DE4233212A1 - Air spring, esp. for position adjuster for machine part or measuring appts. - is switchable between stiffness levels, and has two hydraulic working chambers operable in combination or separately - Google Patents

Air spring, esp. for position adjuster for machine part or measuring appts. - is switchable between stiffness levels, and has two hydraulic working chambers operable in combination or separately

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Abstract

The spring system is switchable between two stiffness states, hard and soft, and/or has variable damping. A medium displacement device can adopt different displacement states so that a working chamber (8) filled with a compressible medium undergoes a vol. change of at least 1:10 to produce different stiffness values and hence natural frequencies of the spring system. Two working chambers filled with a compressible medium can be used. These can be combined and separated to form a large vol. and a small vol. working chamber. The chambers communicate via electromagnetically operated valves. USE/ADVANTAGE - E.g. for use in machine tools. Enables spring-mounted moving wts. to be brought to rest relatively quickly when moved to new position.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Federsystem, insbesondere Luftfedersystem, ferner auf die Verwendung dieses Federsystems für eine Nachstelleinrichtung zum Einstellen der Lage eines Maschinenteils oder eines Meßgeräts und auf ein Einstellverfahren.The invention relates to a spring system, in particular Air spring system, further on the use of this Spring system for an adjusting device for adjusting the Location of a machine part or a measuring device and on a Adjustment procedure.

Um Maschinenteile oder Meßgeräte gegen einwirkende Schwingungen aus der Umgebung zu isolieren, werden Luftfedern zwischen dem Maschinenteil bzw. dem Meßgerät und der Umgebung eingefügt. Diese Luftfedern sind relativ weich eingestellt, woraus eine niedrige Eigenfrequenz des Systems Feder-Masse (bestehend aus der Luftfeder und dem Maschinenteil oder dem Meßgerät) resultiert. Dadurch werden die Störschwingungen aus der Umgebung, welche erfahrungsgemäß höherfrequent sind, nicht auf den zu schützenden Maschinenteil oder das Meßgerät übertragen.To machine parts or measuring devices against acting Isolating vibrations from the environment become air springs between the machine part or the measuring device and the environment inserted. These air springs are set relatively soft, resulting in a low natural frequency of the spring-mass system (consisting of the air spring and the machine part or the Measuring device) results. This eliminates the spurious vibrations the environment, which experience has shown to be of higher frequency, not on the machine part to be protected or the measuring device transfer.

Derart schwingungsisolierte Maschinenteile oder Meßgeräte werden andererseits relativ zum Hauptteil der Maschine bzw. zu ihrer Umgebung verschoben, beispielsweise um eine neue Messung vorzunehmen, wobei die neue Lage möglichst rasch eingenommen werden soll. Die Lageveränderung führt unweigerlich zur Anregung von Schwingungen, deren Ausklingen man abwarten muß, wenn genaue Messungen oder, im Falle von Werkzeugmaschinen, genaue Bearbeitungen vorgenommen werden sollen.Such vibration-isolated machine parts or measuring devices on the other hand, relative to the main part of the machine or moved to their surroundings, for example by a new one Measure, taking the new location as quickly as possible to be taken. The change in location leads inevitably to excite vibrations, their decay one has to wait and see if accurate measurements or, in the case of Machine tools, precise machining can be done should.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federsystem, insbesondere für eine Nachstelleinrichtung zum Einstellen der Lage eines Maschinenteils oder eines Meßgerätes, zu schaffen, bei dem abgefederte, bewegte Massen verhältnismäßig rasch zur Ruhe kommen, wenn sie ihre jeweils neue Stellung eingenommen haben.The invention has for its object a spring system, in particular for an adjusting device for adjusting the  Position of a machine part or a measuring device, with the sprung, moving masses relatively quickly Calmness comes when they take up their new positions to have.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Steifigkeit des Federsystems in mindestens zwei Zustände schaltbar ist und/oder unterschiedlich große Dämpfungen des Federsystems wirksam gemacht werden.The task is solved in that the Stiffness of the spring system in at least two states is switchable and / or damping of different sizes Federsystems be made effective.

Dadurch ist es möglich, die Schwingungsisolierung in dem weichen Zustand des Federsystems und mit kleiner Dämpfung aufrechtzuerhalten, während zur Verschiebung der Masse das Federsystem in seinen harten Zustand, gegebenenfalls kombiniert mit großer Dämpfung, gebracht wird mit der Folge, daß angeregte Schwingungen relativ hochfrequent sind, geringere Amplituden aufweisen und rascher ausklingen. Dadurch kann die Zykluszeit der Nachstelleinrichtung wesentlich verkürzt werden.This makes it possible to isolate the vibrations in the soft condition of the spring system and with little damping maintain while shifting the crowd that Spring system in its hard state, if necessary combined with great damping, is brought with the consequence that excited vibrations are relatively high-frequency, have lower amplitudes and decay faster. This can reduce the cycle time of the adjustment device be significantly shortened.

