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Hydraulisohea Getriebe für lineare Wechselbewegungen hoher Prequenz.
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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Getriebe für lineare Wechselbewegungen
hoher Frequenz, insbesondere für Werkzeugmaschinen, mit einem die Wechselbewegungen
ausführenden Schubkolbenmotor, einer an die beiden Seiten des Schubkolbens angeschlossenen
und mit dieser einen Arbeitxkreie bildenden hydraulischen Pumpvorrichtung, einer
Ftthlereinrichtung mit zwei durch vom Schubkolben mitbewegten Nocken od.dgl. betätigbaren
Fühlern zur Bestimmung der einstellbaren Endpunkte der Hubbahn des Schubkolbens
und einer die Ölströme in den Leitungen des Arbeitakreises zwischen der Pumpvorrichtung
und dem Schubkolben zu dessen Abbremsung und Wiederbeschleunigung bei der Bewegungsumkehr
ändernden Sfeuereinrichtung mit einem hin- und herbewegbaren Steuerglied.
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Hydraulische Getriebe dieser Art sind bekannt. In der Zeitschrift
Ölhydraulik und Pneumatik2' 11.Jahrgang 1967, Heft 12
sind unter
dem Titel "Hauptantriebe des allgemeinen Maschinen-und Werkzeugmaschinenbaus" mehrere
Lösungen gezeigt und beschrieben, welche es ermöglichen, daß die Bewegungsumkehrstelle
des zu bewegenden Maschinenteiln über den gesamten Geschwindigkeitsregelbereich
am gleichen Punkt liegt und sich z.B. mit einer Genauigkeit auch bei Belastung von
+ O,5 mm einhalten läßt. Bei dem einen bekannten Beispiel dient als Pumpeneinrichtung
eine über Null steuerbare Radialkolbenpumpe, deren schwenkbares Steuerglied mit
Hilfe eine. Umsteuerkolbens mit veratellbarem Drehpunkt verschwenkt werden kann.
Der Umsteuerkolben wird durch einen hydraulischen Hilfskreis gesteuert, der durch
eine Fühlereinrichtung ausgelöst wird, deren Fühler in die Bahn von mit dem Schubkolben
mitbewegten Nocken ragen.
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Eine derartige Steuerung ist relativ genau und läßt sich bis zu Arbeitsfrequenzen
von etwa 700 Doppelhüben pro Minute mit Erfolg einsetzen. Bei einem anderen in der
angegebenen Schrifttumsatelle beachriebenen Hauptantrieb dient als Pumpe eine kontinuierlich
angetriebene Pumpe mit gleichbleibender volumetrischer Leistung. Die zum Abbremsen
und Wiederbeschleunigen des Schubkolbens notwendige Verminderung und Erhöhung des
Ölstromes im Arbeitskreis wird mit Hilfe von sog.Dosierkolben erreicht, die in entsprechenden
losierzylindern spielen und während des Umsteuervorganges aus der bisherigen Druckleitung
mehr und mehr Öl entnehmen, bis der Schubkolben zum Stillstand kommt und bei der
Wiederbeschleunigung mehr und mehr Öl zu in die Leitung abgeben, welche dann Druckleitung
ist. Die Dosierkolben werden über einen Kurbeltrieb von einem hydraulisch betätigten
Antriebskolben
bewegt. Auch hier wird der Umateuervorgang und damit das Tätigwerden der Dosierkolben
durch die Fühlereinrichtung auEgelfft, welche einen Hilfakreis steuern, in welchem
die für das Umsteuern erforderliche hydraulische Kraft wirksam ist.
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Bei den beschriebenen und den weiteren in der genannten Sohrifttums.telle
dargestellten hydraulischen Hauptantrieben kann mit relativ hoher Arbeitsfrequenz
und einer sehr hohen Umsteuergenauigkeit, unabhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit
und der Belastung des Schubkolbens, gearbeitet werden.
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In vielen Fällen werden aber heute schon noch wesentlich höhere Arbeitifrequenzen
für solche Hauptantriebe gefordert. Dabei sind Frequenzen von etwa 1 000 Doppelhüben
pro Minute und mehr noch keinesfalls die untere Grenze. Die Praxis hat gezeigt,
daß bei diesen hohen Arbeitsfrequenzen die Auslösung und die Steuerung des eigentlichen
Umsteuervorganges mit Hilfe der Fühlereinrichtung und einem durch diese gesteuerten
Bervokreix, aus dem die für den Umsteuervorgang erforderlichen Kräfte entnommen
werden können, nicht mehr zur vollen Zufriedenheit zu dem gewünschten Erfolg führen.
Diese Schwierigkeiten sind unter anderem auf folgendes zurückzuführen: Das Ansprechen
der Fühlereinrichtung erfordert zwar eine sehr kleine aber doch endliche Zeit, die
bei Frequenzen von 1 000 oder 1 500 Doppelhüben pro Minute bereits eine durchaus
erhebliche
Rolle spielt. Nach dem Ansprechen der Fühlereinrichtung
muß eine oft erheblich große Ölsäule in Bewegung gesetzt werden, zwischen- der das
die Umsteuerung vornehmende Glied, s.B.
