerung der Ölentnahme erfolgt über die Relaisventile 82a, 82b,
die in der einen Stellung einen Ölabfluß verhindern, so daß der Umschaltkolben 69
seinen ganzen Hubweg zügig durchfahren kann, in der anderen Stellung aber den betreffenden
Umschaltkolben zur Wirkung bringen.
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Die Steuerung der Ventile 82a, 82b erfolgt einerseits wegabhängig
von der Bewegung der Schiebereinheit 57 über die Noekensteuereinriohtung 85 und
andererseits zeitabhängig durch die den Ventilen zugeordneten Zeitrelais 84a, 84b.
Durch
eine nicht gezeigte Wählertestatur kann Endschalter E1 der Einrichtung 85 unter
Strom gesetzt werden. Wenn sich -wie dargestellt - der Umschaltkolben 69 in der
linken Endstellung befindet, betätigt Nocken N3 den Endschalter E1, der das Ventil
82a aus der gezeigten Stellung in die andere Stellung umschaltet. Damit kann beim
nächsten Umsteuervorgang Ö1 dem
Aufhaltekolben 80b zufließen, wenn der Umschaltkolben
seine Mittelstellung erreicht hat.. In der Mitteletellung der Schiebereinheit 57
betätigt Nocken N6 den Endschalter E4 der Einrichtung 85, wodurch das Relais 84a
eingeschaltet wird, das nach vorbestimmter Zeit das Ventil 82a wieder in
die Ausgangsstellung zurückschaltet, so daß der Umschaltkolben mit der Sumpfleitung
86 verbunden wird und dem Umschaltkolben 69 den weiteren Weg nach rechts freigibt.
Ähnlich ist der Vorgang bei dem anderen Bewegungswechsel.
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Die Arbeitsweise des hydraulischen Getriebes ist
folgende,
wobei auch auf die Fig.2 und 3 Bezug genommen wird.
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Der Schubkolben 3 bewegt sich in Fig.1 nach links. Jeder von diesem
mitbewegte Neoken 6, 7 besteht aus zwei unterschiedlich hohen, in Schubrichtung
gegeneinander verstellbaren Noekenabgohnitten 90a, 90b bzw. 91a, 91b. Bei der angenommenen
Bewegung trifft der Noekenabschnitt 91a des Nookena 6 auf den Fühler 10a,-der
durch Federraste 92a gehalten in Bereitsohaftstellung steht, wähnend
der andere Fühler 10b durch Federrasta 92b in der Normal-
Stellung
gehalten ist. Der Fühler 10a wird aus der Stellung nach Fig.1 in die Stellung nach
Fig.2 herabgedrückt, wobei gleichzeitig der Fühler 10b gegenläufig bewegt wird.
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Während in der Stellung nach Fig.1 das Öl aus der Hilfsleitung
55 durch beide Ringräume 95, 96 und über Zeitung 77 zur rechten Seite des Umschaltkolbene
69 und von dort über Abflußleitung 97 zum Sumpf 56 abfließen kann und die linke
Seite des Umschaltkolbens über Leitung 78, die Ringräume 98, 99, die Verbindungsleitung
100, die Ringräume 101, 102 mit der Abflußleitung 73 in Verbindung
steht, ist in der Stellung nach Fig.2 die Verbindung
zwischen den Zeitungen 77 und 55 bzw. 78 und 73 vertauscht. Der Umschaltkolben
69 beginnt seinen Weg nach rechts in Fig.1 und bremst in der beschriebenen Weise
den Schubkolben 3 ab. Sobald der Kurbelzapfen die Stellung "b" erreicht hat, oder
vorteilhafterweise etwas vorher, trifft der zweite Nookenabsohnitt 91b auf
den Fühler 10a und drückt ihn aus der Arbeitaetellung nach Fig.2 in die zweite
Arbeitsatellang nach Pig.3, und zwar entgegen der Wirkung der Feder
103a. Der Fühler 10b wird durch den zugehörigen Fühlerschieber
71 um
eine entsprechende Strecke angehoben.
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Während in den Stellungen nach Pig.1 und 2 die
beiden $u den
Blockierventilen 22, 23 führenden Zeitungen
74, 75 mit der
Abflußleitung 73 in Verbindung stehen, ist diese Verbindung
_ in der Stellung nach gig.3 für die Zeitung 74 unterbroohen¢
die
dagegen über die Ringräume 95, 96 ebenso wie die Leitung 78 mit der Hilfsleitung
55 in Verbindung steht: Das Blockierventil 22 wird also augenblicklich in Sperrstellung
gefahren, so daß der Schubkolben im gleichen Augenblick zum völligen Stillstand
kommt. Das Hilfsöl treibt aber den Umschaltkolben 69 - gegebenenfalls nach einem
durch den Aufhaltekolben 80b bedingten Halt - nach rechts in Fig.1 weiter, so daß
Speiseleitung 20 mit Hauptleitung 54 verbunden wird und der linken Seite des Schubkolbens
in zunehmender Menge Drucköl zufließt, und zwar über den Umgehungskreis-28. Der
Kolben 3 beginnt damit seinen Rückweg mit einer nach sinusförmiger Kurve erfolgenden
Beschleunigung. Dabei verläßt der Noekenabschnitt 91b den Fühler 10a, so daß dieser
durch Feder 103a zurückgedrückt werden kann in die Stellung nach Fig.2, welche die
Bereitschaftsstellung der Auslösefühlereinrichtung 8 für den nächsten Umsteuervorgang
ist. Das Blockierventil 22 nimmt seine Offenstellung an. Nach Stillstand des Umschaltkolbens
69 und der Schiebereinheit 57 ist 'der Wechselvorgang beendet. Der nächste erfolgt
genauso, jedoch mit vertauschten Rollen der Nocken 6, 7, der Fühler 10a, 10b und
der Blockierventile 22, 23. Die Nockenflächen der Nocken 6 und 7 sind zweckmäßigerweise
gegenüber der Arbeitsschräge zusätzlich so abgeschrägt, daß sie beim Auflaufen auf
die Fühlerköpfe diesen eine Drehbewegung erteilen, so daß Ungenauigkeiten durch
Abnutzung entgegengewirkt wird.