Das Federsystem kann wenigstens zwei mit kompressiblen Medien gefüllte Räume aufweisen, die miteinander in Verbindung stehen. Es können Medien mit hoher Kompressibilität (Gase, insbesondere Luft) und/oder mit geringer Kompressibilität (Flüssigkeiten, insbesondere Hydrauliköl) zur Anwendung kommen. Wenigstens ein, vorzugsweise beide Räume weisen je eine Mediumsverdrängungseinrichtung auf, die unterschiedliche Verdrängungspositionen einnehmen kann bzw. können, so daß der bzw. jeder Raum eine Volumenveränderung von wenigstens 1 : 10 erfährt, um die unterschiedlichen Steifigkeiten und damit Eigenfrequenzen des Systems Feder-Masse zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich die Federkonstante aufgrund der Größe des jeweiligen Raums und der Kompressibilität des eingefüllten Mediums. Große Räume erzeugen weiche Federn, und kleine Räume bringen harte Federn mit sich. Die Volumenänderung sollte möglichst groß sein und beträgt in der Praxis 1 : 25 und mehr.The spring system can at least two with compressible media have filled spaces that connect with each other stand. Media with high compressibility (gases, especially air) and / or with low compressibility (Liquids, especially hydraulic oil) for use come. At least one, preferably both rooms each have a medium displacement device, the different Can take displacement positions so that the or each room has a volume change of at least 1:10 experiences the different stiffnesses and thus Generate natural frequencies of the spring-mass system. At this embodiment results in the spring constant due to the size of the room and the Compressibility of the medium filled. Big rooms  produce soft feathers, and small spaces produce hard feathers with yourself. The volume change should be as large as possible and in practice is 1:25 and more.

Die Mediumsverdrängungseinrichtung wird vorzugsweise durch eine Schaltung mit zwei Räumen und einem Durchlaßelement simuliert, wobei das Durchlaßelement beide Räume zu einem einheitlich wirkenden Raum verbinden kann, wodurch eine weiche Feder gebildet wird, oder beide Räume im Hinblick auf kurzzeitige Vorgänge voneinander trennt, wie dies z. B. durch eine drosselnde Verbindung realisiert werden kann.The medium displacement device is preferably by a circuit with two rooms and a passage element simulated, the passage element both rooms into one can connect a seemingly uniform space, creating a soft spring is formed, or with regard to both spaces separates short-term processes, as z. B. by a throttling connection can be realized.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:Embodiments of the invention are based on the Drawing described. It shows:

Fig. 1 eine Schemaskizze eines Federsystems, Fig. 1 is a schematic sketch of a spring system,

Fig. 2 ein Luftfedersystem mit einer schematisch dargestellten Mediumsverdrängungseinrichtung, Fig. 2 shows an air suspension system with a schematically illustrated medium, and displacement means,

Fig. 3 ein Luftfedersystem mit mehreren Räumen nach einer ersten Variante, Fig. 3 shows an air spring system having a plurality of areas according to a first variant,

Fig. 4 nach einer zweiten Variante, Fig. 4 according to a second variant,

Fig. 5 nach einer dritten Variante, Fig. 5 according to the third variant,

Fig. 6 nach einer vierten Variante, Fig. 6 according to a fourth variant,

Fig. 7 eine kombinierte Luft-Flüssigkeits-Feder, Fig. 7 shows a combined air-liquid spring,

Fig. 8 eine Niveauregulierung für eine Feder, Fig. 8 is a leveling device for a spring,

Fig. 9 eine weitere Niveauregulierung, Fig. 9 shows a further level of regulation,

Fig. 10 ein Federsystem, von oben gesehen, teilweise aufgebrochen, und Fig. 10 is a spring system, seen from above, partially broken, and

Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI in Fig. 10. Fig. 11 is a section along the line XI-XI in Fig. 10.

Fig. 1 stellt eine schematische Darstellung einer Masse 1, eines Federsystems 2 und einer abstützenden Umgebung oder Unterlage 3 dar. Bei der Masse 1 kann es sich um eine Maschine, ein Maschinenteil oder ein Meßgerät handeln, während als Unterlage 3 das Fundament der Maschine, der Maschinentisch oder der Maschinenhauptteil dienen kann. Das Federsystem enthält eine Luftfeder 4 und eine mechanische Feder 5, die mittels eines Antriebs 6 in Anlage zu der Masse 1 gefahren werden kann, normalerweise aber außer Anlage steht. Als Alternative zu der mechanischen Feder 5 ist noch eine Flüssigkeitsfeder 7 angedeutet, die ebenfalls die Masse 1 mit der Unterlage 3 verbindet. Die Luftfeder 4 weist zwei Räume 8 und 9 auf, die über eine Drossel 10 miteinander verbunden sind. Die obere Begrenzung des Raumes 8 wird durch eine Membran oder einen Balg 11 gebildet, der unter der Einwirkung des Gewichts der Masse 1 steht. Fig. 1 shows a schematic representation of a mass 1, a spring system 2 and a supporting environment or pad 3. In the mass 1 may be a machine, a machine part or a measuring device, while the base 3, the foundation of the machine, the machine table or the machine main part can serve. The spring system contains an air spring 4 and a mechanical spring 5 , which can be moved into contact with the mass 1 by means of a drive 6 , but is normally out of contact. As an alternative to the mechanical spring 5 , a liquid spring 7 is also indicated, which also connects the mass 1 to the base 3 . The air spring 4 has two spaces 8 and 9 , which are connected to one another via a throttle 10 . The upper boundary of the space 8 is formed by a membrane or a bellows 11 , which is under the influence of the weight of the mass 1 .

