DE4345165A1 - Positionierantrieb, insbesondere für eine Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Positionierantrieb, der insbe­ sondere an Werkzeugmaschinen eingesetzt wird und der die Merk­ male aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist. Ein solcher Positionierantrieb wird insbesondere dazu benutzt, um ein Ma­ schinenteil, für das vorzugsweise mehrere verschiedene Positio­ nierungen möglich sind, in eine bestimmte Position zu bringen. Bei dem Maschinenteil kann es sich z. B. um einen mehrspindligen Revolverkopf einer Bohrmaschine oder um einen Werkstückträger einer Maschine mit mehreren Bearbeitungsstationen handeln.

Ein Positionierantrieb mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 23 49 099 B2 oder auch aus der unter der Nr. 60/173701 veröffentlichten japanischen Gebrauchsmu­ steranmeldung bekannt. Bei solchen Positionierantrieben wird manchmal gewünscht, daß die Maximalgeschwindigkeit des Hydromo­ tors einstellbar ist. Dieser Wunsch läßt sich durch Drosselung einer zum Hydromotor führenden Leitung erfüllen, wobei üblicher­ weise die Ablaufleitung, durch die das Druckmittel zum Tank zu­ rückfließt, gedrosselt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positionieran­ trieb, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 auf­ weist, so weiterzuentwickeln, daß eine Einstellung der Maximal­ geschwindigkeit des Hydromotors auch bei nur eingeschränkter Zu­ gänglichkeit des Antriebs an der Maschine möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Posi­ tionierantrieb mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 zusätzlich mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ausgestattet ist. Dann kann der Positio­ nierantrieb auch so an eine Maschine angebaut werden, daß er nur in Längsrichtung des Ventilkolbens zugänglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Positio­ nierantriebs kann man den Unteransprüchen entnehmen.

Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Positionieran­ triebs sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch das erste Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel in einem Schnitt senkrecht zur Motorwelle und in Längsrichtung des Ventilkolbens,

Fig. 3 einen Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel in Längsrichtung der Motorwelle und des Ventilkolbens und

Fig. 4 den Ventilkolben und den Steuerbolzen des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei die beiden Teile form­ schlüssig miteinander verbunden sind.

Der Positionierantrieb nach den Fig. 1 bis 3 umfaßt einen Hy­ dromotor 10, der bei niedriger Geschwindigkeit ein hohes Drehmo­ ment erzeugt, ein Drehrichtungsventil 11, ein Steuerventil 12 und ein Startventil 13. Das Drehrichtungsventil 11 ist ein 4/3- Wegeventil, dessen Ventilkolben 14 federzentriert ist und elek­ tromagnetisch bewegt werden kann. In der mittleren Ruhestellung des Ventilkolbens sind die mit dem Hydromotor 10 verbundenen Ausgänge C und D des Drehrichtungsventils 11 von den Eingängen A und E getrennt. In den beiden Arbeitsstellungen sind die Ein­ gänge wechselweise mit den Ausgängen verbunden. Das Steuerventil 12 besitzt einen Eingang T, der mit einem Druckmittelvorratsbe­ hälter, und einen Eingang P, der mit der Druckseite einer Hydro­ pumpe verbunden ist. Zwei Ausgänge des Steuerventils 12 entspre­ chen den beiden Eingängen A und E des Drehrichtungsventils, ein mit B bezeichneter Ausgang des Steuerventils 12 ist ein externer Anschluß des Positionierantriebs. Auch der Ausgang A ist als ex­ terner Anschluß auf eine Außenseite des Positionierantriebs ge­ führt.

In der Verbindung zwischen dem Ausgang E des Steuerventils 12 und dem Eingang E des Drehrichtungsventils 11 ist eine verstell­ bare Drossel 21 angeordnet, mit der eine Maximalgeschwindigkeit des Hydromotors 10 eingestellt werden kann.

