DE2204186A1

DE2204186A1 - Elektro-hydraulischer Schrittmotor

Info

Publication number: DE2204186A1
Application number: DE19722204186
Authority: DE
Inventors: Seiuemon; Shimizu Kanryo; Kawasaki; Ito Kohei Fujisawa; Kanagawa; Amemiya Youichi; Gamo Gotaro; Tokio; Inaba (Japan). P
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1971-01-29
Filing date: 1972-01-29
Publication date: 1972-08-10
Also published as: JPS473198U; SU745378A3; GB1374523A; FR2123528A1; DE2204186B2; JPS526794Y2; IT948949B; FR2123528B1; US4031811A; CH533771A

Description

Dipl.-lng. Reinhold Kramer

PATENTANV/ALT

8000 München 60

Flooemannetraße 15 2 2 0 A 1 O

Telefon (0811) 8836 03/883604

72/8705

!Fujitsu Limited
Kawasaki-shi / Japan

Elektro-hydrauli scher Schrittmotor

Die Erfindung betrifft einen elektro-hydraulischen Schrittmotor mit einem elektrischen Schrittmotorteil, einem Vierweg-Drehsteuerventilteil und einem hydraulischen Motorteil, die funktionsmässig miteinander verbunden sind sowie einem Rückkopplungsmechani smus.

Bei dem bekannten elektro-hydraulischen Schrittmotor dieser Art sind die aus dem elektrischen Schrittmotor dem Vierweg-Drehsteuerventil und dem hydraulischen Axialkolbenmotor bestehenden Hauptteile durch ein Untersetzungsgetriebe und eine Gewindeverbindung, die eine Rückkopplung bewirkt und eine Rückkopplungsschleife in der hydraulischen Leitung des elektro-hydraulischen Schrittmotors bildet, funktionsmässig miteinander verbunden. Der bekannte elektro-hydraulische

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Schrittmotor arbeitet nach dem folgenden Prinzip.

Abhängig von der Eingabe eines elektrischen Impulses oder einer elektrischen Impulsfolge in den Eingang des elektrischen Schrittmotors wird mittels eines Untersetzungsgetriebes eine vorgegebene Drehung der Welle des elektrischen Schrittmotors auf den Ventil schieb er bzw. die -'Spindel des Vierweg-Drehsteuerventilteils übertragen und eine Drehung der Spindel bewirkt. Die Drehung der Spindel wird durch die Gewindeverbindung in eine axiale Verschiebung der Spindel umgewandelt. Durch die axiale Verschiebung der Spindel aus einer neutralen Ausgangsstellung heraus wird ein öleinlasskanal des Drehsteuerventilteils geöffnet und von einer Druckflüssigkeitsquelle ein hydraulisches Medium zugeführt, das den hydraulischen Motorteil betätigt und an der Welle des hydraulischen Motorteils, welche zugleich die Ausgangswelle des elektro-hydraulischen Schrittmotors darstellt, ein verstärktes Drehmoment erzeugt. Die Ausgangsgrösse wird einerseits zum Antreiben einer Maschine verwendet, andererseits wird hierdurch der Ventilschieber bzw. die Spindel des Vierweg-Drehsteuerventilteils vermöge der Gewindeverbindung wieder in ihre neutrale Ausgangslage zurückgebracht, bei welcher die hydraulische Leitung gesperrt ist. Damit ist der Arbeitszyklus beendet, der dem dem ialektro-hydraulisehen Schrittmotor zugeführten Eingangsimpuls entspricht.

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Wenn diese Art eines elektro-hydraulischen Schrittmotors als Antrieb für den Vorschub einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bestimmt ist, kann es vorkommen, dass der elektro-hydraulische Schrittmotor infolge eines Unfalls bzw. einer im Arbeitsablauf der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine auftretenden Störung durch die numerische Steuereinrichtung plötzlich angehalten werden muss. Dies bedeutet, dass die dem elektrischen Motorteil zugeführten elektrischen Eingangsimpulse plötzlich unterbrochen werden und hierdurch wird beim Schliessen des Vierweg-Steuerventilteils ein unerwünscht hoher flüssigkeitsdruck in den Leitungen verursacht. Dies deshalb weil zufolge der durch die Trägheit bedingten kurzzeitigen Weiterdrehung des hydraulischen Motorteils nach Unterbrechung der Drehbewegung des elektrischen Teils des Schrittmotors in den Flüssigkeit sleitungen ein Flüssigkeitsdruck auftritt. Dieser verursacht häufig einen Bruch der Flüssigkeitsleitungen oder des Vierweg-Steuerventilteüs und damit eine Unterbrechung der Arbeitsweise des elektro-hydraulisehen Schrittmotors. Ausserdem besteht die Gefahr, dass dieser Bruch häufiger bei der Zunahme der Drehgeschwindigkeit des elektro-hydraulisehen Schrittmotors auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Anordnung von Sicherheitsventilen den in den Leitungen auftretenden Flüssigkeitsdruck auf einen vorgegebenen maximalen Wert

