DE1653582C3 - Steuerung für einen hydrostatischen Linearmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für einen hydrostatischen Linearmotor gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1.

Aus der GB-PS 9 24 906 ist bereits eine derartige Steuerung bekannt, bei welcher die den Schaltzustand der als Kolbenschieber ausgebildeten Ventile steuernden Steuermittel Profilfolgeorgane sind, die an einem Ende der Ventilkolben angeordnet sind und die eine durch ein Nockenprofil gebildete Steuerprofilbahn mechanisch abtasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Steuerung für einen hydrostatischen Linearmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Genauigkeit der motorstellungsrichtigen Druckmittelbeaufschlagung der Kolben zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Die Erfindung bringt den technischen Fortschritt, daß die den Schaltzustand der Ventile steuernden Steuermittel berührungsfrei mit der Steuerprofilbahn zusammenwirken, wodurch die Steuerung genauer und schneller reagiert, als es bei mechanischer Abtastung der Steuerprofilbahn durch Profilfolgeorgane möglich ist, und daß die Steuerung außerdem verschleißfrei arbeitet.

Als Steuerdruckmittel kann ein gasförmiges oder flüssiges Druckmittel Anwendung finden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar

F i g. 1 eine schematische und perspektivische Ansicht eines hydraulischen Linearmotors,

Fig, 2 einen Querschnitt durch den Motor nach F i g. 1 und dessen Steuerung,

F i g. 3 den Schnitt entlang der Ebene IH-III in F i g. 2, F i g. 4 den Schnitt längs der Ebene IV-IV in F i g. 2,

F i g. 5 den Schnitt längs der Ebene V-V in F i g. 2,
F i g. f> ein hydraulisches Schaltbild der Motorsteuerung,

F i g. 7 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Motorsteuerung,

Fig.8 eine Stirnansicht eines Motors mit der ίο Steuerung nach F i g. 7,

F i g. 9 den Schnitt entlang der Ebene IX-IX in F i g. 8 und

Fig. 10 eine Untersicht des in den Fig.8 und 9 dargestellten Motors.

Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Linearmotor 1 mit Kugelkolben, die mit an einer Motorführung 3 gebildeten Nockenprofilbahnen 13 und IS zusammenwirken. Der Motor dient zur Bewegung eines nur durch gestrichelte Umrißlinien angedeuteten Maschinenteils 5 in Richtung eines Pfeiles 7 längs der Motorführung 3, die durch eine ein Fundamentteil 11 durchziehende Nut 9 gebildet ist. Die, die obere Flankenfläche der Nut 9 bildende Ncckenprofilbahn 13 und die, die untere Nutflankenfläche bildende Nockenprofilbahn 15 weisen gemäß F i g. 3 ein Kurvenprofil auf, wobei die Täler und Kuppen dieser beiden Kurvenprofile jeweils einander gegenüberstehen.

Der Motor 1 weist einen in die Nut 9 hineinragenden Motorblock 21 auf, der an beiden Enden jeweils eine Gruppe von vier Zylindern 31, 32, 33 und 34 (Fig.3) aufweist, deren Zylinderachsen senkrecht stehen und welche jeweils ein Kugelkolbenpaar 41 bzw. 42 bzw. 43 bzw. 44 enthalten. Die Einzelkolben der in den Zylindern angeordneten Kugelkolbenpaare wirken jeweils entgegengesetzt zueinander und können durch Beaufschlagung mit durch Kanäle 51, 52, 53 bzw. 54 (Fig. 2) zugeführtem Hydraulikmittel auseinandergedrängt werden, wobei zwischen den Kugelkolben und den Nockenprofilbahnen Reaktionskräfte entstehen, welche eine Motorbewegung längs der Motorführung bewirken. Die Zylinderachsen jeder Zylindergruppe 31, 32, 33, 34 sind jeweils zickzackartig gegeneinander seitlich versetzt im Motorblock angeordnet und auf eine drei Vierteln der Profilteilung der Nockenprofilbahnen 13 und 15 entsprechende Länge des Motorblockes verteilt.

Die F i g. 4 und 5 zeigen in Verbindung mit F i g. 2 die Steuerung des Motors, d. h. die motorstellungsrichtige Steuerung von Beaufschlagung und Entlastung der verschiedenen Zylinder mit bzw. von Hydraulikmittel. Fig.6 zeigt den hydraulischen Schaltplan der Steuerung.