Die Längsachse eines Steuerbolzens 16 fällt mit der Längsachse des Ventilkolbens zusammen. Ventilkolben 15 und Steuerbolzen 16 sind zusammen radial zu einer Steuerscheibe 17 angeordnet und bewegbar, die drehfest auf der Motorwelle 18 des Hydromotors 10 sitzt. Der Steuerbolzen 16 wirkt mit einer durch eine entspre­ chende Form des Außenumfangs der Steuerscheibe 17 gebildeten Steuerkurve 19 zusammen, die diametral gegenüberliegend zwei Rastkerben 20 aufweist und in den beiden Bereichen zwischen den beiden Rastkerben den gleichen konstanten Abstand von der Achse der Motorwelle hat.

Das Steuerventil 12 besitzt einen Steuerraum 25, den der Ventil­ kolben 15 mit einem Außenbund 26 in zwei Ringräume 27 und 28 mit unterschiedlich großen Ringflächen aufteilt. Die kleinere Ring­ fläche des Außenbunds 26 und damit der kleinere Ringraum 27 be­ findet sich, vom Steuerbolzen 16 aus gesehen, dieseits des Au­ ßenbunds 26 und die größere Ringfläche und damit der größere Ringraum 28 jenseits des Außenbundes 26. Der Ringraum 27 ist dauernd mit dem Eingang P des Steuerventils 12 verbunden. Der Ringraum 28 ist an das 3/2-Wege-Startventil angeschlossen und in dessen Ruhestellung mit dem Druckeingang P verbunden und in des­ sen Arbeitsstellung über den Eingang T des Steuerventils 12 zum Druckmittelvorratsbehälter hin entlastbar. In dem Ringraum 28 ist noch eine Schraubendruckfeder 29 untergebracht, die den Ven­ tilkolben 15 und den Steuerbolzen 16 in Richtung auf die Steuer­ kurve 19 zu belastet.

In dem Zustand nach Fig. 1 greift der Steuerbolzen 16 unter der Wirkung der Feder 29 in eine Rastkerbe 20 der Steuerkurve 19 ein. Steht im Eingang P ein Druck an, so herrscht zwar in den Ringräumen 27 und 28 gleicher Druck. Wegen der unterschiedlich großen Ringflächen wird der Steuerbolzen 16 jedoch zusätzlich zur Federkraft 29 auch von einer hydraulischen Kraft in die Rastkerbe gedrückt. Der Eingang P des Steuerventils 12 ist mit dem Ausgang B und der Eingang T mit dem Ausgang A verbunden. Bei im Eingang P anstehendem Druck kann deshalb z. B. ein an die Aus­ gänge A und B angeschlossener Hydrozylinder betätigt werden. Um den Hydromotor 10 laufenzulassen, wird zunächst das Startventil 13 geschaltet. Dadurch wird der Ringraum 28 entlastet, während im Ringraum 27 der Druck in der Leitung P herrscht. Die von die­ sem Druck und an der der Ringkammer 27 zugewandten Ringfläche des Außenbunds 26 erzeugte Kraft überwindet die Kraft der Feder 29 und schiebt den Ventilkolben 15 bezüglich der Steuerscheibe 17 nach radial außen bis gegen einen Anschlag, der so angeordnet ist, daß nun der Steuerbolzen 16 einen Abstand von der Steuer­ scheibe 17 hat. In dieser Position des Ventilkolbens 15 sind die Ausgänge B und E des Steuerventils 12 ungedrosselt mit dem Ein­ gang T verbunden. Der Ausgang A ist mit dem Eingang P verbunden. Wird nun das Drehrichtungsventil 11 geschaltet, so beginnt der Hydromotor 10, sich zu drehen. Kurz bevor eine weitere, je nach der anzusteuernden Position des Maschinenteils ausgewählte Rast­ kerbe 20 der Steuerscheibe 17 vor den Steuerbolzen 16 gerät, schaltet das Startventil wieder in seine Ruhestellung um, so daß der Ringraum 28 mit demselben Druck wie der Ringraum 27 beauf­ schlagt wird. Wegen der größeren Ringfläche des Ringraums 28 werden der Steuerbolzen 16 und der Ventilkolben 15 nach radial innen auf die Steuerscheibe 17 zu bewegt, bis der Steuerbolzen 16 auf einen zwischen zwei Rastkerben befindlichen Abschnitt der Steuerkurve 19 stößt. In dieser Position sind dieselben Aus- und Eingänge des Steuerventils 12 miteinander verbunden wie in der vorher beschriebenen Position des Ventilkolbens 15. Es ist le­ diglich zwischen den Eingang T und den Ausgang E, also in den Ablauf des Hydrauliköls eine Drosselstelle 30 geschaltet. Der Hydromotor 10 dreht sich nun mit langsamerer Geschwindigkeit weiter, bis der steuerbolzen 16 in die nächste Rastkerbe 20 ein­ schnappen kann und beide Motorleitungen mit Tank verbunden sind.