Zur Schwingungsisolierung der Masse 1 gegenüber der Unterlage 3 wird die harte Feder 5 bzw. 7 unwirksam gemacht, so daß nur die Luftfeder 4 die Masse 1 auf der Unterlage 3 abstützt. Die Luftfeder 4 ist relativ weich eingestellt, so daß Erschütterungen der Unterlage 3, denen gewöhnlich eine hohe Frequenz zukommt, nicht auf die Masse 1 übertragen werden. Der Wert der Drossel 10 wird im Hinblick auf maximale Dämpfung gewählt, wobei Luftbewegungen zwischen den beiden Räumen 8 und 9 ermöglicht werden. Indem der Antrieb 6 ausgefahren wird, wird die relativ steife mechanische Feder 5 wirksam gemacht und stützt die Masse 1 ab. Wenn nunmehr die Masse 1 aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung verfahren wird, erfährt sie eine Beschleunigung und eine Abbremsung, wodurch Schwingungen angeregt werden. Diese Schwingungen sind infolge der steiferen Feder 5 relativ hochfrequent und weisen eine geringe Amplitude auf. Wenn demnach die Feder 5 in der neuen Stellung der Masse 1 wieder unwirksam gemacht wird, klingen diese Schwingungen relativ schnell aus, so daß die Masse 1 relativ rasch zur Ruhe kommt und störungsfrei mit einer Messung oder einer Maschinenoperation begonnen werden kann. Bei der Anwendung der Flüssigkeitsfeder 7 kann außer einer hohen Steifigkeit auch eine große Dämpfung von Schwingungen erzielt werden.To isolate the mass 1 from the base 3 , the hard spring 5 or 7 is rendered ineffective, so that only the air spring 4 supports the mass 1 on the base 3 . The air spring 4 is set relatively soft, so that vibrations of the base 3 , which usually have a high frequency, are not transmitted to the mass 1 . The value of the throttle 10 is selected with a view to maximum damping, air movements between the two spaces 8 and 9 being made possible. By extending the drive 6 , the relatively rigid mechanical spring 5 is made effective and supports the mass 1 . If mass 1 is now moved from a first position into a second position, it undergoes acceleration and deceleration, as a result of which vibrations are excited. These vibrations are due to the stiffer spring 5 relatively high frequency and have a low amplitude. Accordingly, when the spring 5 in the new position of the mass 1 is rendered ineffective, these vibrations fade away relatively quickly, so that the mass 1 comes to rest relatively quickly and can be started with a measurement or a machine operation without interference. When using the liquid spring 7 , in addition to a high rigidity, a large damping of vibrations can be achieved.

Fig. 2 zeigt eine Luftfeder 4, deren beide Räume 8 und 9 jeweils teilweise durch eine Blase 12 bzw. 13 ausgefüllt ist. Die Blasen können über ein Leitungssystem und ein Schaltventil 14 mit einer Flüssigkeit aus einer Quelle 15 gefüllt bzw. in einen Tank 16 entleert werden. Der Raum 8 erfährt dabei eine Volumenänderung von wenigstens 1 : 10. Die Füllung der Räume 8 und 9 wird über nicht dargestellte Anschlüsse so gesteuert, daß sich ein passender Luftdruck in der Feder einstellt. Infolge der Änderung des Volumens des Raumes 8 kann die Federcharakteristik auf hart oder weich gestellt werden. Demgemäß lassen sich die Effekte erzielen, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert. Fig. 2 shows an air spring 4 , the two spaces 8 and 9 are each partially filled by a bubble 12 and 13 , respectively. The bubbles can be filled with a liquid from a source 15 or emptied into a tank 16 via a line system and a switching valve 14 . The room 8 experiences a volume change of at least 1:10. The filling of the rooms 8 and 9 is controlled via connections (not shown) in such a way that a suitable air pressure is established in the spring. As a result of the change in the volume of the space 8 , the spring characteristic can be set to hard or soft. Accordingly, the effects can be achieved, as explained in connection with FIG. 1.

Fig. 2 ist als Schema zu verstehen und soll die Volumenänderung von wenigstens 1 : 10 infolge der Mediumsverdrängungseinrichtung 12 darstellen. FIG. 2 is to be understood as a diagram and is intended to represent the volume change of at least 1:10 as a result of the medium displacement device 12 .