Die Steuerung weist vier Steuerschieber 61, 62, 63 und 64 (Fi g. 2) auf, die in horizontalen Bohrungen des mittleren Teils des Motorblockes 21 angeordnet sind. Mit den Längsmitten dieser Steuerschieberbohrungen steht jeweils einer der Ein- und Auslaßkanäle 51,52,53 und 54 der Zylinder in Verbindung, wie aus den F i g. 2 und 6 entnehmbar ist. Das mit dem Motor 1 verbundene Maschinenteil 5 trägt eine Hydraulikpumpe 83 (F i g. 6) mit einem Antriebsmotor 81. Die eine Seite der Hydraulikpumpe 83 steht über Leitungen 87 und 97 mit jeweils auf einer Seite der Längsmitte in die Schieberbohrungen einmündenden Kanälen in Verbindung, während die andere Seite der Hydraulikpumpe über Kanäle 89 und 99 mit jeweils auf der anderen Seite der Längsmitte in die Schieberbohrungen einmündenden Kanälen in Verbindung steht. Die Steuerschieberanordnungen sind so getroffen, daß jeder Steuerschieber

in seiner einen axialen Grenzstellung den mit der Leitung 97 in Verbindung stehenden Kanal absperrt und eine Verbindung zwischen dem mit der Leitung 99 verbundenen Kanal und dem in der Mitte einmündenden, jeweils zugehörigen Zylinderein- bzw. -auslaßkanal s 51, 52, 53 bzw. 54 frei läßt und in der anderen axialen Grenzstellung den der Leitung 99 zugeordneten Kanal absperrt und eine Verbindung zwischen dem der Leitung 97 zugeordneten Kanal und dem mittleren Kanal frei läßt ίο

Die jeweus motorstellungsrichtige Betätigung der Steuerschieber 61, 62,63 und 64 erfolgt mit Hilfe eines Steuerdruckmittels. Ein am Motorblock 21 angeordneter Steuerkopf 111, der mit einer zu den, den Kugelkolben zugeordneten Nockenprofilbahnen 13 und 15 parallel verlaufenden Steuerprofilbahn 110 des Fundamentteils 11 zusammenwirkt, enthält vier steuerdruckmittelbeaufschlagte Düsen 102, 104, 106 und 108 (F i g. 4 und 5), die gegen die Steuerprofilbahn gerichtet sind. Die Steuerprofilbahn 110 weist miteinander abwechselnd angeordnete Vertiefungen 115 und nicht vertiefte, als Prallflächen 113 für die aus den Düsen austretenden Steuerdruckmittelstrahlen dienende Bereich auf. Die Prallflächen 113 und Vertiefungen 115 der Steuerprofilbahn 110 weisen jeweils eine der halben Profilteilung der Nockenprofilbahnen 13 und 15 entsprechende Länge auf. Die Düsen weisen sehr kleine Düsenöffnungen auf, die in der einen sehr geringen Abstand von den Prallflächen 113 gelegenen Stirnfläche 1 \A des Steuerkopfes 111 gelegen sind. Die gleichmäßig auf eine drei Vierteln der Profilteilung verteilten vier Düsen 102, 104, 106 und 108 liegen jeweils in Querebenen, die auch die Achsen der vier zugeordneten Zylinder enthalten. Die Düsen werden gemäß F i g. 5 über eine gemeinsame Steuerdruckmittelzuleitung 117 und über jeweils eine Drosselsteile 119Λ, 119ß, 119C bzw. 119D mit Steuerdruckmittel versorgt. Der zwischen der Düsenöffnung und der Drosselstelle gelegene Bereich jeder Düse ist über einen Kanal 122 bzw. 124 bzw. 126 bzw. 128 mit dem jeweils einen Ende einer der Steuerschieberbohrungen und mit dem jeweils anderen Ende einer anderen Steuerschieberbohrung verbunden, wie F i g. 6 im einzelnen zeigt. Die Düse 102 ist demnach mit einem Ende der Bohrung des Schiebers 64 und mit dem anderen Ende der Bohrung des Schiebers 62 verbunden. Die Düse 104 steht mit dem einen Ende der Bohrung des Schiebers 63 und mit dem anderen Ende der Bohrung des Schiebers 61 in Verbindung. Die Düse 106 ist mit dem anderen Ende der Bohrung des Schiebers 64 und mit dem einen Ende der Bohrung des Schiebers 62 und die Düse 108 mit dem anderen Ende der Bohrung des Schiebers 63 und mit dem einen Ende der Bohrung des Schiebers 61 verbunden. Die Steuerschieber wirken jeweils als bistabiles Schaltelement.

