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In der Druckschrift »o + p = ölhydraulik und pneumatik = 24« tl980)-Nr.4,
S.319-322 ist eine weitere Hubvorrichtung dieser Art beschrieben, bei der ebenso
wie bei der eben beschriebenen bekannten Vorrichtung als Antrieb für den Schnell-
und Langsamgang ein pneumatischer Zylinder verwendet wird, bei dem die Herabsetzung
der Geschwindigkeit des Hubgliedes auf den Langsamgang durch Einschalten einer Drossel
in den Abluftstrom erreicht wird. Mit dieser bekannten Vorrichtung sind Positionierungstoleranzen
von +0,2 mm
erreichbar.
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In der Druckschrift »Control Engineering«, Band 14, Heft 5, Seite
97 - 99, ist eine ähnliche Hubvorrichtung beschrieben, bei der jedoch das Hubglied
im Schnell- -gang über zwei Schaltkupplungen von zwei mit konstanter Geschwindigkeit
umlaufenden Wechselstrommotoren über eine Spindel, also formschlüssig, angetrieben
wird. Sobald sich das Hubglied seinem- Ziel genähert hat, werden die Schaltkupplungen
gelöst, und eine schnell wirkende Bremse hält das Hubglied an. Aus dieser Haltestellung
erfolgt dann die Feinpositionierung durch Lösen der Bremse und durch Schalten eines
in beiden Richtungen antreibbaren Schrittmotors, der das Hubglied auf der letzten
Strecke in kleinen Schritten in der gewünschten Stellung bewegt. Die mit dieser
bekannten Vorrichtung erreichbare Positionierungstoleranz beträgt 10,015 mm. Der
Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß je größer die Geschwindigkeit
im Schnellgang ist, desto ungenauer ist die durch Auskuppeln und Bremsen erreichbare
Ausgangsstellung für den Schleichgang, d. h. um so größer ist in der Regel die Länge
des Schleichweges. Da die Schleichgeschwindigkeit zum Erreichen der großen Genauigkeit
sehr langsam sein muß, wird der durch die Erhöhung der Geschwindigkeit im Schnellgang
erlangte Zeitgewinn teilweise durch den größeren Zeitaufwand für den Schleichgang
aufgezehrt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubvorrichtung, bei
der die Geschwindigkeit des Schnellganges sich nicht auf die Pdsitionierungsgenauigkeit
nachteilig auswirkt, so auszubilden, daß die für einen ganzen Positionierungshub
durch zunehmende Schnellganggeschwindigkeit gewonnene Zeit nicht durch den Schleichgang
zunehmend beeinträchtigt wird.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit einer Hubeinrichtung der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Gestell eine Schleichwegeinrichtung
vorhanden ist, die ein bewegbares Schleichglied aufweist, das mit einer im wesentlichen
konstanten Schleichgeschwindigkeit bewegbar ist, und daß eine Kupplungseinheit vorhanden
ist, durch die das Hubglied in jeder Stellung desselben mit dem Schleichglied kuppelbar
ist, wodurch dem Hubglied für die Fixierung durch die Feststelleinheit die Schleichgeschwindigkeit
aufzwingbar ist.
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Durch die bekannte Verwendung eines nachgiebigen Antriebs für den
Schnell- und den anschließenden Langsamgang wird erreicht, daß der Positionierungsweg
mittels des Schleichganges vom Schnellgang praktisch unabhängig ist, da der Langsamgang
bei jedem beliebigen Schnellgang immer so- eingestellt werden kann, daß die Länge
des Schleichganges im wesentlichen nicht beeinflußt wird. Durch das Kuppeln des
Schleichgliedes der Schleichwegeinrichtung mit dem Hubglied wird diesem kurz vor
der Fixierung in der Sollstellung die Schleichgeschwindigkeit des Schleichgliedes
der Schleichwegeinrichtung aufgezwungen. Wird hierbei eine Schleichwegeinrichtung
mit einer in gewünschten Grenzen definierbaren Schleichgeschwindigkeit des Schleichgliedes
benutzt, dann kennen die Toleranzen der erzielbaren Sollstellung des Hubgliedes
unter Berücksichtigung der Toleranzen der Aktionsdauer der Feststelleinheit genau
berechnet werden. Durch Benutzung einer Schleichwegeinrichtung, bei der die Geschwindigkeit
des Schleichgliedes einstellbar ist, können die gewünschten Toleranzen der Sollstellung
des Hubgliedes verhältnismäßig genau durch Einstellen der Schleichgeschwindigkeit
eingestellt werden.