Fig. 3 bis 6 stellen Luftfedersysteme dar, deren Steifigkeit sich rasch (innerhalb von etwa 50 bis 100 ms) schalten läßt. Im einzelnen ist dem Balg 11 jeweils ein kleiner Luftraum 20 zugeordnet, der über eine Leitung 21 und 22 sowie 23 mit relativ großen Räumen 24/25 bzw. 26 verbunden werden kann. Hierzu eignen sich passende Ventile, beispielsweise ein Dreiwegeventil 27 (Fig. 3), oder zwei Zweiwegeventile 28, 29 (Fig. 4) oder ein einzelnes Zweiwegeventil 28 bzw. 30 (Fig. 5 und 6). Der Leitung 23 ist eine Drossel 33 zugeordnet, die im Falle der Fig. 3 und 4 auch in dem Ventil 27 bzw. 29 einbezogen sein kann. Die Ventile 27 bis 30 werden vorzugsweise elektromagnetisch bewegt. FIGS. 3 to 6 illustrate the air spring systems, whose rigidity can be switched rapidly (within about 50 to 100 ms). In particular, the bellows 11 is assigned a small air space 20 , which can be connected via a line 21 and 22 and 23 to relatively large spaces 24/25 and 26 . Suitable valves are suitable for this, for example a three-way valve 27 ( FIG. 3), or two two-way valves 28 , 29 ( FIG. 4) or a single two-way valve 28 or 30 ( FIGS. 5 and 6). The line 23 is assigned a throttle 33 , which in the case of FIGS. 3 and 4 can also be included in the valve 27 or 29 . The valves 27 to 30 are preferably moved electromagnetically.

Die dargestellten Schaltstellungen in Fig. 3 bis 6 zeigen das Federsystem mit harter Federcharakteristik und überkritischer Dämpfung. Dies wird dadurch erreicht, daß die Drossel 33 den kleinvolumigen Raum 20 von dem großvolumigen Raum 24 bzw. 26 für die relativ hochfrequenten Schwingungen abkoppelt. Wenn demgegenüber die Ventile umgeschaltet werden, steht eine Durchlaßverbindung großen Kalibers zwischen dem kleinvolumigen Raum 20 und einem der großvolumigen Räume 24 oder 26 zur Verfügung, so daß sich die Räume 20 und 24 bzw. 26 gewissermaßen vereinigen und die Masse 1 über einen großvolumigen Raum 20/24 bzw. 20/26 abgefedert wird. Demgemäß wird eine weiche Federcharakteristik eingestellt. Die Drossel 10 sorgt für eine gewisse Dämpfung von Schwingungen, die in der Luftsäule 20/24 auftreten.The switching positions shown in FIGS. 3 to 6 show the spring system with a hard spring characteristic and supercritical damping. This is achieved in that the throttle 33 decouples the small-volume space 20 from the large-volume space 24 or 26 for the relatively high-frequency vibrations. If, on the other hand, the valves are switched, a large-diameter passage connection is available between the small-volume space 20 and one of the large-volume spaces 24 or 26 , so that the spaces 20 and 24 or 26 unite to a certain extent and the mass 1 via a large-volume space 20 / 24 or 20/26 is cushioned. Accordingly, a soft spring characteristic is set. The throttle 10 provides a certain damping of vibrations that occur in the air column 20/24 .

Fig. 7 zeigt ein kombiniertes Luft-Flüssigkeits-Federsystem 40, enthaltend einen Behälter 41 und einen Behälter 42, die über ein Schaltventil 43 miteinander verbunden sind. Der Behälter 41 ist mit Flüssigkeit gefüllt und in zwei Kammern 44 und 45 unterteilt, die über eine Drossel 46 miteinander verbunden sind. Die Kammer 44 ist außerdem über die Leitung 47 und das Ventil 43 mit dem unteren Ende des Behälters 42 verbunden, in welchem Flüssigkeit bis zu dem Spiegel 48 gefüllt ist. Der Spiegel 48 liegt höher als die Membran 11. Oberhalb des Spiegels 48 erstreckt sich eine Luftfeder 50 mit zwei Kammern 51 und 52, einer verbindenden Drossel 53 und einem Druckluftanschluß 54. Der Druckluftanschluß 54 dient zur Zufuhr eines ausreichend großen Luftdrucks pü in der Luftfeder 50 zum Ausgleich des Gewichts der Masse 1. über dem Druckanschluß 54 ist außerdem eine Niveauregulierung der Masse 1 möglich. Das Ventil 43 hat eine Durchgangsstellung und eine Sperrstellung. In der Durchgangsstellung ist das Federsystem 40 auf "weicht" eingestellt, da die Flüssigkeit gewissermaßen als Übertrager für die Luftfeder 50 wirkt, welche eine weiche Feder mit einstellbarer Dämpfung darstellt. Bei gesperrtem Ventil 43 sitzt die Masse auf der Flüssigkeitsfeder 41, der infolge der Drossel 46 eine gewisse Dämpfung zukommt. Abgesehen von der hohen Steifigkeit der Flüssigkeitsfeder 41 gegenüber der Luftfeder 50 sind auch deren Dämpfungswerte unterschiedlich. Mit dem Umschalten des Ventils 43 können demgemäß auch unterschiedliche Dämpfungswerte wirksam gemacht werden. Es ist dabei möglich, in der Absperrstellung des Ventils 43 eine enge Drossel 49 wirksam werden zu lassen, die für eine starke Dämpfung der Flüssigkeitsfeder sorgt. FIG. 7 shows a combined air-liquid spring system 40 , comprising a container 41 and a container 42 , which are connected to one another via a switching valve 43 . The container 41 is filled with liquid and divided into two chambers 44 and 45 , which are connected to one another via a throttle 46 . The chamber 44 is also connected via the line 47 and the valve 43 to the lower end of the container 42 , in which liquid is filled up to the mirror 48 . The mirror 48 is higher than the membrane 11 . An air spring 50 with two chambers 51 and 52 , a connecting throttle 53 and a compressed air connection 54 extends above the mirror 48 . The compressed air connection 54 serves to supply a sufficiently large air pressure pü in the air spring 50 to compensate for the weight of the mass 1 . A level control of the mass 1 is also possible via the pressure connection 54 . The valve 43 has a through position and a blocking position. In the open position, the spring system 40 is set to "soft" because the liquid acts as a kind of transmitter for the air spring 50 , which is a soft spring with adjustable damping. When the valve 43 is blocked, the mass sits on the liquid spring 41 , which due to the throttle 46 has a certain damping effect. Apart from the high rigidity of the liquid spring 41 in relation to the air spring 50 , its damping values also differ. When the valve 43 is switched over , different damping values can accordingly also be activated. It is possible to let a narrow throttle 49 take effect in the shut-off position of the valve 43 , which ensures a strong damping of the liquid spring.

