DE614874C - Einrichtung zum Betrieb einer wechselnder Belastung ausgesetzten, hin und her gehenden hydraulischen Antriebsvorrichtung, besonders fuer den Vorschub bei Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
20. JUNI 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 49 b GRUPPE 4o3

Patentiert im Deutschen Reiche yom 17. November 1928 ab

ist in Anspruch genommen.

Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Einrichtung zum Betriebe einer wechselnder Belastung ausgesetzen, hin und her gehenden hydraulischen Antriebsvorrichtung, besonders für den \^rorschub bei Werkzeugmaschinen und besonders solchen, bei welchen aus einem Ende des Arbeitszylinders mittels Pumpe o. dgl. in gleichen Zeiten gleiche Volumina des Druckmittels abgeleitet werden.

Die Erfinderin hat festgestellt, daß durch die bei Schwankungen des Arbeitswiderstandes auftretenden (wenn auch geringen) Schwankungen im Volumen des hinter dem Arbeitskolben befindlichen, nicht ganz unelastischen hydraulischen Druckmittels die Gleichmäßigkeit des Vorschubes und damit die Güte der Bearbeitung leidet.

Erfindungsgemäß wird dadurch Abhilfe geschaffen, daß der Druck der aus der einen

ao Arbeitszylinderseite austretenden Flüssigkeit ein Ventil verstellt, das den Druck des der anderen Arbeitszylinderseite zufließenden Druckmittels entgegengesetzt und damit im Sinne einer Konstanthaltung des Vorschubes

as regelt.

Bei sog. hydraulischen Transformatoren, die ars zwei oder mehreren durch Wassersäulen gekuppelten Rotationsmaschinen bestehen, ist eine gegenseitige Beeinflussung der Drücke in Ein- und Auslaßleitung an sich bekannt, erfolgt aber hier von der Einlaßleitunj; des arbeitenden Teiles aus und derart, daß bei steigendem Einlaßdruck eine Steigerung des Auslaßdruckes absichtlich herbeigeführt wird, was bei Einrichtungen nach Art vorliegenden Erfindungsgegenstandes zur Ungleichförmigkeit des Vorschubes und zu mangelhaften Bearbeitungen führen würde.

Es kommt hinzu, daß bei den älteren Einrichtungen das Regelventil mittels hydraulischen Relais und Gestänges auf eine Hilfspumpe wirkt, was umständlicher ist und eine langsamere Wirkung ergibt als die vorliegende Erfindung, bei welcher der Flüssigkeitsdruck das Regelventil unmittelbar verstellt, das den zu regelnden Druck wiederum unmittelbar durch stärkeres oder geringeres Abdichten der Druckleitung regelt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.

Abb. ι ist eine schematische Darstellung einer Anordnung, bei welcher die Bewegung des Werkzeuges mit dem Vorschub des Werkstückes zusammenwirkt. Abb. 2 zeigt den entgegengesetzten Fall, das Werkzeug sucht den Vorschub des Werkstückes aufzuhalten. Abb. 3 zeigt eine besondere Art von Regelvorrichtungen, Abb. 4 eine andere Regelvorrichtung. Abb. 5 stellt schematisch ein abgeändertes hydraulisches System dar.

Bei den in Frage kommenden Maschinen kann das Werkzeug oder das Werkstück eine Vorschubgeschwindigkeit besitzen, und gleich-' zeitig kann eines oder das andere mit davon unabhängiger Geschwindigkeit umlaufen. Ein gutes Beispiel einer solchen Vorrichtung ist

eine Fräsmaschine. Eine solche wird daher zur Erläuterung der Erfindung angeführt In gleichem Bezug werden in den beiliegenden Zeichnungen Kolben und Zylinder als typische Elemente hydraulischer Antriebsvorrichtungen erwähnt. Es ist ersichtlich, daß entweder der Kolben oder der Zylinder das bewegte Teil bilden und als ein Teil des Werkzeugoder des Werkstückträgers angesehen werden ίο können, je nachdem ob und mit welchem Teil sie mechanisch verbunden sind. Alle soeben angeführten Ausdrücke werden im übrigen, ebenso wie der Ausdruck öl, nur als beispielsweise Bezeichnungen benutzt und nicht etwa, , 15 um den Erfindungsgedanken auf die einzelne dadurch gekennzeichnete Ausführungsform zu beschränken.
.. In den Zeichnungen stellt M eine Auslaßmeßpumpe dar, welche durch die Auslaßao leitung O öl zugeführt erhält oder abzieht und es in die Zufuhrleitung I fördert. Die Pumpe ist so gebaut oder so angetrieben, daß sie in der Zeiteinheit gleichbleibende Ölvolumina fördert. Im allgemeinen wird bei dem Betrieb der Werkzeugmaschine zur Bearbeitung verschiedener Materialien oder zur Durchführung verschiedener Bearbeitungsarten verschiedene Einstellung erforderlich sein, so daß verschiedene Vorschubgeschwindigkeiten nach Wahl des Benutzers einstellbar sein müssen. Die Pumpe oder ihre Antriebsgeschwindigkeit kann infolgedessen so eingestellt werden, daß innerhalb eines gewissen Bereiches verschiedene Geschwindigkeiten eingestellt werden können, durch deren jede dann gleichförmige Volumina gefördert werden..

