DE2501760C2 - Hydraulischer Nachlaufverstärker - Google Patents

Description

a) zwischen dem Motor (20) und dem Antrieb der Meßspindel (5) bzw. Mutter (6) ist ein Abgriff (Potentiometer 25 oder Abtaster 26) für die Erfassung des Drehwinkels der Meßspindef (5) bzw. öei Mutter (6) vorgesehen und der so erfaßte Drehwinkei dient als Wert für die Steuerung;

b) zum Ausgleich der Wärmedehnung zwischen dem Abgriff (10) für das Freigeben bzw. Schließen der Druckleitungen (12) und der Abflußleitungen (13) und der Koppelvorrichtung (24) für die zu steuernden Teile ist eine Wärmedehnungskompensation vorgesehen in der Form, daß die Meßspindel (5) im Bereich der Koppelvorrichtung (24) mit der Kolbenstange (1) verbunden ist;

c) als Wärmedehnu."gskonvensation ist mindestens ein Teil der Meßspindel (5) aus die Wärmedehnung kompensierendem Material hergestellt, wobei der die Wärmeausdehnung kompensierende Teil der Meßspindel (5) aus konzentrisch ineinander angeordneten Rohren (27i bis 27s) besteht und jedes freie Rohrende mit dem Ende des nächst innenliegenden Rohres fest verbunden und die vom Abgriff (10) zur Koppelvorrichtung (24) hinführenden Rohre (27|, 273, 27s) aus Material geringer Wärmeausdehnung und die von der Koppelvorrichtung (24) wegführenden Rohre (27₂,27₄) aus Material hoher Wärmeausdehnung bestehen,

d) die Länge (L₂), die Anzahl der Rohre (27) und deren Wärmeausdehnungszahlen sind so gewählt, daß der Abstand (L₀) Abgriff (10) Koppelvorrichtung (24) mindestens in einer Mittelstellung temperaturunabhängig ist;

e) die ganze Msßspindel (5) und die Mutter (6) sind in dem mit der Leckölleitung (23) verbundenen drucklosen Raum angeordnet und zur Bildung dieses drucklosen Raumes ist eine in die Bohrung (4) der Kolbenstange (1) hineinragende, einen Teil der Meßspindel (5) aufnehmenden Büchse (21) angeordnet, die an ihrem anderen Ende in einem Steuergehäuse (22) dicht gehalten ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (Li) der Rohre (27) etwa der halben mittleren Meßlänge (Lo) der Meßspindel (5) entspricht und zwei der von der Koppelvorrichtung (24) wegführenden Rohre (27₂, 27₄) aus Aluminium und die restlichen zur Koppelvorrichtung (24) hinführenden Rohre (27|, 273, 27s) und die restliche Meßspindel (5) aus Stahl bestehen (F i g. 2).

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgriff (10) für die Erfassung des Drehwinkels ein Potentiometer (25) dient, wobei der Potentiometerabgriff so geführt ist, daß die Endstellungen des Potentiometers (25) mit den Endstellungen der Kolbenstange (1) etwa übereinstimmen.

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgriff ein mehrgängiges Potentiometer (25) hoher Auflösung dient

5. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgriff mindestens ein induktiver, kapazitiver oder optischer, mit einem Impulsgeber in Form einer Zahnscheibe (17), Lochscheibe, Strichscheibe od. dgL zusammenarbeitender Abtaster (26) dient, der zur Erfassung des Drehwinkels mit einem Zähler zusammenarbeitet

6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Abgriff (10) zusammenwirkende Endschalter (33) vorgesehen sind.

7. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Abgriff (10) für das Freigeben bzw. das Schließen der Druckleitung (12) und Abflußleitung (13) im drucklosen Raum vorgesehen ist.

8. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (25) als Kunststoffschichtpotentiometer mit großer Auflösung ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nachlaufverstärker mit einer in einer Mutter durch einen Motor schraubbaren, mindestens teilweise in einem über eine Leckölleitung drucklosen Raum angeordneten Meßspindel, die beide in axialer Richtung durch einen Kolben des Arbeitszylinders verschiebbar sind, wobei durch die axiale Verschiebung über einen Abgriff Druck- und Abflußleitungen zu den Druckkammern des Arbeitszylinders freigegeben bzw. geschlossen werden und am freien Ende der Kolbenstange des Arbeitszylinders eine Koppelvorrichtung für die zu steuernden Teile vorgesehen ist.