Das Luftvolumen in den Räumen 51 und 52 bestimmt die Eigenfrequenz in der weichen Stellung des Federsystems. Wegen der druckübersetzenden Wirkung der in Reihe geschalteten Flüssigkeits- und Luftfeder können auf diese Weise sehr kleine Federungssysteme für große Massen mit geringer Eigenfrequenz gebaut werden.The air volume in rooms 51 and 52 determines the natural frequency in the soft position of the spring system. Because of the pressure-translating effect of the fluid and air springs connected in series, very small suspension systems can be built for large masses with a low natural frequency.

Fig. 8 zeigt, wie ein Federungssystem 2 mit einer Niveauregulierung 60 kombiniert werden kann. Die Stellung x-u der Masse 1 wird über Sensoren ermittelt und über ein Übertragungsglied 61 einem Verstärker 62 mit kleiner Regelverstärkung und einem Verstärker 63 mit großer Regelverstärkung zugeführt. Wie dargestellt, kann es sich bei den Verstärkern 62 und 63 um Pneumatikventile handeln, und zwar um Proportional-Druckregelventile oder Proportional- Volumenstromregelventile, z. B. IDE-MV1 oder Fairchild TXCP- 90G3, in mechanopneumatischer oder elektropneumatischer Ausführung. Die Ventile können eine mittlere Sperrstellung, eine linke Zuführstellung und eine rechte Abführstellung einnehmen. In der Zufuhrstellung wird eine Druckluftquelle 64 bzw. 65 mit einem Schaltventil 66 verbunden, welches zwei Stellungen einnehmen kann und dabei bestimmt, welches der Regelventile 62 oder 63 wirksam wird, d. h. ob die Ausgangsleitung 68 oder die Ausgangsleitung 69 auf die Niveauregulierungsleitung 67 geschaltet wird, welche in die Kammer 9 der Luftfeder 4 führt. Fig. 8 shows how a suspension system 2 with a level control 60 may be combined. The position xu of the ground 1 is determined by sensors and fed via a transmission element 61 to an amplifier 62 with a small control gain and an amplifier 63 with a large control gain. As shown, the amplifiers 62 and 63 can be pneumatic valves, namely proportional pressure control valves or proportional volume flow control valves, e.g. B. IDE-MV1 or Fairchild TXCP-90G3, in mechanopneumatic or electropneumatic version. The valves can assume a middle blocking position, a left feed position and a right discharge position. In the feed position, a compressed air source 64 or 65 is connected to a switching valve 66 , which can take two positions and determines which of the control valves 62 or 63 is effective, ie whether the output line 68 or the output line 69 is switched to the level control line 67 , which leads into the chamber 9 of the air spring 4 .

Die Stellung des Schaltventils 66 erlaubt die Niveauregelung des Federungssystems mit unterschiedlicher bzw. mindestens in zwei Zuständen schaltbarer Regelverstärkung. Ein Federungssystem mit hoher Eigensteifigkeit hat eine relativ hohe Resonanz- bzw. Eigenfrequenz. Ein stabiles Regelungsverhalten kann trotz relativ hoher Regelverstärkung gewährleistet werden. In einer weichen Stellung des Federsystems wäre die Niveauregelung wegen der hohen Regelverstärkung instabil. Deshalb wird im weichen Zustand der Regler mit großer Verstärkung durch einen Regler mit kleiner Verstärkung ersetzt.The position of the switching valve 66 allows the level control of the suspension system with different or at least switchable control amplification in two states. A suspension system with high inherent rigidity has a relatively high resonance or natural frequency. A stable control behavior can be guaranteed despite the relatively high control gain. In a soft position of the spring system, the level control would be unstable due to the high control gain. Therefore, in the soft state, the controller with high gain is replaced by a controller with low gain.

Die Schaltung der Regelverstärkung kann durch das Schaltventil 66 erfolgen. Dieses Schaltventil kann analog zum Umschalten der Steifigkeit des Federungssystems nach einem "Schwingungsgefährdungskriterium" erfolgen. Im Einsatz können Steifigkeit und Regelverstärkung gleichzeitig geschaltet werden.The control gain can be switched by the switching valve 66 . This switching valve can be carried out analogously to switching the stiffness of the suspension system according to a "vibration risk criterion". In use, stiffness and control gain can be switched simultaneously.

