DE1923740A1 - Weitgehend lastunabhaengige Genauigkeitsumsteuerung an einem hydraulischen Leistungsantrieb fuer Wechselbewegungen,beispielsweise fuer Werkzeugmaschinen und Aufzuege - Google Patents

Description

Ή -JD Σ: :: U ^G , S?90 R^wjishorn {K~„ Thurcsu, Schweiz}

lastunabhängige Genauigkeitsumsteuerung an einem hydraulischen Leistungsantrieb für Wechselbewegungen, beispielsweise für Werkzeugmaschinen und Aufzüge.

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Gegenstand der vorliegenden Erfindung 1st eine weitgehend lastunabhänglge Genauigkeltsuoisteuerung an einem hydraulischen Leistungsantrieb für Wechselbewegungen, beispielsweise für Werkzeugmaschinen und Aufzüge, mit einer über den Nullpunkt wechselweise nach beiden Antriebsrichtungen fördernden Hauptölpumpe für den Antrieb eines hydraulischen Motors oder eines doppeltwirkenden Zylinderkolbensystems mit einer wegabhängigen Geschwindigkeitsumsteuerung, ferner mit einem der Hauptölpumpe zugeordneten Servoölkreialauf mit Servopumpe sowie einem spannuvigsabhäwglgsn elektro-hydraulischen Servoateuerventil zur Steuerung der ümkehrbewegung der Hauptölpunipe.

Gcmauigkeitisumssteurungen, z.B, Werkzeugmaschinen mit geradlinigem Spanfbnahm©, wie beispielsweise Stoss- und Langhobelmaschifür g^ÖBfiare Spanleiötungen sind an und für sich bekannt,

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^r.Wyjh is-I; der Aufwand an Elektronik bei numarlachen Steuerungen aehr gross und kostspie.·.ig atich in Kombination mit den herkömmlichen hydraulischen Mitrieben..

Dia vorliegende Erfindung 1-3 st das Problem mit weit einfacheren Mitteln, und zwar dadurch, dass zur Bestimmung der Umsteuercharaktaristik samt Bremsweg, Umsteuerpunkt und Wiederbeschleunigiingsweg an dem hin- "ind herzubewegenden Maschinen- oder Aufzugsteil, oder an einem mit diesem in Bewegungsverbindung stehenden Bär ümsteuerflachen vorgesehen sind, und dass in der Mitte der Bewegungsbahn dieser Umsteuerflächen ein von diesen beaufschlagter Fühler eines elektrischen Regelorgans angeordnet ist, das zwecks Weiterleitung der der jeweiligen Stellung der Umsteuerflächen gegenüber dem Fühler entsprechenden elektrischen Werte des Regelorgans über einen elektronischen Verstärker mit der Magnetspule des Elektro-hydraulischen Servoventils verbunden ist, das Gansse derart, dass jeder Berührungspunkt zwischen Fühler und Ums heuerfläche im Regelorgan einen bestimmten kapazitiven, induktiven oder Spannungswert entspricht, welche Werte über den elektronischen Verstärkersatz dem elektrohydraulischen Servoventil zugeführt werden, das seinerseits die über den Nullpunkt regelbare Oelantrlebspumpe hinsichtlich deren benötigter Förderinengen im Bereiche der wahlweise eingestellten maximalen Geschwindigkeiten unabhängig für Vorlauf */i<a für Rücklauf steuert.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Genauigkeitsunijteuerung in achematlscher Darstellung, und zwar zeigt:

Flg. 1 ein Schema der Anlage,

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Pig, 2 eine jchemafcischo Darstellung des Sjoannungsver-

Ira Servoventil in der Umsteuerphase,

Fig. 3 eine jrapviraho Darstellung der Pumpenfördermenge in der Umsteuerphase, und