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Als Schleichwegeinrichtung kann z. B. eine Spindel vorgesehen sein,
die die Kupplungseinheit über eine kurze Strecke mit einer genau vorgeschriebenen
Schleichgeschwindigkeit bewegt. Sobald sich die Geschwindigkeit des Hubgliedes im
Langsamgang der Geschwindigkeit der hier als Schleichglied dienenden Kupplungseinheit
angepaßt hat, werden, kurz bevor das Hubglied-die Sollstellung erreicht hat, der
Antrieb der Spindel und kurz darauf die als Schleichglied dienende Kupplungseinheit
eingeschaltet, so daß diese dann dem Hubglied die Schleichgeschwindigkeit aufzwingt,
bis die Sollstelle erreicht ist, in der dann die Feststelleinrichtung am Hubglied
angreift und dieses in der Sollstellung festhält und in der dann die Kupplungseinheit
sich selbst als Schleichglied vom Hubglied löst, so daß das Schleichglied nun von
der Spindel durch eine entsprechende Steuerung wieder in seine Ruhestellung zurückbewegt
werden kann, aus der es im Schleichgang herausbewegt wurde.
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Als nachgiebiger Antrieb für das Hubglied kann z. B.
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ein elektromagnetischer Antrieb vorgesehen sein. Die Umschaltung auf
den Langsamgang kann dann z. B.
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durch Einschalten einer Bremsvorrichtung erreicht werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Schleichwegeinrichtung
mindestens einen hydraulischen Bremszylinder aufweisen; der eine besonders einfache
Gestaltung der Einrichtung mit in den meisten- Fällen ausreichender Genauigkeit
ermöglicht, da hierbei als Antrieb für den Schleichgang derselbe nachgiebige Antrieb
verwendbar ist, der auch als Antrieb für den Schnell- und Langsamgang dient.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann alsnachgiebiger Antrieb
für das Hubglied ein pneumatischer Zylinder vorgesehen sein. Hierbei kann die Kupplungseinheit
ein im Gestell parallel zum langgestreckten Hubglied des pneumatischen Zylinders
verschiebbar gelagertes Teil aufweisen, das für die Einwirkung auf den Bremszylinder
mit dem Hubglied fest verbindbar ist. Ein pneumatischer Zylinder bildet einen für
diesen Zweck besonders preiswerten, nachgiebigen Antrieb, dessen Geschwindigkeit
durch Ventilsteuerung leicht steuerbar ist.
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Weiterhin kann bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Kupplungseinheit
eine Feststelleinheit aufweisen, die im Gestell parallel zum langgestreckten Hubglied
des pneumatischen Zylinders so verschiebbar gelagert ist, daß sie beim Verschieben
auf den Bremszylinder einwirkt. Hierbei kann sie mit einer Klemmvorrichtung zum
Festklemmen am langgestreckten Hubglied versehen sein, so daß sie das Schleichglied
der Schleichwegeinrichtung bildet.
