DE2829911C2 - Elektrohydraulischer Nachlaufverstärker - Google Patents

Description

60 m/min erreichen. Aufgrund der Anschläge und des hydraulischen Lageregelkreises werden die Endpositior.en exakt mit der Genauigkeit der Sollwertvorgabe erreicht

in besonders vorteilhafter Weise ist das Koppelglied als über ein Ventil gesteuertes Hydraulikelement ausgebildet, das zweckmäßig in Form eines sogenannten »Sprungzylinders« gehalten ist Der Zylinder des Hydraulikelementes kann starr mit dem Kolben des Arbeitszylinders und der Kolben des Hydraulikelementes starr mit der «vleßspindel verbunden sein. Man erhält dadurch einen kompakten und störungsarmen Aufbau mit nur geringen zu bewegenden Massen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist mindestens einer der Anschläge von außen einstellbar angeordnet, die Einstellung kann über einen Stellmotor (Schritt- oder Gleichstrommotor mit Ingrementalgeber) vorgenommen werden, so daß die Hubeinstellung regelbar ist Die aufzuwendende Kraft ist gering, so daß man mit sehr kleinen elektrischen Leistungen auskommt. Der einstellbare Anschlag weist vorzugsweise ein Schraubteil auf.

Erfindungsgemäß ist eine im Gewinde der Meßspindel laufende, im Koppelglied geführte Mutter vorgesehen, die gegenüber dem Koppelglied drehfest, aber mit der Meßspindel axial verschiebbar, angeordnet ist Auf diese Weise wird mit besonders einfachen Bauelementen erreicht daß die mechanische Rückmeldung möglich ist gleichgültig ob der Kolben des Arbeitszylinders vom Drehantrieb her oder vom Bewegungselement her in seiner Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt ist Insbesondere kann der Kolben des Hydraulikelementes am einen Ende der Meßspindel angeordnet sein. Von ihm kann ein Ansatz ausgehen, der mit seiner Stirnseite an der Stirnseite des Schraubteiles zur Anlage bringbar ist, die Mutter sitzt auf der Meßspindel zwischen dem Koppelglied und dem Gehäuse.

Besonders bevorzugte Einsatzgebiete neben dem Gewindestrehlen sind das Brechen von Spänen in Drehprozessen oder Schlag- und Abquetschfunktionen beliebiger Art. Der erfindungsgemäße Verstärker ist immer dann am Platze, wenn neben hoher Genauigkeit bei üblichen Fahrgeschwindigkeiten große, außerhalb des normalen Regelbereiches liegende Fahrgeschwindigkeiten erforderlich sind.

Weitere Einzelheiten der brfmdung werden anhand der Zeichnung, die beispielsweise Ausführungsformen darstellt, näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen elektrohydraulischen Nachlaufverstärker,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Gewindestrehlvorrichtung mit einem Nachlaufverstärker,

F i g. 3 ein Weg-Zeit-Diagramm beim Gewindestrehlen.

Der elektrohydraulische Nachlaufverstärker besteht im wesentlichen aus einem elektrischen Drehantrieb 1, insbesondere in Form eines Servo-Gleichstrommotors oder eines elektrischen Schrittmotors, einem Gehäuse 2, in dem eine Meßspindel 3 axial verschiebbar und drehbar gelagert ist und in dem nicht näher wiedergegebene Ventile untergebracht sind, wie es insbesondere in der DE-PS 20 62 134 beschrieben ist, aus einem Arbeitszylinder 4 mit einem Kolben 5, die als hydraulischer Linearmotor zu bezeichnen sind, und aus einem mechanischen Rückführglied, über das der Kolben 5 und die Meßspindel 3 miteinander verbunden sind. Das mechanische Rückführglied besteht bei der Ausbildung nach F i g. 1 aus einem zu bewegenden Maschinenteil 6, z. B.