Fig. 4 ein Wag-Geschwindigüteitsdiagramm im Umsteuerbereich des hin- und herzubewegenden Maschinenoder Aufzugteils bzw. Bars.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine über ihren Nullpunkt umsteuernde,

in beiden Drehrichtungen fördernde Hauptölpumpe. Diese steht über Rohrleitungen 2 und 3 mit einem hydraulischen Motor 4 in Verbindung. Hauptölpumpe 1, Rohrleitungen 2,3 und Hydraulikmotor 4 bilden einen geschlossenen Kreislauf. Der Hauptölpumpe 1 · ist ein spannungsg<»regeltes Servoventil 5 zugeordnet, das einerseits über eine Rohrleitung 6 mit einer Hiifs- bzw. Steueröl·- purope 7 in Verbindung steht und anderseits über eine elektrische Leitung anelien elektronischen Verstärker 9 eines Elektroniksatzes 10 angeschlossen ist, der mit je einem Geschwindigkeitsregler 9' für die Arbeitsgeschwindigkeiten VA und die Rücklaufgeschwindigkeit VR ausgerüstet ist, mit denen die von

Fall zu Fall gewünschten beiden Geschwindigkeiten als maximale Werte überhaupt eingestellt werden können.

Mit 11 ist. ein sur Haupt^lpunpe 1 parallel geschalteter Speise- und SpülblocK bekamter Bauart bezeichnet, der über Rohrleitungen 12 und 1.3 mit ian zutn Hydraulikmotor 4 führenden Leitunger 2,3 kommuniziert. line Ueberlaufleitung 11 führt vom Speise- und Sptilblock 11 sam Oeltank 15, Mit 16 ist ein zur Hauptölpumps 1 parallel geschaltetes Bypass ventil bezeichnet das über Rohrleitungen .17 und IS mit den zum Hydraulikmotor 4 füh-

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~ 4 renden I-eitv-ngon 2,3 verbunden ist.

Der Hydra;:j,iäY-c cor steht liber ein Getriebe 19 und 20 mit einer Schraubenspindel 21 in Bewegungsverbindung, welch letztere als Antrieb für eimern Bär 22 oder aber für den hin- und herzubewegenden Maschinen- oder Aufzugteil dient. An dem Bär bzw. Maschinenoder Äufsugteil 22 sind Steuerelemente 23 und 24 ver*- schiebbar und in der gewünschten Stellung feststellbar angeordnet. Jedes dieser Steuerelemente weist eine speziell gestaltete Steuerfläche 23' bzw. 24' auf, in deren Bewegungsbahn das Ende 25' einen linear beweglichen Tastelementes bzw. Fühlers hineinragt. Der Fühler 25 steht in Wirkungsverbindung mit einem Linear-Potentiometer 26, das über eine elektrische Leitung 27 an den ElektronikblocJ: 10 angeschlossen 1st, welch letzterer neben dem Verstärkersatz 9 eine Spannungskipp-Einrichtung 28 enthält. Von der SteueröTpumpe 7 bzw. der Rohrleitung 6 zweigt eine zum Speise- und Spülblock führende Rohrleitung 29 ab. Eine weitere an die Steuerölpumpe 7 bzw. an die Rohrleitung 6 angeschlossene Kohrlcjitung 30 mit Ueberdruck- bzw. Rückschlagventil 31 führt in dan OeJLtank 15,

Angenommen, die Hauptölpyjupe 1 fördere Drucköl durch die Leitung 2 zum Hydraulikmotor 4. Nehmen wir weiter an, dass der Bär 22 über di-s Getriebe 19,20 und die Schraubenspindel 21 dabei in Richtung des in Fig„ 1 eingezeichneten Ffeiies A bewegt werde, "and swar mit einer der mit dem Geschwindigkeitsregler 9¹ in, Pia. 1 ringes te J.lcen bzw. vorgewählten maximalen konstanten Geschwindigkeit. Nachdem der Bär 22 die freie Strekke awischsr. den Umsteuerc-leir.entsn 2"?·, 24 durchlaufen hat, läuft di'< UinEnottrrrfiädia '?A' auf das Fühlerends 25' «vf, v^cbei der Fühler .15 x-.\ dichtung des Pfeiles 3 verschobc-n ιΧι.Λ.,