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Um eine besonders genaue Festlegung der Sollstellung zu erreichen,
ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß zum Steuern des Überganges
vom Schnellgang auf den Langsamgang des Hubzylinders und zum Steuern des Einschaltens
der Kupplungseinheit und der Feststelleinheit ein Rechner und ein Wegmeßgerät vorhanden
sind, das die vom Hubglied in jedem Augenblick zurückgelegten Wege mit und diese
als Eingangsgrößen in den Rechner eingibt, der aus diesen Eingangsgrößen, den daraus
errechneten Geschwindigkeiten des Hubgliedes und der vor her angegebenen gewünschten
Sollstellung die Signale für die genannten Steuervorgänge abgibt.
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Dadurch wird erreicht, daß die Werte einer gewünschten Sollstellung
des Hubgliedes und die durch das Wegmeßgerät während seines Hubes ermittelten Werte
der Iststellungen derselben dem mit einer Zeit-
meßeinrichtung versehenen
Rechner eingegeben werden, der aus den Istwerten und den dazugehörigen Zeit; werten
die.momentanen Istgesehwindigkeiten des Hubgliedes ermittelt und auf Grund dieser
Werte Signale in errechneten Zeitpunkten abgibt, durch die zunächst der Antrieb
des Hubgliedes von einem Schnellgang auf einen Langsamgång umgeschaltet wird, dessen
Geschwindigkeit sich nur wenig von der Schleichgeschwindigkeit eines sich in einem
Schleichgang bewegenden Schleichgliedes einer Schleichwegeinrichtung abweicht, und
durch die die Feststelleinrichtung zum Fixieren des Hubgliedes und kurz davor die
Kupplungseinrichtung eingeschaltet werden, die das sich im Schleichgang bewegende
Schleichglied mit dem sich im Langsamgang bewegenden Hubglied kuppelt und diesem
dadurch vor dem Fixieren die Schleichgeschwindigkeit aufzwingt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der folgenden
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen
erläutert. Es zeigen F i g. 1, 2 und 3 schematisch vereinfachte Ansichten eines
Ausführungsbeispieles der Hubvorrichtung,-wobei in Fig. 1 das Hubglied und das Schleichglied
sich in ihren Ruhestellungen, in F i g.- 2 das Hubglied in der Sollstellung mit
angekuppeltem Schleichglied und in Fig. 3 das Hubglied in Sollstellung und das Schleichglied
vom Hubglied abgekuppelt in seiner Ruhestellung befinden; F i g. 4 einen Schnitt
der Feststelleinheit, die beim Ausführungsbeispiel als Feststelleinheit für das
Hubglied und als Kupplungseinheit vorhanden ist; F i g. 5 ein schematisch vereinfachtes
Blockschaltbild, -das die Steuerung der Hubvorrichtung zeigt, wobei drei einander
parallele Stangen des Hubgliedes schematisch durch die Kolbenstange des pneumatischen
Zylinders dargestellt sind.
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Die in den F i g. -1 bis 3 dargestellte Hubvorrichtung weist ein
Gestell 10 mit einer Grundplatte 11 auf, die mit zwei Schenkeln 12 einen U-förmigen
Rahmen bildet, bei dem die oberen Enden der Schenkel 12 durch eine -Deckplatte 13
miteinander verbunden sind.
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In diesem Gestell 10 ist ein rahmenförmiges, als Ganzes mit 14 bezeichnetes
Hubglied um einen dem Abstand zwischen den beiden Schenkeln 12 entsprechenden Maximalhub
hin und her bewegbar gelagert ist. Das Hubglied weist zwei den Schenkeln 12 parallele
Endstücke 15 auf, die durch drei einander parallele Stangen 16, 17 und 18 miteinander
verbunden sind Von diesen Stangen bildet die unterste Stange 16 die Kolbenstange
eines zwischen den Schenkeln 12 im Gestell- 10 befestigten pneumatischen Zylinders
19, dessen doppelwirkender Kolben 20, wie das aus Fig.S ersichtlich ist, auf der
Kolbenstange 16 befestigt ist Parallel zum Zylinder 19 ist am Gestell 10 ein Wegmeßgerät
21 befestigt, dessen zum Messen des Weges bewegbares »Zeiger«-Glied 22 mit der Stange
17 des Hubgliedes fest verbunden ist, so daß die momentane Stellung des Hubgliedes
14 jederzeit von dem Wegmeßgerät 21 angezeigt wird. Als Wegmeßgerät kann ein bekanntes
Gerät verwendet werden, das die jeweilige Stellung des Zeigergliedes 23 digital
anzeigt. Der Kolben 20 des pneumatischen Zylinders 19 ist über zwei Ventile 23und
24 steuerbar, die die beiden Zylinderräume 25 bzw. 26 mit einer Druckluftquelle
27 oder mit der Außenluft verbinden können, was schematisch in F i g. 5 angedeutet
ist.