Steht eine der Düsen einer Vertiefung 115 der Steuerprofilbahn 110 gegenüber, so ist der zwischen der Düsenöffnung und der Drosselstelle herrschende Steuerdruck wesentlich geringer als in dem Fall, in welchem die betreffende Düse einer Prallfläche 113 gegenübersteht. Bei der in F i g. 5 gezeigten Stellung des Steuerkopfes 111 relativ zur Steuerprofilbahn stehen deshalb die Steuerschieber in den in Fig. 6 gezeigten Stellungen. In diesem Zustand gelangt das von der Hydraulikpumpe 83 geförderte Hydraulikmittel über die Leitung 87 und die Kanäle 53 und 54 in die Zylinder 33 und 34, und aus den Zylindern 31 und 32 wird Hydraulikmitte! durch die Kanäle 51 und 52 abgelassen.

Auf den Motorblock 21 wirkt also eine bei Betrachtung der in Fig.3 dargestellten Motorstelhing nach links gerichtete Antriebskraft Nachdem der Motorblock 21 eine kurze Strecke zurückgelegt hat, kommt die Düse 108 gegenüber einer Vertiefung 115 zu liegen, während gleichzeitig die Düse 104 nunmehr gegenüber einer Prallfläche 113 zu liegen kommt Folglich ist nunmehr der Steuerdruck in den Düsen 104 und 106 höher als in den Düsen 108 und 102. Folglich werden die Steuerschieber 61 und 63 in ihre anderen Stellungen bewegt, .so daß nun die Zylinder 31 und 34 mit Hydraulikmittel beaufschlagt werden, während aus den Zylindern 32 und 33 Hydraulikmittel abgelassen wird. Hierdurch entsteht eine den Motorblock 21 weiter nach links bewegende Antriebskraft.

Das den Düsen 102, 104, 106 und 108 zugeführte Steuerdruckmittel kann eine Flüssigkeit sein, was beispielsweise bei Antriebsmotoren von Werkzeugmaschinen od. dgl. zweckmäßig ist, bei welchen die austretende Steuerdruckflüssigkeit wieder aufgefangen werden kann. Bei beispielsweise im Freien betriebenen Linearmotoren kann es zweckmäßiger sein, ein Druckgas als Steuerdruckmittel zu verwenden, wobei in diesem Falle kein Auffangen des ausströmenden Steuerdruckmittels mehr erforderlich ist.

Die Fig. 7, 8, 9 und 10 zeigen eine andere Ausführungsform eines hydrostatischen Linearmotors mit einem Maschinenteil 200, in welchem ein Zylinderblock 202 mit acht Zylindersternreihen 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 und 218 angeordnet ist Jede Zylindersternreihe weist eine beliebige Anzahl von radialen Zylindern auf, in denen jeweils ein Kugelkolben 224,226,228,230,232,234,236 bzw. 238 geführt ist

Die Kugelkolben wirken mit einer Nockenprofilbahn 240 zusammen, die auf einer koaxial durch den Zylinderblock 202 hindurch verlaufenden Stange 242 gebildet ist. Das Maschinenteil 200 mit dem Zylinderblock 202 steht fest und die Stange 242 ist axial verschieblich und gemäß Fig.8 mit Hilfe von in Keilnuten 248 und 250 eingreifenden Keilen 244 und 246 drehfest mit Bezu;.' auf den Zylinderblock 202 angeordnet. Die Steuerung dieses Motors weist gemäß F i g. 7 zwei Ventile 252 und 254 auf, welche die Hydraulikmittelversorgung des Motors steuern. Ein Steuerkopf 256 mit zwei Düsen 280 und 282, die mit einer Prallfläche 272 und Vertiefungen 274 aufweisenden, zur Nockenprofilbahn 240 parallelen Steuerprofilbahn zusammenwirken, steuert die Bewegungen der Steuerschieber der beiden Ventile 252 und 254.

Gemäß Fig. 7, welche ein Schaltbild der Anordnung nach den Fig.8, 9 und 10 zeigt, fördert eine Hydraulikpumpe 264 Hydraulikmittel über ein Umschaltventil 262 und durch eine Leitung 296 zu den Ventilen 252 und 254, welche das Druckmittel zu den jeweils zu beaufschlagenden Zylindern weiterleiten, und außerdem über einen Druckminderer 258 als Steuerdruckmittel zu den Steuerorganen der Motorsteuerung. Die Düsen des Steuerkopfes werden über jeweils eine Drosselstelle 284 bzw. 286 mit Steuerdruckmittel beaufschlagt. Außerdem gelangt das Steuerdruckmittel über Zweigleitungen 265 und 266 zum jeweils einen Ende der die Steuerschieber 310 und 320 enthaltenden Venf'lkammern der Ventile 252 und 254. Der zwischen der Drosselstelle 284 und der Düsenöffnung 276 in der Düse 280 entstehende Steuerdruckmitteldruck gelangt durch eine Leitung 268 zum anderen Ende 253 der Ventilkammer des Ventils 252. Der Steuerdruckmitteldruck zwischen der Drosselstelle 286 und der Düsenöff-

nung 278 der Düse 282 gelangt über eine Leitung 270 zum anderen Ende 255 der Ventilkammer des Ventils 254.