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wird im Li-as-ar»Potentiometer 26 eine Spannungsänderung ausgelöst. Diese Spannungsänderung reguliert über die elektrische Leitung 27. den Verstärkersatz 9 und eine Mangetspula des Servo ^3Bt-IIa S ilun von. der Hilfspumpe 7 dem Servoventil zugeführten Oeidsvak. für die Verstellung des Exzentrizität dar sowohl bezüglich ihrer Fördermenge als auch in der Förderrichtung regelbaren Hatiptölpumpe 1. Es wird also durch den Verstärkersatz 9 und das Servoventil 5 die verhältnlsmässig kleine elektrische Sparmungänderung des Linear-Potentiometers in eine entsprechend grosse mechanische Kraft umgewandelt, welche dann die Hauptölpurapa in der gewünschten Schwenkrichtung verstellt, so dass die Fördermenge bis annähernd auf Null abfällt, wobei die Pumpe bei Erreichen des Kipp-Punktes in entgegengesetzter Richtung springt xmä. nun Drucköl durch die Leitung 3 zum Hydraulikmotor 4 treibt«, Dies hat zur Folge, dass sich nun das Getriebe 19,20 sowie auch die Schraubenspindel 21 in der entgegengesetzten. Richtung drehen und dabei den Bär 22 in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles C verschieben. Hierbei bewegt sich der auf die Usus teuerfläche 24" aufgelaufene Fühler 25,25' unter Federwirkuncj in Richtung des Pfeiles D, wobei durch das Linear-Potentiometer 26 wiederum Steuerungswerte über die Leitung 27, den Verstärkersats 9 und die ,Leitung 8 an das Servoventil 5 abgegeben werden, und K»ar im Sinne einer Erhöhung der Fördermenge vsrxd damit einsr entsprechenden Beschleunigung der Bewegung des Bars 22« Beim Auflaufen der Omsteuerflache 23' auf das Fühlerondo 25^f erfolgt οIns Wiederholung des beschriebenen Um-

Döt Speise- imd läpülbloek 1.1 sorgt einerseits für den Ersatz er«« \::·;." -tr -"hl'.x:& itii'iu*höhenden Leckverlustes in geschlossenem <\*.'/.\viV.)v.Z'l \"·ά;.-ί 1,2,3_r-5 und anderseits auch fü>: einen Oolaus-

*■ für die Entlüftung dar abwachslungsweise 009812/ 1153

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nicht urcer Druck stehender. Oelleitungen 2 bzw. 3, wodurch einer Ueberhlhzung des ständig Druckstöasen ausgesetzten nnd hin- unc¹ herbewegten GoIeF- vorgebeugt wird. Der Speise- xm.3. Jpüiblocc 11 asr.toiili. ^fVii£er zwei geganeinander geschaltete Uebardruckventile, die alifä?„lig vorhandenen üefaerdruck ebenfalls wechselseitig nach der gerade nicht unter Druck stehenden Leitung 2 bzw. 3 ablassen. Dem Bypass-Ventil 16 fällt die Aufgabe zu, insbesondere bei der Bremsung der hydraulischen Antrlebspumpe und einer eventuell zusätzlichen Ahbremsung des Hydraulikinotors 4 zu einem Ausgleich des allenfalls noch vorhandenen geringen Oelstroznes zu sorgen, wenn beim Stillstand der Hauptölpumpe 1 wegen gewisser üngenauigkeiten noch ein minister Oslstroia zum Hydraulikmotor gefördert werden sollte.

Während die verstellbar angeordneten ürasteuersleaaente 23,24 die Uiiblänge bzw. Hubhöhe des Bars 22, und dt&rch die besondere Profilierung der Umsteuerflächen 23* ,24' auch die Brests- und tfiederbeschleunigunga-Charakteriatik bestiismen, fällt der Spannungskipp-EinrAchtung 28 die Aufgabe zu, einerseits den Spannungsnullpunkt * Geschwinclgkeitsnullpunkt der letzten Brems- bzw. der ersten Wiederbeschleunigungs-Phase zu überspringen und damit den Verlauf bis zur effektiven Nullspannung zu vermeiden, wobei anderseits aber gleichzeitig auch der erforderliche Anfangsspannungswert für die Wiederbeschleunigung überhaupt geliefert wird.