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der Umsteuerkolben, eingespannt ist. Auch dieser Umsteuerkolben weist
eine durchaus merkliche Masse auf, die beschleunigt und wieder abgebremst werden
muß. Bei diesen hohen Frequenzen spielt auch bereit. eine Rolle, daß sich nach dem
Ansprechen der Fühlereinrichtung in dem Servokreis erst der Druck aufbauen muß,
was ebenfalls eine zwar sehr kleine aber endliche Zeit benötigt. Diese und weitere
Faktoren begrenzen die Anwendbarkeit der bekannten und in der Praxis lehr bewährten
hydraulischen Hauptantriebe, wie sie in der eingangs zitier-.
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ten Schrifttumsstelle dargestellt und beschrieben sind.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches
Getriebe der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß auch bei Arbeitsfrequenzen
von 1 000 und mehr Doppelhüben pro Minute ein stoßfreies genaues Arbeiten ermöglicht
wird und dabei gleichzeitig die von der Arbeitsgeschwindigkeit und der Belastung
des Schubkolbens unabhängige genaue Einhaltung der vorbestimmten Umeteuerpunkte
auf der Hubbahn des Schubkolbens in vollem Umfange gewährleistet bleibt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Steuerglied
der die Ölströme im Arbeitskreis während des
Umsteuervorganges ändernde
Steuereinrichtung von einem Regelmotor über einen Kurbeltrieb od.dgl. kontinuierlich
antreibbar ist und die bei Erreichen der vorgegebenen Umkehrpunkte ansprechende
Fühleinrichtung direkt an die Speiseleitung /äes Schubkolbenmotors angeschlossen
ist und jeder Fühler bei seinem Ansprechen wenigstens die jeweils mit der Druckseite
der Pumpvorrichtung verbundene Speiseleitung des Arbeitskreises mit einer Entlastungsleitung
augenblicklich und kurzzeitig verbindet.
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Bei dem neuen Getriebe wird also grundsätzlich darauf ver -ziohtet,
die während des Umsteuervorganges notwendige Abbremsung und Wiederbeschleunigung
des Schubkolbens durch die Fühleinrichtung auszulösen und zu steuern. Der Antrieb
für den Schubkolben wird also nicht wegabhängig gesteuert, sondern es erfolgt---der
Antrieb einschließlich aller für den Umsteuervorgang erforderlichen Benegungsänderungen
unmittelbar und zwangsläufig unter der direkten Einwirkung einer vorgegebenen Steuerkurve,
insbesondere durch die sinusförmige Steuerkurve eines Kurbeltriebes, welche Steuerkurve
kontinuierlich von einem Regelmotor angetrieben wird. Dadurch erheilt man einen
sehr einfachen Hauptantrieb, bei dem die eingangs beschriebenen Schwierigkeiten
nicht auftreten. Mit diesen Maßnahmen allein wird jedoch der angestrebte Zweck noch
keineswegs erreicht, da zwar einerseits die Bewegung des Schubkolbens durch den
Kurbel trieb und die Einstellung
des Regelmotors vorgegeben ist,
andererseits aber keine zwangsläufige Beziehung zwischen dem Arbeitsspiel des Schubkolbens
und der von Fall zu Pall neu festzulegenden Wegstrecke besteht, mit der sich das
Arbeitsspiel des Schubkolbens decken muß, wenn z.B. das Werkzeug an ganz bestimmten
Stellen des Werk -stückes eine Bewegungsrichtung umkehren soll. Dieses Problem wird
durch das zweite Merkmal Hilfe der an sich bekannten Fühlereinrichtung gelöst, Diese
Fühlereinrichtung wirkt dabei zweckmäßigerweise nicht auf die Arbeitsweise der Steuereinrichtung
korrigierend ein, obwohl auch diese Möglichkeit mit in Betracht kommt und z.B. durch
eine die Sollhubstrecke und die Isthubstrecke des Schubkolbenmotors überwachende
Einrichtung gelöst werden, welche im Sinne einer Verlängerung oder Verkürzung des
Hubes auf den Regelmotor korrigierend einwirkt. Bevorsugt wird jedoch eine Trennung
der Arbeitsweise der Fühleinrichtung von der Arbeitsweise der Steuereinrichtung,
was im einfachsten Falle dadurch erreicht werden kann, daß die Fühlereinrichtung
direkt an die Leitungen des Arbeitskreises angeschlossen ist und jeder Fühler bei
seinem Ansprechen die bis dahin wirksame Druckleitung des Arbeitskreises augenblicklich
und kurzzeitig vom Druck entlastet, so daß die Wirkung der Schubkraft auf den 3¢hubkolben
praktisch augenblicklich bei Erreichen des Umkehrpunktes unterbrochen wird, wobei
zu berücksichtigen ist, daß der Schubkolben bereits bei Annäherung an den Umkehrpunkt
durch die Arbeitsweise der Steuereinrichtung bis nahe zur Geschwindigkeit Null abgebremst
ist, so daß der Schubkolben bei Unterbrechung der-
Schubkraft des
Öles tatsächlich augenblicklich zum Stillstand kommen kann.