In den Fig. 2 und 3 erkennt man den Hydromotor 10, der die zentrale Motorwelle 18 besitzt und nach dem Planetenradprinzip arbeitet. Die Motorwelle ist an zwei voneinander beabstandeten Abschnitten mittels jeweils eines Gleitlagers 36 in einem mehr­ teiligen Motorgehäuse 37 drehbar gelagert. Zwischen den beiden Gleitlagern 36 sind axial hintereinander eine Steuerscheibe 38 und ein Rotor 39 auf der Motorwelle 18 befestigt. Der Rotor wird von dem Hohlrad 40 umgeben.

Die Motorwelle 18 ragt mit einem Konus 41 in eine Kammer 42 des Motorgehäuses 37, die durch einen Deckel 43 verschlossen ist und in der sich die drehfest auf dem Konus 41 sitzende Steuerscheibe 17 befindet, die die schon in Fig. 1 erkennbare Steuerkurve 19 mit den zwei Rastkerben 20 hat. Im Bereich der Steuerscheibe 17 mündet in die Kammer 42 eine radial durch das Motorgehäuse 37 hindurchgeführte Bohrung 44, die sich außerhalb des Motorgehäu­ ses in einer Ventilbohrung 45 fortsetzt, die sich in einem an das Motorgehäuse 37 angebauten Ventilgehäuse 54 des Steuerven­ tils 12 befindet und deren Achse mit der Achse der Bohrung 44 zusammenfällt. Diese Achse verläuft radial zur Achse der Motor­ welle 18 und der Steuerscheibe 17.

In der Bohrung 44 ist der Steuerbolzen 16 und in der Ventilbohrung 45 der Ventilkolben 15 geführt, wobei Steuerbolzen 16 und Ventilkolben 15 als getrennte Teile hergestellt sind, die in Achsrichtung flächig aneinander anliegen. Damit der Steuerbolzen 16 dem Ventilkolben 15 folgt, wenn sich dieser in eine Richtung nach radial außen bewegt, ist zwischen einer Krempe 46 des Steu­ erbolzens 16 und dem Motorgehäuse 37 eine Schraubendruckfeder 47 eingespannt, die den Steuerbolzen 16 radial nach außen belastet. Das der Steuerscheibe 17 zugekehrte Ende 48 des Steuerbolzens ist keilförmig gestaltet, wobei die Scheitellinie des Keils par­ allel zur Motorwelle verläuft. Damit die Scheitellinie diese Richtung immer beibehält, ist der Steuerbolzen 16 verdrehgesi­ chert. Dazu ist die Bohrung 44 mit einer Längsnut 49 versehen, in die eine Kugel 50 eingreift, die in einer Ausnehmung 51 des Steuerkolbens 16 aufgenommen ist. Diametral der Längsnut 49 ge­ genüber und in einer durch die Achse des Steuerbolzens 16 und die Achse der Steuerscheibe 17 aufgespannten Ebene verläuft ent­ lang der Bohrung 44 eine zweite Längsnut 52, durch die eine of­ fene Verbindung zwischen der Kammer 42 und einer sich unmittel­ bar an das Motorgehäuse 37 anschließende Ventilkammer 53 inner­ halb der Ventilbohrung 45 hergestellt ist. Diese Ventilkammer 53 ist mit dem Eingang T des Steuerventils 12 verbunden. Der Steu­ erraum 25 befindet sich, von der Ventilkammer 53 aus gesehen, jenseits eines engeren Abschnitts der Ventilbohrung 45 im Ge­ häuse 54 des Steuerventils 12 und ist nach außen durch einen auf das Gehäuse 54 aufgesetzten Deckel 55 verschlossen. In dem Steu­ erraum 25 erkennt man die Druckfeder 29 und den Außenbund 26 des Ventilkolbens 15.