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zu begrenzen.

Dies ist bei einem elektro-hydraulischen Schrittmotor der einleitend genannten Art erfindungsgemäss dadurch möglich, dass Sicherheitsventile vorgesehen sind, von denen Jedes einen Zylinder mit einer Zylinderbohrung besitzt, deren eines Ende mit einem Einlasskanal oder einem Rückflusskanal des Vierweg-Steuerventilteils und deren zweites Ende mit einer Flüssigkeitsleitung des hydraulischen Motorteils verbunden ist, dass der Zylinder ferner eine hydraulische Umgehungsleitung mit einem Einlass und einem Auslass in der Wand der Zylinderbohrung enthält, die mit einer Leitung zu dem Einlasskanal bzw. Rückflusskanal hydraulisch verbunden werden kann, dass in die Zylinderbohrung ein öldichter Kolben gleitbar eingepasst ist, der durch die Federkraft einer in der Zylinderbohrung angeordneten Feder zusätzlich zu dem Druck der Flüssigkeit des Einlasskanals bzw. des Auslasskanals auf die eine Stirnfläche des Kolbens entgegen dem Druck der Flüssigkeit der Flüssigkeitsleitung des Motorteils auf die andere Stirnfläche des Kolbens gegen das zweite Ende der Zylinderbohrung gedrückt und hierdurch die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Einlasskanal bzw. Rückflusskanal und der Flüssigkeitsleitung des hydraulischen Motorteils unterbrochen wird.

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Me Erfindung wird durch. Ausführungsbeispiele anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Längsschnittansieht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines mit Sicherheitsventilen versehenen elektrohydraulisch^ η Schrittmotors j

Fig. 2 eine Teilschnittansieht eines erfindungsgemäßen Sicherheitventils j

Fig. 3 eine Teillängsschnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektrohydraulischen Schrittmotors.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektrohydraulischen Schrittmotors. Wenn dem elektrischen Teil 3 cLes Schrittmotors über einen Eingang 2 elektrische Eingangsimpulse zugeführt werden, wird durch die Drehbewegung am Ausgang des elektrischen Teils 3 über ein Untersetzungsgetriebe 4 eine Spindel 5 eines Vierwegsteuerventilteils 7 so betätigt, daß in einem Hülsenteil 6 des Ventils 7 Kanäle freigegeben werden. Die Freigabe erfolgt, weil bei einer Drehbewegung der Spindel 5 diese gleichzeitig aufgrund einer Gewindeverbindung 13 axial verschoben wird. Die Gewindeverbindung 13 ist an einem Ende der Spindel 5 und &n einem Ende einer Ausgangsw eile 15 des hydraulischen Motorteils 14 angeordnet. Durch die Längsverschiebung verschieben sich vorspringende Teile 5a (cc sind in Fig. 1 drei derartige Teile dargestellt) aus ihrer neutralen Stellung.

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Venn die Kanäle des Hülsenteils 6 geöffnet werden, wird die Druckflüssigkeit aus einer nicht dargestellten Quelle über einen Einlaßkanal 8 je nach positiver oder umgekehrter Drehung des elektrischen Teils 3 des Schrittmotors in die hydraiische Leitung 10 oder in die hydraulische Leitung 11 geleitet. Die eingeleitete Flüssigkeit treibt den Hydraulikmotorteil 14 an und erzeugt an einer Ausgangswelle 15 ein starkes Ausgangsdrehmoment. Die den hydraulischen Motorteil 14- antreibende hydraulische Flüssigkeit kehrt über die Leitungen 11 oder 10 und einen hydraulischen Eückflußkanal 9 wieder zur Druckflüssigkeitsquelle zurück.