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Die neue Anordnung läßt sich bei den verschiedensten Ausführungsformen
von hydraulischen Hauptantrieben mit gleichem Nutzen anwenden. Wenn z.B. von einem
hydraulischen Getriebe ausgegangen wird, bei dem die Pumpvorrichtung, wie oben beschieben,
eine Pumpe konstanter Leistung und zwischen dieser und dem Schubkolbenmotor ein
Umsteuerventil und eine während der abbremsung und Wiederbeschleunigung des Schubkolbens
wirksame Abdosiereinrichtung aufweist, deren Dosierkolben durch einen Kurbeltrieb
hin- und herbewegbar ist, kann die neue Lehre dadurch verwirklicht werden, daß der
das Öl aus dem Arbeitskreis abdosierende und wieder zudosierende Dosierkolben oder
Steuerkolben und das Umsteuerventil über den zugehörigen Kurbeltrieb fortlaufend
von einem Regelmotor angetrieben werden, der zugleich auch die Arbeitsmittelpumpe
antreibt, die den Arbeitskreis mit Drucköl speist. Hierbei verbindet die Fühleinrichtung
über den jeweils ansprechenden Fühler die Druckleitung des Arbeitskreises direkt
mit einer Behälterleitung, wodurch wiederum der nahezu auf die Geschwindigkeit Null
abgebremste Schubkolben am Umkehrpunkt augenblicklich zum stillstand komnt und aug
dieser Stellung praktisch stoßfrei über die andere, dann den Druck führende Speiseleitung
des Arbeitskreises ohne Stoß wiederbeschleunigt werden kann. Über den Regelmotor
lassen sich die volumetrische
Leistung der Pumpe einerseits und
die Geschwindigkeit des Arbeitsspieles des Steuerkolbens und des Umsteuerventils
andererseits gleichzeitig und entsprechend den gewünschten Verhältnissen anpassen.
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Mit der beschriebenen Einrichtung läßt sich dann, wenn der Schubkolben
die Tendenz zeigt, über den vorgegebenen Umgteuerpunkt hinauszufahren, eine hohe
Umsteuergenauigkeit trotz der hohen Arbeitsfrequenz gewährleisten, indem die Schubkolbenbewegung
bei Erreichen dea Umsteuerpunktes abrupt unterbrochen und ein Hinausfahren verhindert
wird. Es kann jedoch auch der Fall eintreten, daß dann, wenn durch Schlupf oder
andere schwer zu erfassende Einflüsse in dem System der Schubkolben die Tendenz
zeigt, stetig nach einer Seite auszuwandern, der Schubkolben nach der anderen Bewegungsrichtung
hin seinen vorgegebenen Umsteuerpunkt nicht mehr erreicht, d.h.
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wenn ein sogenannter Unterlauf eintritt, wie er bei Belastungsänderungen
und damit Änderungen des inneren oder äuBeren Schlupfes durchaus auftreten kann.
In diesen Fällen kann die Überwachung mit Hilfe der Fühleinrichtung nicht mehr soll
wirksam sein, da die Fühleinrichtung nur dann anspricht, wenn der Schubkolben den
vorgegebenen Umsteuerpunkt tatsächlich.
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erreicht und gegebenenfalls die Tendenz hat, über diesen Punkt hinauszufahren.
Man könnte dieser Schwierigkeit dadurch begegnen, daß man die Steuereinrichtung
so auslegt, daß der Hub des Schubkolbens nach beiden Richtungen merklich größer
als der Sollhub ist. Abgesehen davon, daß das. bei den hohen
Frequenzen
leicht zu Stößen und Schwingungen führt, besteht aber auch dann keine absolute Gewähr
dafür, daß nicht die tatsächliche Hubstrecke sich ständig gegenüber der Sollhubstrecke
nach einer Seite verschiebt, bis wiederum auf der einen-Beite ein Unterlauf eintritt.
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Dieser Schwierigkeit kann man gemäß der Erfindung auf einfache Weise
dadurch begegnen, daß man einen bei hydraulischen Getrieben durohaua bekannten hydraulischen
Hilfskreis mit Servopumpe vorsieht und daß man dafür sorgt, daß im Hilf 5-kreis
ein dem 1rbeitsdruck im Arbeitskreis des Schubkolbenmotors etwa entsprechender Druck
herrscht und daß dieser Hilfskreis- über eine von dem Kurbeltrieb mitgesteuerte
Ventileinrichtung wenigstens bei Annäherung des Schubkolbens an den vorgegebenen
Umkehrpunkt jeweils mit der in der betreffenden Hubrichtung wirksamen Druckleitung
des Arbeitskreises verbunden wird. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß man bei Hauptantrieben
für hohe Frequenzen in aller Regel in einem nach außen geschlossenen Arbeitskreis
arbeitet, in welchem Öl lediglich zum Ersatz etwaiger L@ck#verluste eingeführt wird.