Bei einem aus der CH-PS 5 28 021 bekannten Nachlaufverstärker muß die tatsächliche Lage der Koppelvorrichtung zur Regelung erfaßt und rückge-

führt werden, um eine befriedigend genaue Nachlaufregelung zu erreichen. Aus der DE-OS 22 33 851 ist zur Ermittlung der Istlage eines Teils des Nachlaufverstärkcrs die Verwendung eines Potentiometers bekannt. Ferner ist aus dem DE-GM 69 10 500 bekannt, zur Wärmedehnungskompensation bei Verstellgliedern Werkstoffe unterschiedlicher Wärmeausdehnung zu verwenden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Nachlaufverstärker der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß ohne direkte Messung der Istlage des Über die Koppelvorrichtung nachzuführenden Teils, Werkzeugs oder dgl. auch bei unterschiedlichen und wechselnden Temperaturen und auch bei wechselndem Druck des Druckmediums eine möglichst genaue Nachführung zu erreichen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die Kombination folgender Merkmale möglich: Zwischen dem Motor und dem Antrieb der Meßspindel bzw. Mutter ist ein Abgriff

(Potentiometer oder Abtaster) für die Erfassung des Drehwinkels der Meßspindel bzw. der Mutter vorgesehen und der so erfaßte Drehwinkel dient als Wert für die Steuerung;

zum Ausgleich der Wärmedehnung zwischen dem Abgriff für das Freigeben der Wärmedehnung zwischen dem Abgriff für das Freigeben bzw. Schließen der Druckleitungen und der Abflußleitungen und der Koppelvorrichtung für die zu steuernden Teile ist eine Wärmedehnungskompensation vorgesehen in der Form, daß die Meßspindel im Bereich der Koppelvorrichtung mit der Kolbenstange verbunden ist;
als Wärmedehnungskompensation ist mindestens ein Teil der Meßspindel aus die Wärmedehnung kompensierendem Material hergestellt, wobei der die Wärmeausdehnung kompensierende Teil der Meßspindel aus konzentrisch ineinander angeordneten Rohren besteht und jedes freie Rohrende mit dem Ende des nächst innenliegenden Rohres fest verbunden und die vom Abgriff zur Koppelvorrichtung hinführenden Rohre aus Material geringer Wärmeausdehnung und die von der Koppelvorrichtung wegführenden Rohre aus Material hoher Wärmeausdehnung bestehen;
die Länge, die Anzahl der Rohre und deren Wärraeausdehnungszahlen sind so gewählt, daß der Abstand Abgriff — Koppelvorrichtung mindestens in einer Mittelstellung temperaturunabhängig ist;
die ganze Meßspindel und die Mutter sind in dem mit der Leckölleitung verbundenen drucklosen Raum angeordnet und zur Bildung dieses drucklosen Raumes ist eine in die Bohrung der Kolbenstange hineinragende, einen Teil der Meßspindel aufnehmenden Büchse angeordnet, die an ihrem anderen Ende in einem Steuergehäuse dicht gehalten ist

Durch die Verwirklichung dieser Merkmale sind hohe Nachlaufgenauigkeiten mit einer reproduzierbaren Einstellgenauigkeit von Viooo mm möglich, wobei für die Erzielung dieser Genauigkeit ein geringer konstruktiver Aufwand erforderlich ist.

Zweckmäßigerweise entspricht die Länge der Rohrs etwa der halben mittleren Meßlänge der Meßspindel und es bestehen zwei der von der Koppelvorrichtung wegführenden Rohre aus Aluminium und die i'estlichen zur Koppelvorrichtung hinführenden Rohre und die restliche Meßspindel aus Stahl. Da die Wärmeausdehnungszahl von Aluminium etwa doppelt so groß ist wie die Wärmeausdehnungszahl von Stahl wird durch eine solche Anordnung die Wärmeausdehnung im Mittel kompensiert, so daß in allen möglichen Stellungen der Koppelvorrichtung die kleinsten Abweichungen infolge der Wärmeausdehnung erhalten werden. Durch die Auswahl anderer Werkstoffkombinationen und anderer Teilungsverhältnisse kann die Temperaturkompensation entsprechend der bestehenden Bedürfnisse ohne weiteres ausgelegt werden. Zweckmäßigerweise kann dazu als Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels ein Potentiometer dienen, wobei der Potentiometerabgriff so geführt ist, daß die Entstellungen des Potentiometers etwa mit den Endstellungen der Kolbenstange übereinstimmen. Eine solchermaßen verwendete Analogmessung hat den Vorteil, daß jederzeit nach einem Stromausfall sofort wieder die absolut genaue Kolbenstangenstellung erfaßbar ist, ohne daß auf einen Reverenzpunkt od. dgl. zurückgefahren werden muß, wie dies bei einem Digitalabgriff erforderlich wäre. Zum Abgriff kann vorteilhaft ein mehrgängiges Potentiometer hoher Auflösung dienen, denn je höher die Auflösungsgenauigkeit des Potentiometers ist, umso genauer kann eine gewünschte Kolbenstangenstellung ohne Nachmessung der Iststellung eingestellt werden. Für eine digitale Steuerung kann vorteilhaft als Abgriff mindestens ein induktiver, kapazitiver oder optischer, mit einem Impulsgeber in Form einer Zahnscheibe, Lochscheibe, Strichscheibe od. dgL zusammenarbeitender Abtaster dienen, der zur Erfassung des Drehwinkels mit einem Zähler zusammenarbeitet In vorteilhafter Weise können zur Vermeidung von