In Fig. 2 ist der Spannungsverlauf im Servoventil graphisch dargestellt. Der Ast K zeigt die abfallende Spannung beim Auflaufen des Bars auf die Uras teuer fläche. Im Punkt m tritt die Spannungs-Kippvorrichtung in Aktion, und zwar bei einem Spannunga%ert im Servoventil von w&föigstenä angenähert 1% der .,

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maximalen Spannung. O bezeichnet den Spannungsnullpunkt, während P den Spannungsanstieg nach der erfolgten Umsteuerung darstellt.

In Fig. 3 i3t die dem Spannungsverlauf nach Fig. 2 entsprechende Pumpenfördermenge graphisch dargestellt, und zwar bezeichnet der Ast V den Abfall der Fördermenge infolge dor durch die Umsteuerfläche bewirkten Geschwindigkeitsverzögerung, während der Ast B den Zuwachs des PumpenfOrderstromes in der Beschleunigungsphase anzeigt, s bezeichnet den Umsteuerweg beim Spannungskippen. .

Xn Fig. 4 let der Geschwindigkeitsverlauf auegezogen gezeichnet für eine gleichförmig© Verzögerung und Beschleunigung graphisch dargestellt, und zwar zeigen die Geraden E und E* konstanten Geschwindigkeiten des Bars, wenn sich die Umsteuerelemente 23, 24 auseerhalb des Bereiches des Fühlers 25,25' befinden. Die schräge*Gerade F zeigt die vom Potentiometer 26 gesteuer-■ te, bis annähernd auf die Nullinie N abfallende Geschwindigkeit während des Bremsvorganges, und die schräge Gerade G verdeutlicht die entsprechende Wiederbeschleunigungsphase. Mit Sk

ist die UeberbrÜckung beim Spannungskippen angedeutet. Beträgt in Fig. 4 beispielsweise die Geschwindigkeit E bis zum Beginn der Verzögerung 90 m/min., so beträgt sie im Punkt a nur 60 m/min., im Punkt b 30 m/min, und im Punkt c 6 m/min. Nach dem Ueberschreiten der Nullinie N setzt die Beschleunigung ein, wobei die Geschwindigkeit im Punkt d 6 ia/min., im Punkt e 30 m/min., im Punkt f 60 m/min, beträgt und bei E' die Noruaigeschwindigkeit von 90 m/mln. erreicht.

Wie Fig_o 4 weiter zeigt, laufen bei linearer Kurvensteuerung durch das Potentiometer Verzögerung und Wieöerbeschleunigung

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in eine verhäl^riismäasig lange Spitze auc Diese Spitze kann bftl Vervendung einer pstrabel- oder 3inus-förralgen Kurve wesentlich verkürst v-erden. Der Verlauf der Verzögerung und Wieder-. beschleunigung ist für diesen Fall in Fig. 4 durch die Kurven H und J wiedergegeben. Zu einem ähnlichen Effekt führt es, wenn man dag Profil der Umsteuerflächen nach einer Exponentialkurve mit einem Exponenten grosser als 1 gestaltet.

Für die Hauptölpumpe 1 kann mit Vorteil eine Axial-Kolbenpumpe verwendet werden, während anstelle des Hydraulikmotors 4 auch ein Zylinder-Kolbensystem verwendet werden kann.

Auch ist es möglich, anstelle des Linear-Potentiometers ein anderes elektrisches Regelorgan zu verwenden, beispielsweise einen kapazitiv-regelbaren Kondensator oder einen variable-induktive Werte liefernden Induktor.

Was die Umsteuerflächen 23',24· betrifft, so kann deren Profil verschieden geformt sein, beispielsweise als Schrägfläche bzw. schräge Gerade oder, wie erwähnt, als Exponentialkurve. Auch ist es denkbar, die Profile der Umsteuerflächen sinuslinien- oder parabeiförmig zu gestalten oder aber verschiedene dieser Profile zu kombinieren.