Bei einem solchen geschlossenen Arbeitskreis sind die beiden Seiten des Schubkolbenmotors
mit der 5augseite und der Druckseite der Pumpvorrichtung unmittelbar in Reihe geschaltet,
wobei die Bewegung des Schubkolbens weitgehend dadurch bestimmt wird, in welchem
Maße Öl aus der zur Saugseite der Pumpe führenden Leitung entnommen wird oder auf.
andere
Weiae entweichen kann. Der Schubkolben stützt rioh damit auf der Ölsäule ab, die
von der Pumpe angesaugt wird.
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Bei Leerlaufverhältnissen herrschen am Umkehrpunkt, d.h.
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dann, wenn der Schubkolben im wesentlichen zum Stillstand kommt, auf
beiden Seiten des Schubkolbens im wesentlichen gleich hohe Drücke. Man kann die
Steuereinrichtung also im Leerlauf leicht so einrichten,«daß der Schubkolben genau
am Umkehrpunkt zum Stillstand kommt. Beim Arbeiten unter Belastung sinkt der Druck
auf der Saugseite des Schubkol-, bens gegenüber dem Druck im Leerlauf ab, so daß
der Schubkolben mit Hilfe des bei Annäherung an den Umsteuerpunkt über den Hilfakreis
auf seine Druckseite zusätzlich wirkenden Öles aus dem Hilfskreis mit Sicherheit
die Tendenz hat, wenigstens bis zu dem im Leerlauf eingestellten Umsteuerpunkt durchzufahren.
Ein Unterlauf wird damit mit Sicherheit verhindert. Duroh das Öl aus dem Hilfskreig,
das etwa dem Arbeitsdruck entspricht, ist jedoch ein Überlauf des Schubkolbena nicht
zu befürchten, da dieser mit Sicherheit durch die Tätigkeit der Fühleinrichtung
verhindert wird.
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Diese Zusatzmaßnahme ist also überall da von Vorteil, wo in einem
Hauptantrieb die Gefahr besteht, daß beim Arbeiten unter Last der Schubkolben hinter
dem Hubweg bei Leerlauf zurückbleibt, wobei die Gründe hierfür verschiedener Art;
sein können.
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Mit dieser Anordnung wird also erreicht, daß die Steuereinrichtung
so eingestellt werden kann, daß auf Grund der
Arbeitsweise der
Pumpvorrichtung im Arbeitskreis die Hubstrecke des Schubkolbenmotors nicht größer
zu sein braucht als die Sollhubstrecke'. Ein etwaiges unter Last auftretendes Zurückbleiben
des Schubkolbens gegenüber der Sollhubstrecke wird mit Hilfe des bei' Annäherung
des Umsteuerpunktes zusätzlich auf die Druckseite eingespeisten Hilfsdrucköls mit
Sicherheit verhindert, so daß der Schubkolben stets die Tendenz hat, auch unter
Last stets bie wenigstens zum Umkehrpunkt zu fahren, wobei ein Überfahren dieses
Umkehrpunktes unter der Wirkung der Fühlereinrichtung mit Sicherheit verhindert
wird.
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Hierbei wird ein praktisch vollständig stoßfreies Arbeiten -bei sehr
hohen Frequenzen und bei höchster Genauigkeit bei der Einhaltung des vorgegebenen
Umkehrpunktes erreicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Die Figuren 1 bis 9 zeigen jeweils die Anwendung der Erfindung in
verschiedenen Ausführungibeispielen und - bei verschiedenartigen Hauptzntrieben.
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Bei dem hydraulischen Hauptantrieb nach Fig.1 ist ein Schubkolbenmotor
1 mit einem Schubkolben 2 mit beidseitig herausgeführter Kolbenstange vorgesehen,
dessen beide Speiseleitungen 3 und 4 über einen Steuerzylinder 5 mit einer Pumpe
6 in Verbinaung stehen, deren Saugseite mit 7 und deren Druckseite mit 8 bezeichnet
sind. Es handelt sich hierbei um eine Pumpe, die
in gleicher Richtung
arbeitet und während bestimmter Betriebsverhältnisse eine konstante volumetrische
Leistung besitzt. Man erkennt, daß der Sohubkolben und die Pumpe in einem geechlowsenen
Arbeitskreis in Reihe geschaltet sind, wobei etwaige Leckverluste dieses Arbeitskreises
durch eine Hilfspumpe 9 über das Rückschlagventil 10 ersetzt werden, welche Hilfepumpe
aus dem Sumpf 11 ansaugen kann. Die Hilfspumpe 9 und die Arbeitepumpe 6 werden über
einen gemeinsamen Regelmotor 12 angetrieben. In dem Steuerzylinder 5 spielt ein
Steuerkolben 15, der aus mehreren miteinander verbundenen und zwischen sich Ringräume
freilassenden Kolbenabschnitten besteht. Die beiden äußeren Kolbenabschnitte des
Steuerkolbens 15 begrenzen auf ihren Außenseiten in dem Steuerzylinder 5 Doeierräume,
welche über ein Steuerventil 16 wechselweise mit der Saugleitung 7 bzw. der Druckleitung
8 der Arbeitsmittelpumpe 6 verbunden werden kennen. Mit 17 ist eine Druckauggleicheinrichtung
bezeichnet, die für das Verständnis der Erfindung von untergeordneter Bedeutung
ist. Der mittlere Kolbenabschnitt bildet zusammen mit den beiden äußeren Kolbenabsohnitten
des Steuerkolbens 15 ein Umsteuerventil 18 für die Speiseleitungen 3 und 4 des Schubkolbenmotors,
mit welchem Ventil diese beiden Leitungen wahlweise mit der Saugleitung 7 bzw.