ι ο Schaden bei einer auftretenden Störung mit dem Abgriff zusammenwirkende Endschalter vorgesehen sein, durch die eine Stillsetzung des ■ Nachlaufverstärkers erfolgt, wenn die axiale Verschiebung der Meßspindel-Muttereinheit eine gewisse Größe überschreitet Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, anhand der Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. Es zeigt
Fi g. 1 einen Längsschnitt durch einen elektrohydrau-Iischen NachJaufVerstärker,

Fig.2 einen Teilschnitt des kolbe'-r3tangenseitigen Endteils einer Meßspindelsusführung mit einer Wärmeausdehnungskompensation in größerem Maßstab und F i g. 3 ein Blockschaltbild der verschiedenen Regelkreise eines elektrohydraulischen Nachlaufverstärkcrs.

Bei der Nachlaufsteuerung gemäß F i g. 1 ist in einer

Kolbenstange 1 eines einen Kolben 2 aufweisenden Arbeitszylinders 3 in einer Bohrung 4 eine Meßspindel 5 befestigt, die auf einem Teil ein mit einer Mutter 6 zusammenwirkendes Gewinde aufweist Zur Herabsetzung der Reibung ist das Gewinde 7 als Kugelumlaufgewinde ausgebildet, wie dies beispielsweise ähnlich aus Kraftfahrzeuglenkungen bekannt ist Die Mutter 6 ist über Axiallager 8 mit geringem Spiel in einer Büchse 9 gelagert, auf der ein Abgriff 10 in Scheibenform für die Steuerung von Ventilen 11 angeordnet ist, durch die bei einer axialen Verschiebung eine Druckleitung 12 und eine Abflußleitung 13 mit den Druckkammern 14 bzw. 15 des Arbeitszylinders 3 verbunden bzw. getrennt werden.

Die Mutter 6 ist über eine hülsenartige, die Meßspindel 5 umfassende Verlängerung 16 mit einer Zahnriemenscheibe 17 verbunden, die über einen Zahnriemen 18, eine weitere Zahnriemenscheibe 19 mittels eines Motors 20 antreibbar ist

In die Kolbenstange 2 ragt in die Bohrung 4 eine Büchse 21 hinein, die an ihrem Ende dichtend an der Bohrungswand anliegt Das gegenüberliegende Ende der Büchse 21 ist in einem Steuergehäuse 22, in dem

so auch die Ventile 11 angeordnet sind, dicht gehalten, so daß die Meßspindel 5 und die Mutter 6 mit der Verlängerung 16 und der Büchse 9 mit dem Abgriff 10 in einem drucklosen Raum liegen, der über eine Leckölleitung 23 iruckentlastet ist.

Wird über den Zahnriemen 18 die Meßspindel 5 gegenüber der Mutter 6 derart verdreht, daß beispielsweise der Abgriff 10 in Richtung der Zahnriemenscheibe 17 hin verschoben wird, so wird über die Ventile 11 die Druckleitung 12 mit der Druckkammer 14 des Arbeitszylinders 3 u.id gleichzeitig der Druckraum 15 mit der Abfluüleitung 13 verbunden, so daß der Kolben 2 mit der Kolbenstange 1 und der fest damit verbundenen Meßspindel 5 nach rechts verschoben wird, so daß der Abgriff 10 wieder in die Ausgangslage zurückgeführt und damit die Kolbenbewegung, wenn keine weitere Verdrehung der Mutter 6 erfolgt, stillgesetzt wird.
Am aus dem Arbeitszylinder 3 herausragenden Ende

der Kolbenstange 1 ist eine Koppelvorrichtung 24 zum Verbinden der Nachlaufsteuerung mit beispielsweise einem Maschinenschlitten vorgesehen. Die Temperatur des Hydrauliköls ändert sich mit der Arbeitsbelastung. Damit verbunden ist infolge der Wärmedehnung der Werkstoffe eine Längenänderung der Meßspindel 5 und auch aller anderen Teile, so daß der Abstand Lo zwischen der Koppelvorrichtung 24 und dem Abgriff 10 temperaturabhängig ist. Dies ist aber unerwünscht, insbesondere wenn die Winkellage der Meßspindel 5 direkt zur Steuerung der Lage der Koppelvorrichtung 24 oder des Maschinenschlittens ohne Messung der eigentlichen absoluten Lage verwendet werden soll. Die genaue Winkellage der Meßspindel 5 kann über ein vom Motor 20 verstelltes Potentiometer 25 oder auch über einen mit den Zähnen der Zahnriemenscheibe 17 zusammenarbeitenden Abtaster 26 erfolgen, dessen Zählimpulse über einen Zähler die absolute Winkellage der Meßspinde! 5 festhält