Wenn sich die Ausgangswelle 15 des hydraulischen Motorteils dreht, wird aufgrund der Gewindeverbindung 13 die Spindel 5 erneut derart betätigt, daß sie in die neutrale Stellung zurückkehrt, bei der die Kanäle der Hülse 6 des "Vierwegsteuerventilteils 7 vollständig geschlossen sind.

Bei dem elektrohydraulischen Schrittmotor nach Fig. 1 sind in den Leitungen 12a, 23a, bzw. 12b, 23b, Sicherheitsventile 1 angeordnet, die den Einlaßkanil 8 für die Hydraulikflüssigkeit über die Hülse 6 mit der Leitung 10, bzw. 11, verbinden. Die Sicherheitsventile bewirken, daß bei einem raschen Anstieg des Flüssigkeitdrucks innerhalb der Leitung 10, bzw. der Leitung 11, der gewöhnlich bei einer Fortsetzung der positiven, bzw. umgekehrten Drehung des hydraulischen Motorteils 14 nach einer plötzlichen Arbeitsunterbrechung des elektrischen Schrittmotorteils

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Z aufgrund der Trägheit auftritt dieser entspannt wird, so daß ein Bruch der hydraulischen Leitungen oder des Vierwegsteuerventilteils vermieden werden kann.

Im folgenden werden anhand von Fig. 2 der Aufbau und die Wirkungs weise des in Fig. 1 dargestellten Sicherheitsventils im Detail erläutert.

Bei dem in dem elektrohydraulischen Schrittmotor eingebauten Sicherheitsventil 1 wird die von der nicht dargestellten Druckflüssigkeitsquelle gelieferte Flüssigkeit in einen an dem einen Ende eines Zylinders 16 vorgesehenen Kanal 22a eingespeist, der über eine Leitung 2?a, bzw. 23b, hydraulisch mit dem Einlaßkanal 8 für die hydraulische Flüssigkeit verbunden ist, während gleichzeitig die in den Hydraulikleitungen 10, bzw. 11, befindliche Flüssigkeit einem am anderen Ende des Zylinders 16 vorgesehenen Kanal 22b zugeführt wird, der über die Leitung 12a$ bzw. 12b, mit der Leitung 10, bzw. 11, Verbunden ist.

In einer Zylinderbohrung 19 des Zylinders 16 ist ein Kolben 17 gleitbar eingepaßt. Eine am Kolben 17 angebrachte Dichtung 18 bewirkt eine öldichte Trennung zwischen den beiden Seiten des Flüssigkeitseinlaßkanals 8 und der hydraulischen Flüssigkeitsleitung 10 bzw. 11 (siehe Fig. 2). Befindet sich der elektrohydraulische Schrittmotor im normalen Arbeitszustand, dann ist der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 12a, bzw. 12b, kleiner als der, der von dem Flüssigkeitseinlaßkanal 8 kommenden Flüssigkeit. Die Folge davon ist, daß, wie in Fig. 2 dargestellt, der

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Kolben 17 aufgrund des Unterschieds zwischen den "beiden Flüssigkeitsdrucken an den beiden Stirnflächen des Kolbenr 17 zusammen mit der Federkraft der in der Zylinderbohrung 19 angeordneter.
Feder 21 zum Kanal 22b hin gedruckt wird, so daß die Kanäle 22a und 22b hydraulisch getrennt sind.

Es sei angenommen, daß zufolge des obenerwähnten Grundes in der Leitung 10, bzw. 11, ein Anstieg des Flüssigkeitsdruckes auftritt. Damit steigt auch der Flüssigkeitsdruck an dem mit der Leitung
10, bzw. 11, verbundenen Kanal 22b an. Wird der Druck so groß,
daß er den Flüssigkeitsdruck am Kanal 22a und die Federkraft der Feder 21 überwindet, dann wird der Kolben 17 in Fig. 2 nach oben gedrückt. Als Folge hiervon stellt eine hydraulische Umgehungsleitung 20 eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den beiden Kanälen 22a und 22b, und somit auch zwischen der Leitung 12a, bzw. 12b, und der Leitung 23a, bzw. 23b, her. Die Umgehungsleitung 20 ist in dem Zylinder 16 angeordnet und besitzt einen in der Wand der Zylinderbohrung 19 vorgesehenen Einlaß und einen Auslaß. Damit
wird der plötzliche hohe Druck in der Leitung 12a, bzw. 12b, und natürlich auch in der Leitung 10 bzw. 11, absorbiert und durch den in der Leitung 23a, bzw. 23b, vorhandenen Flüssigkeitsdruck verringert, da der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 23a, bzw.
23b, stets so eingestellt ist, daß er aufgrund der Druckwirkung der nicht dargestellten Flüscigkeitsouelle über den Flü.srigkeitseinlaßkanal 8 stets einen vorgegebenen konstanten Wert besitzt. Dadurch wird ein Bruch der Flüssigkeit^leitungen oder des Vierwegsteuerventilteils 7 völlig vermieden.