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der Druckleitung 8 der Pumpe verbunden werden können.
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Die Dogiervirkung und Umsteuerwirkung des Steuerkolbens 15 auf die
Ölströme im Arbeitskreis ist bekannt und in der eingangs genannten Schrifttumsstelle
näher erläutert. Ein näheres
Eingehen hierauf ist daher nicht
erforderlich.
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Der Steuerkolben 13 wird über den Kurbeltrieb 20 und da.
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Steuerventil 16 über den Kurbeltrieb 21 ebenfallS von dem Regelmotor
12 angetrieben, welcher auch die Pumpen 6 und 9 antreibt. Die beiden Kurbeltriebe
20 und 21 sind in ihrer Phasenlage jeweils um 900 verschoben, wie dies von dem bekannten
Hauptantrieb geläufig ist. Im Gegensatz zu dem bekannten Hauptantrieb wird jedoch
der Steuerkolben 15 bzw.
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dessen Kurbeltrieb nicht von einem gesonderten Antriebsglied angetrieben,
dessen Antriebskraft aus einem Hilfskreis abgeleitet wird, der durch die Fühlereinrichtung
gesteuert wird, sondern es erfolgt der Antrieb des Steuerkolbens 15 unmittelbar
durch den Regelmotor, der auch die Pumpe antreibt. Die Bewegung des Schubkolbens
ist damit in jeder Bewegungophase gekoppelt an diexBewegung des Steuerkolbens 15,
dessen Bewegung wiederum Ueber den Kurbeltrieb und den Regelmotor eindeutig bestimmt
werden.
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Jedoch ist bei der Anordnung nach Fig.1 auch eine bekannte Fühler
einrichtung 25 vorgesehen, deren Fühler 26 in die Bahn von mit dem Kolben 2 mitbewegte
Nocken 27 ragen. Die Fühlereinrichtung kann auch eine elektrisch betätigte Fühlereinrichtung
sein, wie dies ebenfalls yon hydraulischen Getrieben bekannt ist. Im dargestellten
Beispiel ist es eine hydraulisohe FUhlereinrichtung, welche inerseits an eine Behälterleitung
28 und andererseits mit jedem einzelnen Fühler über
die Leitungen
29 und 30 direkt an die beiden Leitungen 3, 4 des Arbeitskreises des Schubkolbenmotors
2 angeschlossen ist.
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Wenn, wie im dargestellten Falle, der Schubkolben die Bewegung nach
unten gemäß dem Pfeil in Fig. 1 ausführt, trifft bei Erreichen des Umsteuerpunktes
der Nocken 27 auf den oberen Fühler 26, wodurch die Leitung 4, die bisher die Druckleitung
des Arbeitskreises war, in dem Augenblick, wo der Schubkolben die Umkehrstelle erreicht,
mit der Behälterleitung 28 verbunden und damit vom Druck entlastet wird. Da der
Schubkolben 2 bei Annäherung des Umsteuerpunktes bereits -durch den Steuerkolben
15 bis nahe zur Geschwindigkeit Null abgebremst ist, wird in diesem Augenblick der
Kolben 2 zum Stillstand kommen. Dadurch wird eine sehr hohe Umsteuergenauigkeit
trotz der hohen Wechselfrequenz erreicht. Die Wechselfrequenz kann dabei über i
000 p'r'o' Minute liegen. -Änderungen der Einstellung des Systems können an dem
Regelmotor 12 und an den Kurbelpunkten der beiden Kurbeln vorgenommen werden, falls
dies gewünscht wird. 5 Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Schubkolbenmotor
50 mit einem darin spielenden Schubkolben 51 mit zwei Kolbenstangen vorgesehen,
welcher die Nocken 52 und 53 bei seiner Bewegung mitnimmt. In diesem Falle sind
die beiden Speiseleitungen 54, 55 des Schubkolbenmotors jeweils an eine Pumpenkammer
56, 57 einer Pumpeinrichtung angeschlossen, die
im dargestellten
Beispiel aus einem Doppelkolben besteht, der in den in Fluchtung stehenden Pumpenkammern
spielt. Der Antrieb der Pumpe erfolgt über einen Kurbeltrieb 58. Der Kurbeltrieb
58 wird durch ein Regelgetriebe 59 von dem Motor 60 kontinuierlich angetrieben.,Damitist
der Ablauf der sinusförmigen Wechselbewegung des Schubkolbens 51 eindeutig und zwangsläufig
vorgegebea. Die Wechselbewegung k,ann mit großer Frequenz ausgeführt werden. Auch
hier liegt wieder ein gsohlossener Kreislauf vor, au. dem lediglich Leckverluste
über die beiden Rückschlagventile 61, 62 und die einstellbare Drosseleinrichtung
63 aus einer Hilfspumpe 64 in die jeweilige Saugleitung ersetzt werden, wobei die
Hilfspumpe von dem Motor 65 angetrieben wird und über die Saugleitung 66 aus dem
Sumpf 67 ansaugt. Der Druck der Hilfspumpe 64 wird über die Druckbegrenzereinrichtung
68 gesteuert.