Die Anschlüsse P, T, A, B und E am Ventilgehäuse 54 des Steuer­ ventils 12 sind so mit der Ventilbohrung 45 verbohrt, daß mit diesem Ventil in den einzelnen Schaltstellungen des Ventilkolbens 15 die im Zusammenhang mit der Erklärung der Fig. 1 ange­ sprochenen Verbindungen herstellbar sind. Aus Fig. 2 ist insbe­ sondere auch ersichtlich, daß die Ventilkammer 53 mit dem An­ schluß T und daß der Ringraum 27 über zwei Bohrungen 56 dauernd mit dem Anschluß P verbunden ist. Die Drosselstelle 30 zwischen den Anschlüssen T und E des Steuerventils 12 wird dadurch gebil­ det, daß der Ventilkolben 15 einen im Bereich des Übergangs von der Ventilkammer 53 in den engeren Abschnitt der Ventilbohrung 45 befindlichen Ringbund 57 besitzt, dessen Durchmesser gering­ fügig kleiner als der Durchmesser des engeren Abschnitts der Ventilbohrung 45 ist. Der Spalt zwischen dem Ringbund 57 und der Wand der Bohrung 45 stellt die Drosselstelle dar.

Parallel zu einer die Ventilbohrung 45 schneidenden und die bei­ den Anschlüsse A des Steuerventils 12 miteinander verbindenden Bohrung 65 verläuft in der durch die beiden Bohrungen 65 und 45 auf gespannten Ebene eine weitere Bohrung 66, die vom Anschluß E des Steuerventils 12 in die Ventilbohrung 45 führt. Während des Betriebs des Hydromotors 10 fließt Öl vom Anschluß E über den Anschluß T zum Druckmittelvorratsbehälter zurück, die Bohrung 66 ist also Teil der Ablaufleitung des Öls. Die Maximalgeschwindig­ keit des Hydromotors 10 kann durch eine verschieden starke Dros­ selung des Ablaufs verändert werden kann. Die Drosselstelle 21 befindet sich in der Bohrung 66. Deren Querschnitt wird dadurch verändert, daß ein senkrecht zur Bohrung 66 bewegbarer Drossel­ bolzen 67 verschieden weit in die Bohrung 66 hineingeschoben wird. Der Drosselbolzen 67 befindet sich in einer Sackbohrung 68, die quer zu den beiden Bohrungen 65 und 66 verläuft und die von ihrer äußeren Mündung aus durch die Bohrung 65 hindurch bis über die Bohrung 66 hinaus vorgetrieben ist. Der Drosselbolzen 67 quert ebenfalls die Bohrung 65 und ist von außen verstellbar. Im Bereich der Bohrung 65 besitzt der Drosselbolzen 67 einen Bals 69, dessen Durchmesser wesentlich geringer als der Durch­ messer der Sackbohrung 68 ist, so daß in der Bohrung 65 nur eine unwesentliche Drosselung, in jedem Fall jedoch eine geringere Drosselung des Ölstroms als in der Bohrung 66 stattfindet.