Die Arbeitsweisen der Düsen des Steuerkopfes 256 entspricht derjenigen des im Zusammenhang mit der erstbeschriebenen Ausführungsform erläuterten Steuerkopfes 11. Bei der in Fig. 7 gezeigten Steuerkopfposition steht die Düse 280 einer Vertiefung 274 gegenüber, während die Düse 282 einer Prallfläche 272 der Steuerprofilbahn gegenübersteht. Innerhalb der Düse _!0 282 herrscht also ein hoher Druck, während in der Düse 280 ein niedriger Druck herrscht.

Der in der Düse 280 herrschende niedrige Druck wirkt über die Leitung 268 als Steuerdruck auf einen Betätigungskolben 311 des Steuerschiebers 310 des Ventils 252, der einen größeren Durchmesser als ein am anderen Ende des Steuerschiebers befindlicher Kolben 312 aufweist, auf welchen der Steuerdruckmittelzuführungsdruck über die Leitung 266 als Vergleichsdruck wirkt Der in der Düse 280 herrschende Druck ist ausreichend klein, daß der Vergleichsdruck den Steuerschieber trotz des auf den größeren Kolben 284 wirkenden Steuerdruckes in der in Fig.7 untenliegenden Stellung gehalten wird.

Folglich gelangt Hydraulikmittel über die Leitung 292 in den Zylinder 204. Gleichzeitig wird die vom Zylindei 208 kommende Leitung 294 über den Steuerschieber mil der Auslaßleitung 290 verbunden. Während der sich ergebenden Relativbewegung zwischen dem der Steuerkopf 256 tragenden Maschinenteil 200 und dei Stange 242 bewegt sich die Düse 280 in eine einei Prallfläche 272 gegenüberliegenden Stellung, währenc die Düse 282 einer Vertiefung 274 gegenüber zu lieger kommt. Folglich erhöht sich der Steuerdruck in dei Düse 280, wodurch der Steuerschieber 310 des Ventil; 252 in seine andere Stellung bewegt wird. Dadurch wire nunmehr der Zylinder 208 mit Hydraulikmittel beauf schlagt, während Hydraulikmittel aus dem Zylinder 20< abgelassen wird.

Das Ventil 254 steuert in entsprechender Weise dis Beaufschlagung der Zylinder 206 und 210. In F i g. 7 sine nur die ersten vier Zylindersternreihen des Motor angedeutet. Die übrigen vier Zylindersternreihei werden gemäß Fig.9 in entsprechender Weise über ii F i g. 7 nicht gezeigte Zweigleitungen der Hydraulikmit tel-Ein-und Auslaßleitungen von den beiden Ventile] gesteuert.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Steuerung für einen hydrostatischen Linearmotor, dessen in Zylindern geführte Kolben mit mindestens einer Nockenprofilbahn zusammenwirken, weiter mit Ventilen zur Steuerung der Druckmittelströmung in die Zylinder hinein und aus diesen heraus, und mit, mit einer zur Nockenprofilbahn parallel verlaufenden Steuerprofilbahn zusammenwirkenden, den Schaltzustand der Ventile im Sinne einer motorstellungsrichtigen Druckmittelbeaufschlagung der Kolben steuernden Steuermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerprofilbahn (110) durch miteinander abwechselnd angeordnete Prallflächen (113) und Vertiefungen (115) gebildet ist, daß weiter die Steuermittel den Ventilen zugeordnete und gegen die Steuerprofilbahn gerichtete, jeweils über eine Drosselstelle (119Λ bis 119D; 284, 286) steuerdruckmittelbeaufschlagte Düsen (102, 104, 106, 108; 280, 282) aufweisen und daß die Steuerschieber (61 bis 64; 310, 320) der Ventile jeweils durch den zwischen der Drosselstelle und der Düsenöffnung entstehenden Steuerdruck betätigt werden.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschieber (61 bis 64; 310,320) einerseits von dem genannten Steuerdruck und andererseits von einem Vergleichsdruck beaufschlagt werden.