einem Schlitten, und einem Koppelglied 7. Dieses Koppelglied 7 besteht aus einem Hydraulikelement 8, dessen Zylinder 9 fest mit dem Maschinenteil 6 verbunden ist und dessen Kolben 10 am Ende der MeSspindel 3 sitzt und ein Bewegungselement 11 für die Meßspindel 3 abgibt Der Kolben 10 wird hydraulisch gegen einen von zwei Anschlägen 12, 13 gedrückt Bei der Darstellung nach F i g. 1 wird der Anschlag 12 durch den Boden des Zylinders 9 gebildet, der Anschlag 13 berteht aus der

Stirnseite eines Schraubteiles 14, an der die Stirnseite eines mit dem Kolben 10 verbundenen Ansatzes 15 anschlägt Die Beaufschlagung des Hydraulikelementes 8 geschieht über ein Ventil 16, das von einer Kurvenscheibe 17 aus betätigbar ist Zu der einen Kolbenseite ist die

Leitung 18, zur anderen Kolbenseite die Leitung 19 geführt Eine Leitung 20 schafft eine Verbindung zwischen dem Ventil 16 und einer nicht näher dargestellten Pumpe, die Leitung 21 verbindet das Ventil 16 mit einem ebenfalls nicht wiedergegebenen Tank. Entsprechende Leitungen 20, 21 sind auch vorhanden zwischen dem Gehäuse 2 und der Pumpe und dem Tank, das über Leitungen 22,23 an den Arbeitszylinder 4 angeschlossen ist
Der Nachlaufverstärker arbeitet wie folgt:

Zunächst gibt der Drehantrieb 1 die Geschwindigkeit und die Weginformation rotatorisch vor. Wahlweise wird die Mutter der Meßspindel 3 oder die Meßspindel 3 rotatorisch vom Drehantrieb 1 angetrieben, dieser funktionell Ablauf ist im Gehäuse 2 vorgesehen und im deutschen Patent 20 S2 134 ausführlich beschrieben.

Die in F i g. 1 dargestellte Meßspindel 3 wird durch die Drehung des Drehantriebes 1 gegenüber dem Gehäuse 2 heraus- oder hineingeschraubt, wobei entsprechend die im Gehäuse 2 angeordneten Regelventile den Kolben 5 steuern durch entsprechende Verbindungen zwischen der Leitung 20 und der Leitung 22. Damit gelangt z. B. Drucköl auf den Kolben 5 und der Maschinenteil 6 bewegt sich z. B. in der Zeichnung nach F i g. 1 nach rechts.

Dabei wird die Meßspindel 3 mitgenommen, so daß die Ventile wieder schließen, wenn die Drehbewegung der Meßspindel 3 vom Drehantrieb 1 her aufhört Soll mit der überlagerten Fahrgeschwindigkeit operiert werden, so schaltet die Kurvenscheibe 17 das Ventil 16 um, so daß der Kolben 10 vom Anschlag 13 zum Anschlag 12 gelangt und die Meßspindel 3 im Gehäuse 2 die Ventile so betätigt, daß die Leitung 20 mit der Leitung 23 verbunden wird und damit der Kolben 5 sich in der Zeichnung nach links bewegt und zwar mit einer der Bewe-

gung des Kolbens 10 adäquaten Geschwindigkeit. Die in F i g. 1 dargestellte Verdrehsicherung 24 sorgt für eine drehfeste Lage der Meßspindel 3, wenn im Gehäuse 2 durch den Drehantrieb 1 die zugeordnete Mutter antreibbar ist.

F i g. 2 zeigt den elektrohydraulischen Nachlaufverstärker in Verbindung mit einer Gewindestrehlmaschine. Ein Elektromotor 26 treibt über einen Antrieb 27 ein zu strehlendes Werkstück 28. Über ein Getriebe 29 wird eine Kurvenscheibe 30 mit Kurvenflächen 31,32 angetrieben. Über einen auf der Kurvenfläche 31 ablaufenden Stößel 33 wird ein Schlitten 34 gegen eine Rückstellfeder 35 bewegt An der Kurvenfläche 32 kommt ein weiterer Stößel 36 zur Anlage, der das Ventil 16 betätigt. Auf dem Schlitten 34 ist ein Halter 37 geführt, auf dem ein Gewindestrehlwerkzeug 38 eingespannt ist. Der Schlitten 34 ist parallel zum Werkstück 28, der Halter 37 senkrecht dazu bewegbar. Am Halter 37 greift der Kolben 5 des Arbeitszylinders 4 an, an ihm ist auch

der Zylinder 9 des Hydraulikelementes 8 befestigt, erkennbar sind die Meßspindel 3, das Gehäuse 2 und der Drehantrieb 1, der über eine Kupplung 39 mit der Meßspindel 3 verbunden ist.