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Auf der dritten Stange 18 des Hubgliedes 14 sind zwei völlig gleiche
Feststelleinheiten 28 und 29 so verschiebbar gelagert, daß beim Einschalten der
jeweiligen Feststelleinheit diese auf der Stange 18 festgeklemmt wird.
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-Da beide Feststelleinheiten 28. und 29 genau gleich ausgebildet
sind> zeigt die F i- g. den Aufbau einer sol chen Feststelleinheit Diese weist
einen Grundkörper 31 auf, der mit einem pneumatischen Zylinder 32 verbuit den ist,
in dem ein doppelwirkender Hilfskolben 33 hin und her bew-egbar gelagert ist. Der:
Grundkörper 31 -weist eine durchgehende Öffnung 3,4 auf, die an ihren -beiden Enden
in der Zeichnung nicht dargestellte GIeitlager für die Stange 18 des Hubgliedes
14 bildet Zwiw schen den beiden Gleitlagern ist in der Öffnung exzentrisch zur Achse
der Gleitlager eine Hülse 35 drehbar gelagert, deren Bohrung ebenfalls ein Gleitlager
für die Stange 18 bildet, das in der in,F i g. 4 dargestellten Freigabestellung
koaxial zu den Gleitlagern an den Enden der Öffnung 34 angeordnet ist. Diese Hülse
35 ist durch einen Hebel 30 mit dem Hilfskolben 33 schwenkbar verbunden, so daß,
wenn sich der Hilfskolben 33 aus der ili Fig.4 dargestellten Freigabestellung nach
links, be wegt, die exzentrische Hülse 35 die Stange 18 in den Gleitlagern an beiden
Enden der Öffnung.34 festklemmt. Die beiden Zylinderräume 36 und 37 der Feststelleinheit
28 sind über Ventile 38 bzw. 39 und die bei den entsprechenden Zylinderräume der
Kupplungseinheit 29 über Ventile 41 bzw. 4? mit der Druckluftqüelle 27 und mit der
Außenluft verbindbar.
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Wie das aus den F i g. l bis 3 ersichtlich ist, ist die auch als
Feststelleinheit für das Hubglied 14 dienende rest stelleinheit 28 so mit dem Gestell
10 verbunden, daß es keine Bewegung in Richtung des Hubes des Hubgliedes 14 ausführen
kann. Dies ist in F i g. schematisch in dèf Weise dargestellt, daß der Körper 31
der Feststellein heit 28 durch eine Lasche 43 fest mit dem Zylinder 19 verbunden
ist. Die ein Teil der Kupplungseinheit bildende Feststelleinheit 29 ist zwischen
den Kolbenstangen 44 und 45 von zwei hydraulischen Bremszylindern-46 bzw. 47 angeordnet,
deren Bremshübe parallel zum Hub des Hubgliedes 14 verlaufen und die, wie in den
F i g.1 bis 3 dargestellt, fest mit dem Gestell 10 verbunden-sind, Die Enden der
Kolbenstangen 44 und 45 der beiden hydraulischen Brenszylinder 46 und 47 liegen
dabei ari gegenüberliegenden Seiten der Feststelleinheit an und definieren dadurch
gegenüber dem Gehäuse 10 eine feste Ruhestellung dieser Feststelleinheit 29. Diese
Stel lung der Feststelleinheit 29 ist in Fí g. 1 und 3 dargestellt.