Das Schwingungsgefährdungskriterium kann auch von dem Bewegungszustand der Masse 1 abhängig gemacht werden. Bei einer Schwingungsanregung nahe und oberhalb der Eigenfrequenz des Systems Masse-Feder wird der Regler 62 mit der kleinen Regelverstärkung zugeschaltet, und bei einer Anregung unterhalb der Eigenfrequenz wird der Regler 63 wirksam geschaltet. Auf diese Weise ist es möglich, die Niveauregulierung rasch nachzuregeln, ohne in die Gefahr der Anregung von Regelschwingungen zu geraten. So lange es ungefährlich ist, wird der Regler 63 mit der großen Regelverstärkung benutzt, und wenn das System schwingungsgefährdet ist, wird der Regelverstärker 62 mit der kleinen Regelverstärkung benutzt, der zwar eine längere Regelzeit benötigt, dafür aber weniger störanfällig ist.The vibration hazard criterion can also be made dependent on the movement state of the mass 1 . In the event of vibration excitation near and above the natural frequency of the mass-spring system, the controller 62 is switched on with the small control gain, and when the natural frequency is excited, the controller 63 is activated. In this way it is possible to quickly readjust the level control without the risk of excitation of control vibrations. As long as it is harmless, the controller 63 with the large control gain is used, and if the system is at risk of vibration, the control amplifier 62 with the small control gain is used, which takes longer control time but is less prone to failure.

Das Schaltsignal für das Schaltventil 66 kann in dem Falle, daß es sich bei der Masse 1 um eine gelagerte Maschine handelt, von dieser gelagerten Maschine selbst erzeugt werden. Zum Beispiel wird eine elektrische Signalspannung (typischerweise ± 10 V), die der Motordrehzahl eines Verfahrschlittens der gelagerten Maschine proportional ist, mittels einer Differenzierschaltung bearbeitet und mit einem Grenzwertsignal verglichen. Bei Überschreiten des Grenzwertes (d. h. überschreiten einer bestimmten Beschleunigung des Schlittens) wird das Schwingungsgefährdungskriterium als gegeben erachtet und die hohe Steifigkeit und/oder Dämpfung des Federsystems 2 wirksam gemacht.The switching signal for the switching valve 66 can, in the event that the mass 1 is a mounted machine, be generated by this mounted machine itself. For example, an electrical signal voltage (typically ± 10 V), which is proportional to the motor speed of a carriage of the mounted machine, is processed by means of a differentiating circuit and compared with a limit value signal. If the limit value is exceeded (that is, if a certain acceleration of the slide is exceeded), the vibration hazard criterion is considered to be given and the high rigidity and / or damping of the spring system 2 is made effective.

Das Schaltsignal für das Ventil 66 kann auch durch einen Schwingungssensor ausgelöst werden, der durch die Schwingungen der Masse 1 erregt wird und bei überschreiten eines Grenzwertes den Schaltvorgang für das Ventil 66 auslöst.The switching signal for valve 66 can also be triggered by a vibration sensor which is excited by the vibrations of mass 1 and which triggers the switching process for valve 66 when a limit value is exceeded.

Fig. 9 zeigt eine Variante der Niveauregulierung. Anstelle des Schaltventils 66 ist ein Schaltventil 70 vorgesehen, welches die Ausgangsleitung 69 des Regelventils 63 mit der Niveauregulierungsleitung 67 verbindet bzw. die Verbindung absperrt. Die Anschlußleitung 68 des Regelventils 62 führt unmittelbar in die Kammer 9 der Luftfeder. Da der Regler 62 eine kleine Verstärkung aufweist und somit langsam ist, kann er eventuell auftretende Schwingungen der Masse 1 nicht verstärken, so daß nur länger dauernde Lageänderungen der Masse 1 ausgeregelt werden, wie es für eine Niveauregulierung erforderlich ist. Der Regler 63 mit der größeren Verstärkung hingegen wird nur dann wirksam gemacht, wenn das Kriterium für Zulässigkeit großer Regelverstärkung erfüllt ist. Fig. 9 shows a variant of the level control. Instead of the switching valve 66 , a switching valve 70 is provided, which connects the output line 69 of the control valve 63 to the level control line 67 or blocks the connection. The connecting line 68 of the control valve 62 leads directly into the chamber 9 of the air spring. Since the controller 62 has a small gain and is therefore slow, it cannot amplify any vibrations of the mass 1 that occur, so that only longer changes in the position of the mass 1 are corrected, as is required for level control. The controller 63 with the larger gain, however, is only activated if the criterion for the admissibility of large control gain is fulfilled.