In der in F i g. 2 wiedergegebenen Stellung hat der Stößel 36 das Ventil 16 betätigt, so daß über die Leitung 18 Druckmedium von der Pumpe auf die obere Kammer 40 des Zylinders 9 gelangt und der Kolben 10 mit der Meßspindel 3 bewegt werden und dadurch die Ventile im Gehäuse 2 die obere Kammer 41 des Arbeitszylinders 4 über die Leitung 22 mit der Pumpe verbinden. Dadurch wird der Halter 37 mit hoher Geschwindigkeit aus den Gewindegängen 42 des gestrehlten Gewindes auf dem Werkstück 28 herausbewegt. Die Bewegung hört auf, sobald der andere Anschlag 15 zur Anlage kommt. Sobald das Gewindestrehiwerkzeug 38 die Gewindegänge 42 verlassen hat, wird der Schlitten 34 in der Zeichnung nach F i g. 2 nach links geführt: die Kurvenfläche 31 hat den Stößel 33 freigegeben und die Rückstellfeder 35 kann den Schlitten 34 bewegen. Sobald die Gewindeanfangsstellung (in F i g. 2 gestrichelt wiedergegeben) erreicht ist, hat der Stößel 36 durch den Ablauf auf der Kurvenfläche 32 das Ventil 16 umgesteuert, so daß die untere Kammer 43 des Zylinders 9 mit dem Druckmedium beaufschlagt wird und die Ventile im Gehäuse 2 über die Meßspindel 3 den Druckmediumstrom in die untere Kammer 44 des Arbeitszylinders 4 geben, so daß der Halter 37 mit dem Gewindestrehlwerkzeug 38 in den ersten Gewindegang einfährt, wobei zusätzlich über den Drehantrieb 1 die neue Spanabhebetiefe aufgegeben ist. Über die Kurvenfläche 31 wird dann der Stößel 33 mit dem Schlitten 34 und dem Werkzeug 38 in der Zeichnung nach rechts bewegt und das Gewinde gestrehlt, bis am Ende das Werkzeug 38 wieder in geschilderter Weise herausgenommen wird.

In F i g. 1 ist noch zwischen dem Drehantrieb 1 und dem Gehäuse 2 ein Überlastschutz 45 angedeutet

Um vom Außengewindeschneiden auf das Innengewindeschneiden umzuschalten, bedarf es lediglich eines Umkehrventils 46, das zwischen das Ventil 16 und das Hydraulikelement 8 geschaltet ist.

Aus dem Weg-Zeit-Diagramm in F i g. 3 ist der Arbeitsablauf beim Gewindestrehlen erkennbar. Auf der Ordinate s sind die Wege des Gewindestrehlwerkzeuges 38 eingetragen, die Abszisse t gibt die Zeiten bei den einzelnen Vorgängen wieder. Die strichpunktierte Linie 47 gibt den Außendurchmesser 48 des Werkstückes 28 v/ieder, mit der Linie 49 soll der Zahngrund 50 verdeutlicht werden. Der Abstand 51 zwischen den Linien 47 und 49 entspricht der Gewindetiefe. Die in Ordinatenrichtung weiter angegebenen Abstände 52, 53, 54 bedeuten Zusteiibeträge, die durch den Drehantrieb i vorgegeben werden. Sie nehmen mit zunehmender Eindringtiefe in das Werkstück 28 ab. Die Zeitabschnitte 55, 56 bedeuten Eilgangzeiten, die am Anfang und Ende des Strehlens durch den Drehantrieb 1 bestimmt werden. Durch den Zeitabschnitt 57 ist die Zeit charakterisiert, die für einen Schneiddurchgang notwendig ist Die Gesamtzeit 58 für das Fertigstrehlen des Gewindes ist ganz unten in der F i g. 3 angegeben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 2 Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Patentansprüche: Nachlaufverstärker mit einem eine elekt nsche Sollwertführung übernehmenden Drehantrieb für eine in einem