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Um ein Auswandern des Hubes des Schubkolbena 51 nach der einen oder
anderen Seite gegenüber der Sollhubstrecke zu verhindern, dient wiederum eine Fühleinrichtung
70 mit zwei Fühlern 71, die in die Bahn der Nocken 52, 53 ragen. Auch hier sind
die Fühler als hydraulische Fühler ausgebildet.
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Wie bei dem vorherigen Beispiel können die Fühler ttber die Leitungen
72, 73, welche direkt an die Speiseleitungen 54, 55 des Arbeitskreises angeschlossen
sind, die jeweilige Druckleitung des Arbeitskreises bei Erreichen des vorgegebenen
Umsteuerpunktes mit einer Behälterleitung 75 augenblicklich und kurzzeitig verbinden,
so daß der Druck in der Druckleitung entlastet wird.
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Um aber zu ver-hindern, daß der Schubkolben 51 trotz der Entlastung
seiner Druckleitung über den Umkehrpunkt hinaufthrt, sei es durch die an ihm wirkenden
Massenkräfte, sei es durch das Verlustiggehen der StUtzwirkung auf der Saugseite
der Pumpe, ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß die Fühlereinrichtung
70 gleichzeitig mit dem Verbinden der Druckleitung mit der Behälterleitung, die
bisherige Saugleitung des Arbeitskreises augenblicklich und kurzzeitig mit einer
Quelle relativ hohen Druckes verbindet, wobei dieser Druck vorzugsweise den Arbeitsdruck
im Arbeitskreis übersteigt. Zu diesem Zweck sind die beiden'Fühler 71 mit einer
Druckleitung 80 verbunden, welche im dargestellten Beispiel.
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über eine Drosseleinrichtung 81 mit der Hilfspumpe 64 verbunden ist.
Mit dieser Einrichtung wird also nicht nur die bisherige Druckseite des Schubkolbens
51 bei Erreichen des vorgegebenen Umsteuerpunktes entlaetet, sondern gleichzeitig
auf der entgegengesetzten Seite des Schubkolbens 51 augenblicklich und kurzfristig
ein sehr hoher Druck aufgebaut, der jede weitere Bewegung des Kolbens in der bisherigen
Nicht tung abrupt unterbricht. Dieser zusätzlicheDruck auf der bisherigen Saugseite
hat den weiteren Vorteil, daß dadurch auch der Beschleunigungsvorgang in der neuen
Pahrtrichtung des Schubkolbens eingeleitet und unterstützt wird, so daß der Schubkolben
sofort nach Erreichen des Umsteuerpunktes seinen Hub in der entgegengesetzten Richtung
zuverlässig be ginnt. Diese zusätzliche Maßnahme kann selbstverständlich
bei
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 angewendet werden.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist in gewissen Punkten ähnlich
demjenigen nach Fig.2. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Sohubkolbenmotor 100
wiederum mit einem Schubkolben 101 mit zwei Kolbenstangen veraehen, deren eine mit
zwei Nocken 102, 103 zur Steuerung einer Fühleinrichtung 104 versehen ist, die ihrerseits
wiederum zwei hydraulische Fühler c 105 aufweist. Die Speiseleitungen 106, 107 des
Schubkolbenmotors verbinden diesen in einem geschlossenen Kreis mit einer über Null
steuerbaren Druckmittelpumpe 108, die als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist und
mit gleichbleibender Geschwindigkeit von einem Motor 109 angetrieben wird.
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Das Steuerglied 110 der:Arbeitsmittelpumpe 108 ist bei 111 schwenkbar
an einem Festpunkt gelagert und bei 112 an die Kurbel eines Kurbeltriebes 113 angelenkt.