Fig. 10 und 11 zeigen die praktische Ausführungsform eines Federsystems nach der in Fig. 6 skizzierten Version. Die abgefederte und verschiebbare Masse ist als Platte 1 dargestellt, zu der noch die Masse des Meßgeräts oder des Maschinenteils hinzugerechnet werden muß, das auf der Platte aufruht. Der Balg oder die Membran 11 ist mittels einer ringförmigen Platte 31 auf der Oberseite eines kastenförmigen Gehäuses 32 befestigt, das durch eine Querwand 34 zur Bildung von Kammern oder großvolumigen Räume 24 und 25 unterteilt ist, die einen Inhalt von etwa 1000 cm3 bzw. 4000 cm3 aufweisen. Der zwischen der Membran 11 und der Oberseite des Kastens 32 gebildete kleinvolumige Raum 20 steht über einen Rohrstutzen 21 mit dem Ventil 30 in Verbindung, dessen Auslaßkanal 22 in den großvolumigen Raum 24 führt. Das Verhältnis der Volumina der Räume 20 zu 24 bzw. 25 beträgt 1 : 25 bzw. 30. Der Luftdruck in den Räumen 20, 24, 25 beträgt etwa 2-6 bar und ist der Last angepaßt, die auf der Platte 1 aufruht. Fig. 10 and 11 show practical embodiment of a spring system to that shown in Fig. 6 sketched version. The suspended and displaceable mass is shown as plate 1 , to which the mass of the measuring device or of the machine part resting on the plate must also be added. The bellows or membrane 11 is attached by means of an annular plate 31 on top of a box-shaped housing 32 which is divided by a transverse wall 34 to form chambers or large-volume spaces 24 and 25 , which have a content of about 1000 cm 3 and 4000 respectively cm 3 . The small-volume space 20 formed between the membrane 11 and the top of the box 32 is connected via a pipe socket 21 to the valve 30 , the outlet channel 22 of which leads into the large-volume space 24 . The ratio of the volumes of rooms 20 to 24 and 25 is 1:25 and 30, respectively. The air pressure in rooms 20 , 24 , 25 is approximately 2-6 bar and is adapted to the load resting on plate 1 .

Das Ventil 30 kann in seine beiden Schaltstellungen mittels eines Elektromagneten 35 verschoben werden, wie es bekannt ist. In der einen Schaltstellung ist der Durchlaß durch das Ventil genügend weit, so daß die Räume 20 und 24 wirkungsmäßig vereinigt werden können, um den großvolumigen Raum zur Bildung einer weichen Feder darzustellen. In der anderen Schaltstellung wird die Drossel 33 wirksam gemacht, und die Räume 20 und 24 sind voneinander getrennt. Vom Raum 20 aus gesehen bedeutet dies, daß ein effektives Volumen im Verhältnis 1 : 25 variabel ist. Demgemäß ist die Eigenfrequenz im Verhältnis 1 : 5 veränderbar. The valve 30 can be moved into its two switching positions by means of an electromagnet 35 , as is known. In one switch position, the passage through the valve is sufficiently wide that the spaces 20 and 24 can be effectively combined to represent the large-volume space to form a soft spring. In the other switching position, the throttle 33 is activated and the spaces 20 and 24 are separated from one another. Seen from room 20 , this means that an effective volume is variable in a ratio of 1:25. Accordingly, the natural frequency can be changed in a ratio of 1: 5.

Die Luftfeder weist noch einen Wegmesser 71 auf, der den Abstand der Platte 1 von dem Gehäuse 32 mißt, um den Höhenmeßwert einer Niveauregulierung zuzuführen, die mit dem Federsystem gekoppelt sein kann und den Raum 20 geringfügig vergrößert oder verkleinert, um die richtige Höhenlage der Platte 1 einzustellen. Diese geringfügige Veränderung der Größe des Raums 20 erfolgt durch Zu- und Abfuhr von Druckluft.The air spring also has a travel meter 71 which measures the distance of the plate 1 from the housing 32 in order to supply the height measurement to a level control which can be coupled to the spring system and slightly increases or decreases the space 20 by the correct height of the plate 1 set. This slight change in the size of the room 20 takes place by supplying and removing compressed air.

Das Federsystem ist mit Bezug auf schwere Massen in einem Freiheitsgrad rein vertikal beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, daß jeder schwingungsisolierte Körper im Raum mit allen sechs Starrkörperfreiheitsgraden mit einer der oben beschriebenen Versionen auch horizontal oder rotatorisch geregelt werden kann.The spring system is in one with respect to heavy masses Degree of freedom has been described purely vertically. It understands however, that any vibration isolated body in the room with all six rigid body degrees of freedom with one of the above described versions also horizontal or rotary can be regulated.

Claims (12)