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Wird die Feststelleinheit 29 auf der Stange 18 feste; klemmt, dann
bewegt sieh das Hubglied 14 gegen die Wirkung der Bremszylinder 46, wie in Fig.
2 dargestellt, oder 47, so daß diese Feststeleinheit 29 dann eine Kupplungseinheit
zwischen dem Hubglied 14und einem der beiden Bremszylinder 46 oder 47 bildet, je
nachdem, bei welcher Bewegungsrichtung des Hubgliedes die Feststelleinheit 29 mit
dem Hubglied 14 gekuppelt wir& Hierbei zwingt der jeweilige Bremszylinder 46
oder 47 dem Hubglied eine Schleichgeschwindigkeit auf, aus der das Hubglied 14 dann
von-der Feststelleinheit 28 gelen über dem Gestell 10 in der gewünschten Sollstellung
fixiert wird.
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Zum Steuern des Antriebskolbens 20 des Hubgliedes und der Hilfskolben
33 der beiden Feststelleinheiten 28 und 29 ist ein Rechner 5t vorgesehen; der mit
einer Zeitmeßeinrichtung 50 versehen ist Diesem Rechner werden zunächst die Sollstellung
des Hubgliedes, die dieses nach dem Durchführen eines Hubes einnehmen soll, und
während des Hubes vom Wegmeßgerät 21 die Iststellungen des Hubgliedes 14 eingegeben,
aus denen er gleichzeitig die momentanen Geschwindigkeiten des Hubgliedes ermittelt.
Bei einem dem Rechner einzug
benden Kommando »Hub« werden- zunächst
die Ventile 23 und 24 so gesteuert, daß sich der Kolben 20 in der gewünschten Richtung
auf die Sollstellung zu bewegt Aus den während dieser Bewegung über das Wegmeßgerät
21 vom Rechner 51 ermittelten Iststellungen und lstgeschwindigkeiten des Hubgliedes
ermittelt der Rechner 51 die Signale, die zur Steuerung der Ventile 23,24 erforderlich
sind, um den Kolben 20 und damit das Hubglied 14 in einem Schnellhub möglichst schnell
der Sollstellung zuzuführen und ihn dann rechtzeitig auf einen- Langsamgang umzuschalten,
der etwa in der Größenordnung der Schleichgeschwindigkeit liegt, auf die die Bremskolben
46 und 47 eingestellt sind. Kurz vor dem Erreichen der Sollstellung werden dann
vom Rechner Signale abgegeben, die die Ventile 41, 42 für die Zufuhr von Druckluft
in den Zylinderraum 36 der Feststelleinheit 29 betätigen, so- daß diese auf der
Kolben stange 18 festgeklemmt und somit mit dem Hubglied 14 mitbewegt wird. Diese
Bewegung der hier als Teil der Kupplungseinheit dienenden Feststelleinheit 29 kann
aber nur mit der Schleichgeschwindigkeit erfolgen, die der betreffende Bremszylinder
46 oder 47 zuläßt, je nachdem, in welcher Richtung sich -gerade das Hubglied bewegt
hat Unmittelbar nach dem durch diese Kupplung zwischen dem Hubglied und einem der
beiden Bremszylinder 46 und 47 dem Hubglied die vom entsprechenden Bremszylinder
bestimmte Schleichgeschwindigkeit aufgezwungen ist, werden vom Rechner 51 Signale
abgegeben, die die Ventile 38, 39 für die.
