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Lagegeregelte Hubvorrichtung mit Stellspindel.
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Gegenstand der Erfindung ist eine laggeregelte Hubeinrichtung mit
Stellspindel, insbesondee für große Lasten. In der Technik ist häufig die Aufgabe
zu lösen, eine große Masse genau in einer vorgegebenen Höhenlage zu halten und,
wenn durch äußeren Einfluß die Höhenlage gestört wird, diese Höhenlage sofort wieder
genau herzustellen. Eine solche Hubvorrichtung ist beispielsweise erforderlich bei
den Lafettervon Raketenwerfern, die, wenn sie durch die Erschütterungen beim Abschuß
Lageveränderungen erleiden, schnell und mit möglichst geringem Energieaufwand wieder
in die richtige Lage gebracht werden müssen, ehe der nächste Schuß abgegeben wird.
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Hubvorrichtungen mit Spindel sind bekannt. Bei diesen Hub-Vorrichtungen
ist aber infolge der großen Reibung zwischen Spindel und Spindelmutter zum Drehen
der Spindel eine verhältnismäßig große Kraft erforderlich und das Heben und Senken
der Last erfolgt verhältnismäßig langsam. Es ist auch bekannt, bei solchen Hubvorrichtungen
mit Spindel und Spindelmutter die selbsthemmende Spindel hydraulisch zu entlasten,
um auf
diese Weise die auf die Spindel wirkende Antriebskraft zu
vermindern. Würde man Hubeinrichtungen mit Spindel als lagegeregelte Hubvorrichtungen
für große Lasten ausführen, so müßte nicht nur der Spindeltrieb entsprechend groß
dimensioniert werden und eine entsprechend große Antriebsmaschine verwendet werden,
sondern bei der Lageregelung müßten auch Massen mit hohem Trägheitsmoment in Rotation
versetzt werden und in der Spindel würden große Torsionsmomente wechselnder Richtung
auftreten. Die damit verbundene wechselnde Torsion der Spindel würde ein instabiles
Verhalten der Lageregelung,und die hohen Trägheitsmomente würden Verzögerungen im
Regel abl auf zur Folge haben.
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Die Aufgabe, eine lagegeregelte Hubeinrichtung zu schaffen, bei der
zur Lageregelung nur geringe Antriebskräfte erforderlich sind, so daß eine schnelle
und stabile Regelung erreicht werden kann, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß mutter beaufschlagenden Last ein hydraulischer Druck entgegenwirkt, dessen Größe
mindestens annähernd der Last entspricht. Durch diese Kompensation der Last wird
erreicht, daß der Spindelstellantrieb unabhängig von der zu hebenden und zu haltenden
Last verhältnismäßig schwach dimensioniert werden kann und deshalb zum Antrieb auch
nur geringe Kraft erforderlich ist. Die Spindel mit Spindelmutter ist zweckmäßig
nicht selbsthemmend, insbesondere kann die Spindel als Kugelrollspindel und die
Spindelmutter als Kugelumlaufmutter ausgebildet sein. DauMrch wird erreicht, daß
auf die Spindel ein weitgehend konstantes Torsionsmoment einwirkt, daß bei der Lageregelung
nur geringfügig zu- oder abnimmt, so daß die Torsion der Spindel sich praktisch
nicht ändert und auf diese Weise ein stabiles Verhalten erreicht wird.
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Die Spindelmutter ist zweckmäßig im Kolben eines die Spindel umschließenden
hydraulischen Arbeitszylinders angeordnet und dieser Kolben kann ein Plungerkolben
sein. Dabei kann der
Kolben eine die beiden Zylinderräume verbindende
Bohrung aufweist.
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Um bei Ausfall des Regelantriebes eine Lageregelung von Hand vornehmen
zu können, kann zusätzlich die Spindel mittels einer einrückbaren Kupplung an ein
selbsthemmendes Schneckengetriebe ankuppelbar sein.
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Die Lageregelung kann in an sich bekannter Weise in der Art erfolgen,
daß die Meßwerte einesmit dem Kolben in Verbindung stehenden Ist-Wertgebers, beispielsweise
eines Potentiometers, und eines einstellbaren, gegebenenfalls von einer Steuereinrichtung
beeinflußbaren Sollwertgebers miteinander verglichen werden und der Differenzbetrag,
gegebenenfalls nach Verstärkung die Signale für den Antrieb des die Spindel antreibenden
Motors erzeugt.
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Ein Ausführungsbeispiel einer lagegeregelten Hubeinrichtung nach der
Erfindung ist in der Figur im Längsschnitt dargestellt.
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In einem als Druckzylinder ausgeführten Gehäuse 1 ist ein Kolben 2
mit einer nach außen geführten hohlen Kolbenstange 3 verschiebbar. Das Gehäuse 1
und die Kolbenstange 3 sin mit Augen versehen, mittels deren sie- einerseits mit
der Masse, deren Höhenlage gezielt werden soll, und andererseits mit einem Fuß oder
Fundament oder dgl. verbunden werden können.
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Innerhalb der hohlen Kolbenstange 3 befindet sich die Spindel 4 die
bei dem Ausführungsbeispiel als Kugelrollspindel ausgeführt ist. Das untere Ende
4a der Spindel ist in einem Wälzlager 5 gelagert und durch den Spindelboden la als
Antriebswelle 4b in einen Raum 7 geführt. In diesem Raum ist auf die Welle 4b ein
Kegelrad 8 mittels eines Keiles 9 unverdrehbar aufgesetzt. Ferner ist über eine
Kupplung 10 ein Schneckenrad 1 an der Welle 4b ankuppelbar. Das Kegelrad 8 steht
mit einem Kegelrad 12 in Eingriff, das auf der Welle 13 einer Antriebsmaschine 14
befestigt ist. Das Schneckenrad 11 steht über eine nicht gezeigte Schnecke mit einer
Handkurbel 15 in Verbindung.