1. Federsystem, insbesondere Luftfeder für eine Nachstelleinrichtung zum Einstellen der Lage eines Maschinenteils oder eines Meßgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß seine Steifigkeit in mindestens zwei Zustände "hart" bzw. "weich" schaltbar ist und/oder unterschiedlich große Dämpfungen des Federsystems wirksam gemacht werden.1. Spring system, in particular air spring for an adjusting device for adjusting the position of a machine part or a measuring device, characterized in that its rigidity can be switched "hard" or "soft" in at least two states and / or damping of the spring system of different sizes can be made effective . 2. Federsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit kompressiblem Medium gefüllter Arbeitsraum (8) und eine Mediumsverdrängungseinrichtung (12) vorgesehen sind, die unterschiedliche Verdrängungszustände einnehmen kann, so daß der Arbeitsraum (8) eine Volumenveränderung von wenigstens 1 : 10 erfährt, um unterschiedliche Steifigkeiten und damit Eigenfrequenzen des Federsystems zu erzeugen.2. Spring system according to claim 1, characterized in that a work space filled with compressible medium ( 8 ) and a medium displacement device ( 12 ) are provided which can assume different displacement states, so that the work space ( 8 ) experiences a volume change of at least 1:10 to generate different stiffnesses and thus natural frequencies of the spring system. 3. Federsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit kompressiblem Medium gefüllte Räume (20, 24, 26) vorgesehen sind, die miteinander vereinigt und voneinander getrennt werden können, um jeweils einen großvolumigen und einen kleinvolumigen Arbeitsraum zu bilden.3. Spring system according to claim 1 or 2, characterized in that two spaces filled with compressible medium ( 20 , 24 , 26 ) are provided, which can be combined and separated from one another to form a large-volume and a small-volume work space. 4. Federsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltventileinrichtung (27; 28, 29; 30) zur Verbindung und Trennung der Räume (20, 24, 26) vorgesehen ist. 4. Spring system according to claim 3, characterized in that a switching valve device ( 27 ; 28 , 29 ; 30 ) for connecting and separating the rooms ( 20 , 24 , 26 ) is provided. 5. Federsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte großvolumige Raum (24, 26) durch eine Drossel (33) mit dem kleinvolumigen Arbeitsraum (20) angekoppelt bleibt.5. Spring system according to claim 3 or 4, characterized in that the separated large-volume space ( 24 , 26 ) remains coupled by a throttle ( 33 ) with the small-volume working space ( 20 ). 6. Federsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer, mit Medium gefüllter Raum (9; 25) vorgesehen ist, der mit dem großvolumigen Arbeitsraum (8; 20, 24) über eine Drossel (10) in Verbindung steht.6. Spring system according to one of claims 2 to 5, characterized in that a further, medium-filled space ( 9 ; 25 ) is provided, which with the large-volume working space ( 8 ; 20 , 24 ) via a throttle ( 10 ) in connection stands. 7. Federsystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit weniger kompressiblem Medium gefüllte Räume (41, 42) vorgesehen sind, die miteinander vereinigt und voneinander getrennt werden können, um ein weiches bzw. hartes Federsystem zu bilden, wobei der eine Raum (41) an der Masse (1) angrenzt und der andere Raum (42) eine Grenzfläche (48) zu einer weichen Feder (50) aufweist.7. Spring system according to claim 1 to 6, characterized in that two spaces filled with less compressible medium ( 41 , 42 ) are provided, which can be combined and separated from one another to form a soft or hard spring system, the one Space ( 41 ) adjoins the mass ( 1 ) and the other space ( 42 ) has an interface ( 48 ) with a soft spring ( 50 ). 8. Federsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Masse (1) angrenzende Raum (41) relativ zum anderen Raum (42) klein ist.8. Spring system according to claim 7, characterized in that the mass ( 1 ) adjacent space ( 41 ) relative to the other space ( 42 ) is small. 9. Federsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem weichen Federsystem eine erste Dämpfung und dem harten Federsystem eine zweite Dämpfung zukommen.9. spring system according to claim 7 or 8, characterized, that the soft spring system a first damping and the hard spring system a second damping. 10. Federsystem, das nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hinsichtlich seiner Steifigkeit schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nullstellung des Federsystems über einen Nachlaufregler (61, 62, 63) nachregelbar ist, der einen ersten Regler (62) mit kleiner Regelverstärkung und einen zweiten Regler (63) mit großer Regelverstärkung aufweist, und
daß in Abhängigkeit von einem Schwingungsgefährdungskriterium der Regler (63) mit großer Regelverstärkung wirksam bzw. unwirksam gemacht wird.10. Spring system, which is switchable according to one of claims 1 to 9 with regard to its rigidity, characterized in that
that the zero position of the spring system can be readjusted via a follower controller ( 61 , 62 , 63 ) which has a first controller ( 62 ) with a small control gain and a second controller ( 63 ) with a large control gain, and
that depending on a vibration hazard criterion, the controller ( 63 ) is made effective or ineffective with a large control gain. 11. Verwendung eines Federsystems, dessen Steifigkeit und/oder Dämpfung in mindestens zwei Zuständen schaltbar ist, in einer Nachstelleinrichtung zum Einstellen der Lage eines Maschinenteils oder eines Meßgerätes.11. Use a spring system whose rigidity and / or damping switchable in at least two states is in an adjusting device for adjusting the Location of a machine part or a measuring device. 12. Verfahren zum Einstellen der Lage eines Maschinenteils oder eines Meßgeräts mit folgenden Schritten:
Verbinden des Maschinenteils oder Meßgeräts mit einem Federsystem, dessen Steifigkeit und/oder Dämpfung in mindestens zwei Zustände schaltbar ist, wobei das Maschinenteil oder das Meßgerät eine erste Stellung einnimmt,
Schalten des Federsystems in seinen Zustand großer Steife und/oder großer Dämpfung,
Verfahren des Maschinenteils oder des Geräts in eine zweite Stellung,
Schalten des Federsystems in seinen Zustand kleiner Steife und/oder kleiner Dämpfung.12. Method for setting the position of a machine part or a measuring device with the following steps:
Connecting the machine part or measuring device to a spring system, the rigidity and / or damping of which can be switched in at least two states, the machine part or the measuring device occupying a first position,
Switching the spring system into its state of great stiffness and / or great damping,
Moving the machine part or the device into a second position,
Switching the spring system into its state of low stiffness and / or low damping.
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