Der Kurbeltrieb 113 wird von einem Regelgetriebe 114 kontinuierlich angetrieben,
zu dessen Antrieb der Motor 115 dient. Die Kurbelstange 116 des Kurbeltriebes ist
an einem ersten Schlitten 117 angelenkt, welcher über eine Stelleinrichtung 118
verschoben werden kann. Ein auf dem Sohlitten 117 beweglioher zweiter Schlitten
119 läßt eine weitere Verstellung des Anlenkpunktee mit Hilfe der zweiten Einstelleinrichtung
120 zu. Die erste Einstelleinrichtung 118 ist mit einer Einstelleinrichtung 121
des Regelgetriebes, z.B. über einen Kettentrieb 122
gekuppelt,
eo daß mit der Einstellung des Regelgetriebes synchron auch der Schwenkpunkt der
Kurbel 116 verlagert werden kann.
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Wenn bei vorgegebenes Hubweg die Frequenz der Wechselbewegun gen erhöht
werden soll, erfolgt eine entsprechende Veratellung des Regelgetriebea 114, so daß
die Zahl der Verschwenkungen des Stellgliadea 110 der Pumpe pro Minute vergrößert
wird. Da ein Schwenkwechsel des Stellgliedes 110 auf Grund der neuen Einstellung
in kürzerer Zeit als vorher erfolgt, muß, wenn die Hublänge aufrechterhalten wird,
die volumetrische Leistung der Pumpe 108 entsprechend vergrößert werden, damit der
Schubkolben in der kürzeren Zeit die gleiche Weg länge wie zuvor zurücklegen kann.
Dies wird durch die zwangsläufige Verstellung der Stelleinrichtung 118 für den einen
Schlitten mit der Verstellung des Regelgetriebes 114 gewähr leistet. Wenn andererseits
ohne Änderung der Hubfrequenz der Hubweg geändert werden soll, muß ebenfalls die
volumen trische Leistung der Pumpe verändert werden, damit in der gleichen Zeit
die andere Wegstrecke vom Schubkolben 101 durchfahren werden kann. Diese Verstellung
läßt sich mit Hilfe der zweiten Stelleinrichtung 120 ohne Anderung des Regelgetriebes
114 vornehmen. Selbstverständlich lassen sich auch beide inder-angen gleichzeitig
vornehmen.
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Auf Grund der bisher beschriebenen Anordnung ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel
der gesamte Bewegungsablauf einschließlich
der Umkehrbewegungen
und der damit verbundenen Abbremsungen und Wiederbeschleunigungen des Schubkolbens
101 durch die von dem Regelgetriebe 114 und den Kurbeltrieb 113 vorgegebenen Bewegungen
des Schwenkgliedes 110 der Pumpe 108 bestimmt. Eine auslösung oder Steuerung des
Umsteuervorganges in AbhängigkeZit von dem Erreichen bestimmter Stellen des Hubweges
ist hierbei ebensowenig wie bei den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen notwendig.
All die hierzu bisher erforderlichen Steuereinrichtungen, welche die Steuerzeit
und damit den Umsteuervorgang verzögern und damit ein Arbeiten mit höchsten Frequenzen
verhindern, sind bei dieser Anordnung ebenso wie bei den anderen Ausführungabeispielen
entbehrlich.
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Durch die Fühlereinrichtung 104, deren Fühlerkolben über die Leitungen
125 und 126 jeweils direkt an die Druckleitungen 106, 107 dea Arbeitskreises angeschlossen
sind, kann jeweils die bei Annäherung eines Umsteuerpunktes unter Druck stehende
Leitung bei Erreichen des Druckpunktes augenblicklich mit der Behälterleitung 127
verbunden werden. Ebenso wie bei dem Ausfffhrungsbeispiel nach Fig. 2 wird gleichzeitig
dafür Sorge getragen, daß die bisher vom Druck entlastete Seite des Schubkolbens
101 bei Erreichen des Umsteuerpunktes unter einem erhöhten Druck gesetzt wird, welcher
den Arbeitadruck im Arbewtskreis übersteigt. Zu diesem Zweck ist eine erste Hilfspupe
130 vorgesehen, deren Druck beispielsweise über den Drueibegrenzer 131 auf 80 At
begrenzt ist, sofern
angenommen wird, daß der Arbeitsdruck im Arbeitskreis
etwa 60 Atü beträgt. Die Pumpe 130 dient zur Aufladung eines Akku mulator. 132,
der über die Leitung 133 an die Fühleinrichtung in ähnlicher Weise wie die Pumpe
64 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 angeschlosen ist. Die Arbeitsweise der Fühleinrichtung
ist praktisch die gleiche wie bei dem Ausführungebeiapiel nach Fig. 2.
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Um, wie in der Beschreibungseinleitung angedeutet, zu gewährleisten,
daß der Schubkolben 101 auch-in jedem Falle den Um steuerpunkt erreicht, so daß
die Fühleinrichtung 104 zur Genauigkeitssteuerung wirksam werden kann, ist bei diesem
Ausführungsbeispiel ein zweiter Hilfskreis mit einer Pumpe 140.