1. Elektrohydraulischer Nachlaufverstärker mit Gehäuse dreh- und axial verschiebbare Meßspindel, die

einem eine elektrische Sollwertfühning überneh- 5 über ein Gewinde mit einem Xoiben eines Arbeitszylin-

menden Drehantrieb (1) für eine in einem Gehäuse ders verbunden ist und bei ihrer Axialbewegung über

(2) dreh- und axial verschiebbare Meßspindel (3), die Ventile Druck- und Abflußleitungen zu den Druckkam-

über ein Gewinde (25) mit einem Kolben (5) eines mern des Arbeitszylinders öffnet bzw. schließt, wobei

Arbeitszylinders (4) verbunden ist und bei ihrer Axi- zwischen der Meßspindel und dem Kolben des Arbeits-

albewegung über Ventile Druck- und Abflußleitun- io Zylinders ein Koppelglied geschaltet ist, das eine ReIa-

gen (20 2t) zu den Druckkammern (41, 44) des Ar- tivbewegung zwischen der Meßspindel und dem Kolben

beitszylinders (4) öffnet bzw. schließt, wobei zwi- zuläßt und für die Relativbewegung ein längenverän-

schen der Meßspindel (3) und dem Kolben (5) des derbares Bewegungselement aufweist

Arbeitszylinders (4) ein Koppelglied (7) geschaltet Bei einem aus der GB-PS 1445 680 bekannten elek-

ist, das eine Relativbewegung zwischen der Meß- is trohydraulischen Nachlaufverstärker ist das längenver-

spindel (3) und dem Kolben (5) zuläßt und für die änderbare Bewegungselement, ein einfaches Pufferglied

Relativbewegung ein längenveränderbares Bewe- mit zwei gegeneinander verspannten Federn. Bei auitre-

gur-gselement (11) aufweist, dadurch gekenn- tenden größeren Kräften kann sich damit das Bewe-

zeichnet, daß die Längenveränderbarkeit des gungselement verlängern oder verkürzen. Das Bewe-

Bewegungselementes (11) durch zwei Anschläge (12, 20 gungselement hat nur eine genau definierte Normallän-

13) begrenzt ist und daß das Bewegungselement (11) ge. Eine willkürliche Längenänderung ist nicht möglich,

steuerbar jeweils kraftschlüssig gegen einen der An- Nachlaufverstärker werden insbesondere zur Steue-

schläge (12 oder 13) gepreßt ist rung der Schlittenbewegung bei Werkzeugmaschinen

2 Nachlaufverstärker nach Anspruch 1, dadurch verwendet. Bei einer Ausführung nach der DE-PS gekennzeichnet, daß das Koppelglied (7) als über ein 25 20 62 134 meldet die Meßspindel die Stellung des Schiit-Ventil (16) gesteuertes Hydraulikelement (8) ausge- tens, der mit dem Kolben des Arbeitszylinders (hydraubildet ist lischer Linearmotor) verbunden ist auf die Ventile zu-

3 Nachlaufverstärker nach Anspruch 2, dadurch rück (hydrcmechanischer Lagerregelkreis). Als Drehangekennzeichnet daß der Zylinder (9) des Hydraulik- trieb auf der Sollwertführungsseite dient ein Servoelementes (8) starr mit dem Kolben (5) des Arbeits- 30 Gleichstrommotor oder ein elektrischer Schrittmotor. Zylinders (4) und der Kolben (10) des Hydraulikele- Damit wird die Geschwindigkeit bzw. Weginformation mentes (8) starr mit der Meßspindel (3) verbunden rotatorisch vorgegeben und über die Steigung der Meß_s;_ncj spindel in eine lineare Führungsgröße umgewandelt.