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In den Kolben 2 ist eine Kugelumlaufmutter 16 spielfrei eingesetzt,
die auf der Kugelrollspindel 4 läuft. Bei einer Drehbewegung der Kugelrollspindel
4 bewegt sich die Kugelumlauf mutter 16 gemeinsam mit dem Kolben 2 und der Kolbenstange
3 in Achsrichtung der Kugelrollspindel 4. Durch eine nicht dargestellte Führung
wird der Kolben 2 an einer Drehung um die Längsachse gehindert.
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Im Kolben 2 befindet sich eine Bohrung 2b, durch die der Raum unter
dem Kolben mit dem Raum 17 über dem Kolben in Verbindung steht und dieser steht
über eine Querbohrung 3a mit dem Raum 3 innerhalb der Kolbenstange 3 in Verbindung.
Dem unterhalb des Kolbens 2 liegenden Zylinderraum 6 wird über eine Anschlußleitung
18 ein hydraulisches Druckmittel, z.B. Hydrauliköl, zugeführt. Dieses Druckmittel
tritt durch die Bohrungen 2b und 3a auch in den Raum über dem Kolben. Der Kolben
ist somit bis auf den Querschnitt der Kolbenstange dijckausgeglichen. Der Kolben
wirkt deshalb in Verbindung mit der Kolbenstange als Pl ungerkolben.
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Der Druck des bei 18 zugeführten Druckmittels wird jeweils so groß
gewählt, daß das Produkt aus diesem Druck und der Querschnittsfläche der nach außen
geführten Kolbenstange 3 möglich t genau der Last entspricht, die in Richtung des
Pfeiles L auf die Kolbenstange wirkt. Dadurch ist der Spindelstellantrieb praktisch
vollständig entlastet, so daß die Stellbewegungen zum Heben oder Senken der Last
nur geringe, leicht zu beherrschende Antriebskräfte erfordert und auf die Spindel
nur ein sehr kleines, praktisch konstantes Drehmoment ausgeübt wird.
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Durch die Verbindung der beiden Zylinderräume 6, 17 mittels der im
Kolben vorgesehenen Bohrung 2b wird noch der besondere Vorteil erreicht, daß beim
Heben und Senken nicht Druckflüssigkeit in der Kolbenbewegung entsprechender Menge
zu-oder abgeführt werden muß. Es genügt vielmehr, die Druckflüssigkeit auf dem der
Last entsprechend gewählten konstanten Druck zu halten und nur eine Ausgleichsvorrichtung
vorzusehen, durch die ohne Druckänderung beim Heben des Kolbens Druckflüssigkeit
nachgeliefert, beim Senken des Kolbens Druckflüssigkeit aufgenommen wird.
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aie Die Stellbewegung der Kugelrollspindel wird durch/Antriebsmaschine
14 eingeleitet, die in an sich bekannter Weise von einem Lageregelkreis gesteuert
wird. Dieser Steuerkreis kann, wie in der Figur schematisch dargestellt, aus einem
als Ist-Wer geber dienenden Potentiometer 18, dessen Stellung von der Stellung des
Kolbens 2 abhängig ist und einem zweiten, als Soll-Wertgeber dienenden Potentiometer
19 bestehen. Die Einstellung des Potentiometers 19 ist beispielsweise, wenn es sich
um eine Waffe handelt, von der jeweiligen Einstellung der Waffe abhängig und kann,
bei Waffen mit automatischer oder mit Fernsteuerung von dieser Steuereinrichtung
beeinflußbar sein. Die in dem Potentiometern 18 und 19 gemessenen Werte werden einer
Summierstelle 20 zugeführt und der gebildete Differenzwert wird nach Verstärkung
in einem Verstärker 21 einem Signalumsetzer 22 zugeführt, der die Differenzwerte
in Steuersignal für den Motor 14 umsetzt, die dessen Lauf und Drehsinn steuern.
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Ist die Last vollständig ausgeglichen, so ist bei der Lageregelung
nur die Trägheit der bewegten Teile und die sehr geringe Reibung an der Kugelrollspindel,
an den Kugelrädern und in den Lagern zu überwinden. Ist die Last nicht vollständig
kompensiert oder etwas überkompensiert, so wird auf die Spindel über die Kugelumlaufmutter
16 ein kleines, konstantes Drehmoment, das vom Antriebsmotor leicht überwunden werden
kann, und das die Stabilität und Geschwindigkeit der Lageregelung nicht beeinträchtigtt
ausgeübt.
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Das über die Kupplung 10 ækuppelbare Schneckenrad 11 wird zweckmäßig
selbsthemmend ausgebildet. Bei Ausfall oder Abschalten der Regelvorrichtung kann
durch Einrücken der Kupplung 10 die Last gehalten und durch Betätigung der Handkurbel
15 die Höhenlage von Hand berichtigt werden. Da auch hierbei die Last durch die
Hydraulik kompensiert ist, sind auch bei Betätigung der Handkurbel zum Heben großer
Lasten nur geringe Kräfte erforderlich.
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Patentansprüche