Die Gleitlager 36 werden durch Lecköl ständig geschmiert. Das entlang des steuerscheibenseitigen Gleitlagers 36 sickernde Öl gerät in die Kammer 42 und schmiert dort die Gleitflächen zwi­ schen der Steuerscheibe 17 und dem Steuerbolzen 16. Das Öl aus der Kammer 42 gelangt über die Längsnut 52 in die Ventilkammer 53 und dort zum Anschluß T des Steuerventils 12. Dem Abführen des durch das andere Gleitlager 36 sickernden Lecköls dient eine Leckölleitung 70, die zwischen dem Gleitlager 36 und einer Dich­ tung 71 von der Gehäusebohrung 72, in der sich die Motorwelle 18 befindet, als Schrägbohrung 73 ausgeht und als Axialbohrung 74 in die Längsnut 52, also in die Bohrung 44 mündet. Wie man aus Fig. 3 ersieht, werden alle drei Teile des mehrteiligen Motor­ gehäuses 37 sowie der Deckel 43 durch Maschinenschrauben 75 zu­ sammengehalten, die mit einer Ausnahme in gleichen Abständen zu­ einander um den Umfang des Gehäuses 37 verteilt sind. Unter Bei­ behaltung eines gleichen Abstandes zwischen allen Schrauben müßte auch im Bereich des Steuerbolzens 16 eine Schraube 75 sit­ zen. Diese Schraube ist jedoch im Interesse der vorteilhaften radialen Anordnung des Steuerbolzens 16 weggelassen worden. Zugleich ist der dadurch im Gehäuse 37 zur Verfügung stehende Platz für die Axialbohrung 74 der Leckölleitung 70 genutzt. Das das Hohlrad 40 und die Steuerscheibe 38 umgebende mittlere Ge­ häuseteil 76 ist dabei im Bereich der Axialbohrung 74 genauso ausgebildet wie im Bereich einer Schraube 75.

Auch bei der Ausführung nach Fig. 4 sind der Ventilkolben 15 und der Steuerbolzen 16 zweistückig hergestellt. Sie sind jedoch so formschlüssig miteinander gekoppelt, daß der Steuerbolzen 16 vom Ventilkolben 15 auch radial nach außen mitgenommen werden kann. Eine Druckfeder 47, wie sie bei der Ausführung nach den Fig. 2 und 3 vorhanden ist, kann dann entfallen. Zur form­ schlüssigen Koppelung ist der Steuerbolzen 16 an seinem dem Ven­ tilkolben 15 zugewandten Ende mit einer zum Ventilkolben 15 hin offenen, zylindrischen Ausnehmung 80 versehen, in die der Ven­ tilkolben mit viel Spiel mit einem zylindrischen Zapfen 81 ein­ greift. Die die Ausnehmung 80 umgebende Wand des Steuerbolzens 16 ist diametral gegenüberliegend mit jeweils einer Bohrung 82 versehen. Auch durch den Zapfen 81 geht eine Bohrung hindurch, die mit 83 bezeichnet ist und deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Bohrung 82 ist. In die Bohrungen 82 ist ein sich durch die Bohrung 83 hindurcherstreckender Stift 84 eingepreßt. Wegen des Spiels zwischen dem Zapfen 81 und der Ausnehmung 80 sowie zwischen der Bohrung 83 und dem Stift 84 können alle Fluchtungs- und Winkelfehler in den Führungen des Ventilkolbens 15 und des Steuerbolzens 16 ausgeglichen werden.

Claims (3)

1. Positionierantrieb, insbesondere für eine Werkzeugma­ schine, mit einem Hydromotor (10), der eine mit einer Motorwelle (18) drehbare, an ihrem Umfang mit einer Steuerkurve (19) verse­ hene Steuerscheibe (17) besitzt, mit einem Steuerventil (12), das an den Hydromotor (10) angebaut ist und einen zwischen meh­ reren Schaltstellungen verschiebbaren Ventilkolben (15) auf­ weist, und mit einem Steuerelement (16), über das der Ventilkol­ ben (15) an der Steuerkurve (19) abstützbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerventil (12) ein Gehäuse (54) mit zwei in Längsrichtung des Ventilkolbens (15) hintereinanderliegenden Druckmittelkanälen (65, 66) aufweist, daß eine quer zu den bei­ den Druckmittelkanälen (65, 66) verlaufende Sackbohrung (68) von außen durch den ersten Druckmittelkanal (65) hindurch zum zwei­ ten Druckmittelkanal (66) führt und daß in die Sackbohrung (68) ein Drosselbolzen (67) eingesetzt ist, mit dem der Öffnungsquer­ schnitt des zweiten Druckmittelkanals (66) veränderbar ist.

2. Positionierantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Öffnungsquerschnitt des zweiten Druckmittelkanals (66) durch eine Änderung der axialen Position des Drosselbolzens (67) veränderbar ist.

3. Positionierantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drosselbolzen (67) den ersten Druckmittel­ kanal (65) quert und im Bereich des ersten Druckmittelkanals (65) einen kleineren Querschnitt als die Sackbohrung (68) hat.