4. Nachlaufverstärker nach Anspruch 1, dadurch Während der elektrische Regelkreis (z. B. Sollwertfühgekennzeichnet, daß mindestens einer der Anschlä- 35 rung über einen Servomotor mit ingrementalem Wegge (12,13) von außen einstellbar angeordnet ist. meßsystem) einen Regelbereich von etwa 1 :5000 hat,

5. Nachlaufverstärker nach Anspruch 4, dadurch kann der hydraulische Regelkreis einen Regelbereich gekennzeichnet, daß der einstellbare Anschlag (13) von etwa 1 :1 000 000 verarbeiten. Im Werkzeugmamit einem Stellmotor verbunden ist schinenbau werden häufig hohe Wegauflösungen, z. B.

6. Nachlaufverstärker nach Anspruch 4, dadurch 40 0,001 mm und geringe Fahrgeschwindigkeiten, z. B. gekennzeichnet, daß der einstellbare Anschlag (13) 2 mm/min, verlangt dies setzt voraus, daß die Spindelein Schraubteil (14) aufweist. Steigung der Meßspindel sehr klein gehalten werden

7. Nachlaufverstärker nach Anspruch 1, dadurch muß und z. B. 2 mm beträgt Wegen der notwendig hogekennzeichnet daß eine im Gewinde (25) der Meß- hen Wegauflösung und dem begrenzten Regelbereich spindel (3) laufende, im Koppelglied (7) geführte 45 lassen sich maximale Fahrgeschwindigkeiten von etwa Mutter (24) vorgesehen ist, die gegenüber dem Kop- 10 m/min erreichen. Im allgemeinen reichen die genannpelgüed (7) drehfest, aber mit der Meßspändel (3) ten elektrischen Werte für den Lage- und Geschwindigaxial verschiebbar, angeordnet ist. keitsregelkreis zum Positionieren von hochgenauen An-

8. Nachlaufverstärker nach Anspruch 3, 6 und 7, trieben aus.

dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) des 50 Bei bestimmten Anwendungsfällen ist es aber not-Hydraulikelementes (8) am einen Ende der Meßspin- wendig, bei gleich hoher Positioniergenauigkeit mit wedel (3) angeordnet ist und von ihm ein Ansatz (15) sentlich höheren, überlagerten Geschwindigkeiten zu ausgeht, der mit seiner Stirnseite an der Stirnseite fahren. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrundes Schraubteiles (14) zur Anlage bringbar ist de, einen elektrohydraulischen Nachlaufverstärker zu

9. N achlauf verstärker nach Anspruch 2, dadurch 55 schaffen, dessen Geschwindigkeitsregelbereich trotz gekennzeichnet, daß zwischen das Ventil (16) und höchster Positioniergenauigkeit und Steifigkeit wesentdas Hydraulikelement (8) ein Umkehrventil (46) ge- Hch erhöht ist.

schaltet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor.

10. Nachlaufverstärker nach Anspruch 1 und 2, da- daß die Längenveränderbarkeit des Bewegungselemendurch gekennzeichnet, daß die Druckleitungen für 60 tes durch zwei Anschläge begrenzt ist und daß das Beden Arbeitszylinder (4) und das Hydraulikelement wegungselement steuerbar jeweils kraftschlüssig gegen (8) von der gleichen Pumpe gespeist werden und die einen der Anschläge gepreßt ist. Auf diese Weise kann Abflußleitungen von Arbeitszylinder (4) und Hy- die starre Wirkverbindung zwischen Meßspindel und draulikelement (8) zum gleichen Tank zurückgeführt Kolben unterbrochen werden, die Bewegungsgeschwinsind. 65 digkeit des Kolbens folgt der Fahrgeschwindigkeit des

Bewegungselementes, wenn dieses sich vom einen An-

schlag zum anderen Anschlag bewegt. Es lassen sich

damit überlagerte Geschwindigkeiten von mehr als