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Claims (1)

1. ._.. P Ä T E NT Ä N S P .$ ü E C H E :, .

   iiriitgehe nd *lästUAabhänglg@ Gensiiilgfceitsumsteasrungen an ti !«©in hydraulischen £.sistiirigsraiit';leb für 'Wechso Itewegungan_r beispielsweise für Weprkaeugmaschiasn und" Aufzüge, mit einer über den Nullpunkt vfechselwei?a nach beiden Antriebsrichtungen fördernden Hauptölpumpe für den Antrieb eines hydraulischen Motors oder eines doppeltwirkenden Zylinderkolbensystems mit einer wegabhängigen Geschwindigkeitssteuerung, ferner mit einem der Hauptölpumpa zugeordneten Servcsölkreislauf mit Servopumpe so «/ie einem spannungsabhängiyen elektro-hydraulischen Servosteuerventil zur Steuerung der Ömkehrbewegang der Hauptölpumpe, dadurch gekennzeichnet _r dass zur Bestimmung der Ümsteuercharakteristlk samt Bremsweg, ürasteuerpunkt und Wiederbeschleunigungtiweg an dem hin— und herzubewegenden Maschinen- oder Aufzugteil oder an einem mit diesem in Bewegungsverbindung steheaden Bär (22J befestigte Umsteuerflächen (23',24*} t/crg&sehen sind, und dass in der Mitte der Bewegungsbahn der Umsfceuerflachen ein von diesen beaufschlagter Fühler (25',25) eiticr; elektrischen Segelorgans (2G) angeordnet ist, das £»/ecks Weiterleitung dei der jeweiligen Stellung des Fühlars (25,25·) gegenüber cen Umsteufö.-flachen antsprechenden elektrischen Wert«? des Regelorgans (2G) über einen elektronischen Verstärker (91 mit der Magnetspule des elektrohydraKlinchea Servoventils (5) verbunden ist, das Ganze derart, dsius jeder Serüftirunga^imki: zwischen Fühler (25_(f25^c> und ümsteuerflache (23* bzw. 24¹J Im Regeiorgan (2S) einem 1)3«stimmte -v kapaaiti vexi, i.nd »lic Liven oder Spainnungstrert ent-

   letiitaro Warte über de» elekcroniBchen ¥er-

   oventil C5)

   (9) den aJoktroy
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   ~ ίο -

   ...werden», das.«»ainärsait.s.die über den Nullpunkt,. regelbare. HauptöXpvEce XX) hinsichtlich deren benötigter Förderrnarigen steuert,

   _c Göiiaaigksitsamsteuerung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass das elektrische Regelorgan (26) ein kapazitiv regelbarer Kondensator ist.

   3. Genauigkeitsumsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Regelorgan.(26) ein Linear-Potentiometer ist.

   4. Genauigkeitsumsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass daa elektrische Regelorgan (26) durch einen variable induktive Werte liefernden Induktor gebildet ist.

   5. Genauigkeitsumsteuerung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die Umsteuerflächen (23*,24·) durch je eine Schrägfläche gebildet sind.

   6. Genauigkeitsumsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _r dass die Profile der Unisteuer flächen (23 ',24·) nach einer Exponentialkurve verlaufen.

   7· Genauigkeitsumsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile der Umsteuerflächen (23',24¹J einen Abschnitt einer Sinuslinie bilden.

   0» Genauigkeitsumsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-, dttss die Profile der Uns teuer flächen (23·, 24·)

   parabalföxraig au&gebildät. 0 U 9 8 f 2 /

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   9. Genaulgkeit.sunsfc^r"*erung m;ch Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Proflie der Umsteuerflächen (23',24') eine Kombination verschiedener Kurvenformen darstellen.

   10. Genauigkeitaumeteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Umsteuerflächen (23*,24·) tragenden Steuerelenente (23,24) lähgsverechiebbar und/oder drehbar und In den verschiedenen Stellungen feststellbar angeordnet sind.

   11. Genauigkeitsumsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektronikeatz (lO) vorgesehen ist, zu dem Zweck, die der Stellung des Fühlers (25,25') gegenüber den Umsteuerflächen (23',24') entsprechenden elektrischen Werte verstärkt dem elektro-hydraullachen Servoventil (5) zuzuleiten.

   12. Genauigkeitsumsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

   zeichnet, dass dem Elektronlksetz eine Spannungs-Kippeinrichtung (28) zugeordnet ist, der die Aufgabe zukommt, den Spannungsnullpunkt * Geschwindigkeitsnullpunkt nahe • bei dessen Erreichen su überspringen und direkt auf den entsprechenden SpannungBwiederbeschleunigungswert umzukippen.

   Für HYDREL AG J der Patentanwalt:

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