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vorgesehen, die wie die Pumpe 130 von dem Motor 141 angetrieben werden
kann. Beide Pumpen können aus dem Sumpf 142 anaugen. Der Druck dieser zweiten Hilfspumpe
140 wird über den Druckbegrenzer 143 auf einen Wert begrenzt, der etwa dem Arbeitsdruck
im Ar#beitskreis des Schubkolbenmotors 100 entspricht. Im dargestellten Beispiel
wird der Druck beispielsweise auf 60 At begrenzt.
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Der auf diese Weise begrenzte Druck der zweiten Servopumpe 140 wird
dauernd oder wenigstens bei Annäherung an einem Umkehrpunkt auf die dann wirksame
Druckleitung des Arbeitskreises, also entweder auf die Leitung 106 oder die Leitung
107 des Schubkolbenmotors 100 zur Einwirkung gebracht. Die synchrone
Umsteuerung
der Verbindung zwischen der Servopumpe 140 und der jeweiligen Druckleitung erfolgt
mit Hilfe einer Ventileinrichtung 145, welche durch den Kurbeltrieb 113 betätigt
ist. Durch ein Rückschlagventil 146 kann verhindert werden, daß ein zu hoher Druck
auf die Pumpe 140 rückschlägt. Das gleiche kann aber auch dadurch verhindert werden,
daß das Umsteuerventil 145 ao ausgebildet ist, daß die Verbindung zwischen der Pumpe
140 und den Leitungen 106 und 107 während der Mitte des Umschaltvorganges des Ventils
145 kurzzeitig vollständig unterbrochen ist. Durch diesen zusätzlichen Servokreis
mit der Servopumpe 140, welcher Kreis auch bei den anderen Ausführungsbeispielen
zu dem gleichen Zweck und mit dem gleichen Nutzen eingesetzt werden kann, wird derjenigen
Druckleitung, welche die Aufgabe hat, den Schubkolben wenigsteins bis zum Umkehrpunkt
durchzuschieben, zumindest bei Annäherung an den Umkehrpunkt zusätzlich Öl unter
dem Arbeitdruck zur Verfügung gestellt, welches auch dann, wenn sich die umsteuerbare
Pumpe 108 nahezu in ihrer Neutralstellung befindet, genügend Öl zur Verfugung stellt,
um den Kolben bis zum Ende seines Hubes durchzuschieben, wobei die Tendenz besteht,
daß auf Grund dieses Zusatzöls der Kolben über dieaen Umkehrpunkt hinausfahren will.
Ein solches Verhalten ist sehr erwünscht, da nur dann, wenn der Kolben mit Sicherhellt
den Umkehrpunkt erreicht, die Fühleinrichtung 104 zur Genauigkeitssteuerung wirksam
werden kann.
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Bekanntlich herrscht in einem geschlossenen Arbeitskreis lit Leerlauf
auf der Saugseite der Pumpe nahezu der gleiche Bruak wie in der Druckleitung der
Pumpe, die Einstellung des Getriebes erfolgt in aller Regel im Leerlauf. Wenn der
Schubkolben 101 dagegen Arbeit leisten muß, d.h. belastet wird, sinkt der Druck
in der Saugleitung gegenüber dem Arbeitdruck merklich ab. Auf Grund des Servostromes
aui der Servopumpe 140 besteht damit auch dann, wenn bei Erreichen der Neutralstellung
der Pumpe gewisse labile Zustände auftreten, die Gewährt daß bei Belastung des Kolbens
zwischen Druokgeite des Kolbens und Saugseite des Schubkolbens eine ausreichende
Druckdifferenz besteht, die den Schubkolben 101 voll in die vorgesehene Endstellung
fahren läßt. Da diese Druckdifferenz bei Belastung des Kolbens 101 größer als im
Leerlauf ist, besteht keinerlei Gefahr, daß bei Belastung ein Unter lauf gegenüber
der im Leerlauf vorgenommenen Einstellung eintreten kann. Dies ist bei Werkzeugmaschinen
von außerordentlicher Bedeutung.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, nämlich einerseite das
Arbeitsspiel des Schub kolbens von einer wegabhZngigen Steuerung unabhängig zu machen
und andererseits mit Hilfe einer Fühlereinrichtung ein einseitiges Auswandern der
Isthubstrecke von der Sollhubstrecke des Arbeitskolbens 101 zu verhindern, läßt
sich auch mit anderen, z.B. einer elektrisch arbeitenden Fühlereinrichtung verwirklichen,
Hierbei
kann die elektrische Fühleinrichtung die Sollhubstrecke
mit der Isthubatrecke des Arbeitakolbens ständig vergleichen und aus der Differenz
Steuerimpulse herleiten, welche auf das Regelgetriebe 114 einwirken und zwar im
Sinne einer Kompen -sation dieser Abweichungen. Eine solche elektrische Fühlersteuerung
ist jedoch von wesentlich größerem Aufwand als die bevorzugte hydraulische Fühlereinrichtung.
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Ansprüche