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Zufuhr von Druckluft in den Zylinderraum 36 der Feststelleinheit 28
in dem Zeitpunkt betätigen, in dem das Hubglied die Sollstellung erreicht hat. Auf
diese Weise wird dann die Stange 18 und damit das Hubglied 14 in der Sollstellung
festgeklemmt. Unmittelbar nachdem das Hubglied durch die Feststelleinheit 28 in
der Sollstellung festgeklemmt worden ist, werden vom Rechner 51 die Ventile 41,
42 betätigt, durch die die kuppelnde Feststelleinheit 29 von der Stange 18 und damit
vom Hubglied gelöst wird, so daß die Feststelleinheit 29 durch die in den Bremszylindern
46 und 47 enthaltenen Rückstellfedern in die Ruhestellung zurückbewegt wird.
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Die vom Rechner 51 abgegebenen Signale werden durch einen Verstärker
52 verstärkt, der die verstärkten Signale an die.Ventile 23,24,38,39,41 und 42 weiterleitet
Die hierzu erforderliche Programmierung des Rechners 51 ist in einer dem Fachmann
geläufigen Weise durchführbar, so daß sich eine Beschreibung dieser Programmierung
zur Vermeidung unnötiger Längen erübrigt Wie das aus dem oben Gesagten hervorgeht,
wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Hubglied 14 von einem pneumatischen
Zylinder 19 kraftschlüssig und nicht formschlüssig angetrieben, so daß das Hubglied
auch bei eingeschaltetem Antrieb jederzeit angehalten werden kann. Ein solcher Antrieb
ist im Vorstehenden als »nachgiebig« bezeichnet. Die beiden Bremszylinder 46 und
47 bilden zusammen mit der Feststelleinheit 29 eine Schleichwegeinrichtung> bei
der die Feststelleinheit 29 nur mit einer Schleichgeschwindigkeit bewegt werden
kann und somit ein Schleichglied dieser Schleichwegeinrichtung bildet. Werden hierbei
einstellbare hydraulische Bremszylinder 46 und 47 verwendet, dann kann die Schleichgeschwindigkeit
des durch' die.
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Feststelleinheit 29 gebildeten Schleichgliedes eingestellt werden.
Durch Festklemmen der Feststelleinheit 29 auf der Stange 18 wird das Hubglied 14
mit der Feststellein-.
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heit 29 und damit mit dem Schleichglied. der -Schleichwegeinrichtung
gekoppelt, so daß beim dargestellten
Ausführungsbeispiel die Stange 18 mit der Feststelleinheit
29 eine Kupplungseinheit bildet.
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Bei dieser Betrachtungsweise ist es ersichtlich, daß als Schleichwegeinrichtungen
auch anders konstruierte Einrichtungen verwendet werden können, z. B; eine mit dem
Hubglied kuppelbare Spindel, eine Schneeke, ein Zahnrad od. dgl., die mit einer
die Schleichgeschwindigkeit ergebenden Geschwindigkeit angetrieben werden und. kurzzeitig
vor dem Feststellen des Hubgliedes in seiner Sollstellung mit diesem durch eine
beliebig ausgebildete Kupplungseinrichtung gekuppelt werden.
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Durch entsprechende Ausgestaltung der Schleichwegeinrichtung kann
die Schleichgeschwindigkeit seines Schleichgliedes für bestimmte gewünschte Toleranzenausgelegt
werden, die unter Berücksichtigung der Toleranzen der Reaktionsgeschwindigkeit der
Feststelleinheit 28 gewünschte Toleranzen der Sollstellung des Hubgliedes ergeben,
ohne daß dabei die Geschwindigkeit des Hubgliedes im Schnellgang verringert werden
muß, da durch die Anwendung des Wegmeßgerätes 21 und des Rechners 51 der Zeitpunkt
genau errechnet werden kann, an dem für ein einwandfreies Funktionieren der Hubvorrichtung
der Schnellgang des Hubgliedes in einen der Schleichgeschwindigkeit angepaßten Langsamgang
umgewandelt werden muß.
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Wie dargelegt sind die hydraulischen Bremszylinder 46,47 mit Rückstellfedern
versehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel Rückstelleinrichtungen bilden;
die ebenfalls auch anders als beim Ausführungsbeispiel ausgebildet sein können.
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