Zum Ausgleich der Wärmedehnung ist der in die Kolbenstange 1 hineinragende Teil der Meßspindel mit der Länge L₂ gemäß Fig.2 durch konzentrisch ineinander angeordnete Rohre 27 gebildet. Das äußere Rohr 27t ist mit seinem einen Ende 28 mit dem das Gewinde 7 tragenden Teil der Meßspindel 5 durch einen Stift 29 fest verbunden. Das andere freie Ende 30 ist bündig mit dem nächstinneren Rohr 27₂ durch einen Stift 31 fest verbunden, während das gegenüberliegende Ende des Rohrs 27₂ mit dem weiter innen liegenden Rohr 27₃ verbunden ist. In gleicher V/eise sind auch noch die Rohre 27₄ und 27₅ zusammengeschlossen, während das dann noch freie Ende des Rohrs 27₅ fest mit der Koppelvorrichtung 24, eines in das Ende der Kolbenstange 1 eingeschraubten Gewindestücks 32 befestigt ist. "

Die Rohre 27,. 27₃ und 27₅ bestehen aus Stahl, während die beiden dazwischen liegenden Rohre 27₂ und 27< aus Aluminium bestehen, das eine gegenüber dem Stahl doppelt so große Wärmeausdehnung aufweist. Die Länge L7 beträgt etwa die Hälfte der ίο Länge Lo, wenn der Kolben 2 sich in seiner Mittelstellung befinde*. In dieser Stellung wird durch die »gefaltet« zusammengefügten Rohre 271 bis 27s infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungszahlen und der entgegengesetzten Ausdehnungsrichtungen die Wärmedehnung kompensiert, so daß die Länge L₀ bei Temperaturänderungen keine Änderung erfährt. Die Lage der Koppelvorrichtung 24 ist daher temperaturunabhängig gegenüber der Lage des Abgriffs 10. Bei exakt bekannter Winkellage Jer Meßspindel 5 ist daher auch die genaue Lage der Koppelvorrichtung 24 bekannt und es ist zur Steuerung der exakten Lage keine besondere Längenmeßeinrichtung erforderlich. Die genaue Ansteuerung der Lage der Koppelvorrichtung 24 ist daher bei Verwendung des Potentiometers 25 analog oder bei Verwendung eines Abtasters 26 digital mit großer Genauigkeit möglich. Um die Vorrichtung bei auftretenden zu großen Kräften oder bei einem Druckabfall vor Schaden zu schützen, arbeitet der Abgriff 10 noch mit Endschalten 33 zusammen, durch die beim Überschreiten einer maximal zulässigen Axialverschiebung der Meßspindel 5 mit der Mutter 6, der Büchse 9 und dem Abgriff 10 die gesamte Maschinenanlage stillgesetzt wird.

In F i g. 3 sind in einem Blockschaltbild die einzelnen Regelkreise, die voneinander unabhängig sind, dargestellt. Der Antrieb des Schrittmotors 20 oder des Gleich'Tommotors wird über eine Steuerlogik unter Berücksichtigung des Wegmeßsystems und des Tachogenerators gesteuert. Durch die Steuerlogik wird die erwünschte absolute Stellung der Koppelvorrichtung 24 vorgegeben.

Völlig unabhängig davon ist der Regelkreis des mechanischen Temperalurkompensators, durch den die Längenänderung der Meßspindel 5 durch Temperaturänderungen wie oben beschrieben ausgeglichen wird, im Blockschaltbild der F^g. 3 ist gestrichelt angedeutet, daß die mechanische Temperaturkompensation uc: entsprechender Auslegung auch die Wärmeausdehnung am Maschinenschlitten berücksichtigen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Nachlaufverstärker mit einer in einer Mutter durch einen Motor schraubbaren mindestens teilweise in einem über eine Leckölleitung drucklosen Raum angeordneten Meßspindel, die beide in axialer Richtung durch einen Kolben des Arbeitszylinders verschiebbar sind, wobei durch diese axiale Verschiebung über einen Abgriff Druck- und Abflußleitungen zu den Druckkammern des Arbeitszylinders freigegeben bzw. geschlossen werden und am freien Ende der Kolbenstange des Arbeitszylinders eine Koppelvorrichtung für die zu steuernden Teile vorgesehen ist, gekennzeichnetdurchdie Kombination folgender Merkmale