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Wenn der in der Leitung 12a, "bzw. 12b, auftretende Flüssigkeitsdruck abnimmt, kehrt der Kolben 17 infolge der Wirkung der Feder 21 in seine Ausgangsstellung zurück.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Sicherheitsventile 1 mit dem Rückflußkanal für die Hydraulikflüssigkeit des Vierwegsteuerventilteils 7 verbunden sind.

Bei dieser Anordnung sind die Leitungen 23a und 23b mit dem Rückflußkanal 9 für die Flüssigkeit verbunden, in den die vom hydraulischen Motorteil 14 zurückfließende Flüssigkeit eingeführt wird, und deshalb ist im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform im normalen Betriebszustand des elektrohydraulißchen Schrittmotors der Flüssigkeitsdruck am Kanal 22a des Sicherheitsventils 1 kleiner als der Flüssigkeitsdruck am Kanal 22b des Sicherheitsventils.

Jedoch hat die in der Zylinderbohrung 19 des Sicherheitsventils 1 angeordnete Feder 21 eine höhere Steifigkeit als die Feder 21 der vorhergehenden Ausführungsform. Die Steifigkeit der Feder 21 ist abhängig vom Abfall des Flüssigkeitsdrucks zwischen den Kanälen 22a und 22b ausgewählt.

Lie Folge ist, daß die Sicherheitsventile 1 gemäß der in Fig. 3 dargestellten Anordnung den gleichen Druckentlactungsvorgang bieten wie das Aur.fülirungsb ei spiel nach Fig. 1. D, h., es wird in der Leitung 10, bzw. 11, ein plötzlicher Anstieg des Flüssig-

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drucks und damit ein Bruch dieser Leitungen, bzw. des Vierwegsteuerventilteils 14,vollständig verhindert.

1 Anspruch
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Claims

Dipl.-Ing. Reinhold Kramer

PATENTANWALT

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Patentanspruch

Elektro-hydraulischer Schrittmotor mit einem elektrischen Schrittmotorteil, einem Vierweg-Drehsteuerventilteil und einem hydraulischen Motorteil, die funktionsmässig miteinander verbunden sind sowie einem Rückkopplungsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass Sicherheitsventile (l) vorgesehen sind, von denen jedes einen Zylinder (16) mit einer Zylinderbohrung (19) besitzt, deren eines Ende mit einem Einlasskanal (8) oder einem Rückflusskanal (9) des Vierweg-Steuerventilteils (7) und deren zweites Ende mit einer Flüssigkeitsleitung (10 bzw. 11) des hydraulischen Motorteils (14·) verbunden ist, dass der Zylinder (16) ferner eine hydraulische Umgehungsleitung (20) mit einem Einlass und einem Auslass in der Wand der Zylinderbohrung enthält, die mit einer Leitung (23a» 23b) zu dem Einlasskanal (8) bzw. Rückflusskanal (9) hydraulisch verbunden werden kann, dass in die Zylinderbohrung (19) ein öldichter Kolben (17) gleitbar eingepasst ist, der durch die Federkraft einer in der Zylinderbohrung angeordneten Feder (21) zusätzlich zu dem Druck der Flüssigkeit des Einlasskanals (8) bzw. des Rückflusskanals (9) auf die eine Stirnfläche des Kolbens entgegen dem Druck der Flüssigkeit der Flüssigkeitsleitung (10 bzw. 11) des hydraulischen Motorteils (14) auf die andere Stirnfläche des Kolbens (17)

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gegen das zweite Ende der Zylinderbohrung gedrückt und hierdurch die die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Einlasskanal (8) bzw. Bückflusskanal (9) und der Flüssigkeitsleitung (10 bzw. 11) des hydraulischen Motorteils (14) unterbrochen wird.

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