Die Fördervorrichtung kann durch Umsteuerung der Pumpe umgekehrt werden, doch ist es im allgemeinen praktischer, dies durch ein geeignetes Ventil V durchzuführen, welches so verteilt werden kann, daß die Auslaßleitung O entweder durch Leitung r oder durch Leitung Z mit einem Ende des Zylinders C verbunden wird und daß entsprechende Verbindungen für die Einlaß-. leitung / hergestellt werden.

Zur Ergänzung der Wirkung der Meßpumpe JIi, welche ein verhältnismäßig hohes Fördervermögen hat, ist eine Hochdruckhilfspumpe vorgesehen, weiche für gewöhnlich nicht einstellbar ist, ständig mit gleichbleibender Geschwindigkeit umläuft und nur kleine Mengen öl fördert. Diese Pumpe soll den Druck und die Menge des vordrückenden Öles vergrößern, welches von der Zuführleitung/ gefördert wird, und soll, wenn dies gewünscht wird, einen vorbestimmten Höchstdruck ermöglichen, welcher die Höchstarbeitskraft der Maschine darstellt. Um eine Überschreitung dieses Höchstdruckes zu vermeiden, ist eine Nebenleitung S vorgesehen, welche durch eine geeignete Hilfsvorrichtung hindurch zum Behälter R führt, aus welchem die Hilfspumpe gespeist wird. In ihrer einfachsten Ausführung kann diese Vorrichtung aus einem Entlastungsventil bestehen, dessen Wirkung durch Änderung eines Federdruckes geregelt werden kann.

Das Schneidwerkzeug T, das Werkstück W, die Werkzeug- und Werkstückträger K' und K sind Jn₁ den Zeichnungen nur angedeutet, ebenso die mechanische Verbindung zwischen dem Kolben P und einem dieser Träger als Kolbenstange P'.

Bei dieser Anordnung wird die Vorschubgeschwindigkeit des Kolbens durch die Menge des von seiner Vorderseite abgeleiteten Öls bestimmt. Die Ableitung wird durch eine Pumpe durchgeführt, welche als abgemessen arbeitende Vorrichtung ausgebildet ist und mit gleichförmiger Geschwindigkeit angetrieben wird. Sie leitet daher Öl in volumetrisch gleichbleibenden Mengen ab. Die absolute Größe der in der Zeiteinheit abgeleiteten Menge kann durch Einstellung der Pumpe bestimmt werden.

Wenn der Kolben mit gleichförmiger Geschwindigkeit ohne Beschleunigung und Verzögerung arbeiten soll, so darf, da die Meßpumpe nichts weiter tun kann als Öl in gleichen Volumenmengen abzuleiten, keine Volumenschwankung im Öl selbst eintreten. Nun ist aber das Öl ziemlich zusammendrückbar und ist daher bei auftretenden Druckänderungen auch einer Volumenänderung unterworfen. Wenn sich nun durch solche Druckänderungen das Volumen des Öls ändert, wird die Vorschubgeschwindigkeit des Kolbens entsprechend verändert, trotzdem die vorgesehene Vorrichtung öl in gleichen Volumenmengen gleichförmig ableitet.

Es ist infolgedessen wünschenswert, daß die resultierende Kraft, mit welcher der Kolben des Vorschubzylinders das öl aus dem hinteren Ende dieses Zylinders zur Meßpumpe drückt und demgemäß der Grad der Zusammendrückung dieses Öls konstant gehalten wird. Die erwähnte Kraft setzt sich zusammen aus dem hydraulischen Vorschubdruck, vermehrt oder vermindert um die vom Fräser je nach seiner Drehrichtung auf das Werkstück in der Vorschubrichtung oder entgegengesetzt ausgeübte Kraft. Ist letztere z. B. dem Vorschub entgegengerichtet und wächst der Arbeitswiderstand zeitweilig, so verringert sieh die erwähnte resultierende Kraft um das Maß dieses Anwachsens. Die Erfindung soll in solchem Falle augenblicklich eine solche Vergrößerung der dem Arbeitszylinder zugeführten Ölmenge und damit des hydraulischen Vorschubdruckes gewähr-

leisten, daß die beregte Verringerung wettgemacht und die resultierende Kraft konstant gehalten wird.

Das öl zum Vordrücken des Kolbens stammt aus zwei Quellen und setzt sich zusammen erstens aus der größeren, von der Meßpumpe gelieferten und zweitens aus der kleinen, unter Hochdruck von der Hilf spumpe geförderten Menge. Der Druck in der Druckleitung wird durch eine dritte Vorrichtung von der Art eines Widerstands- oder Ent-• lastungsventils geregelt. Durch Regelung der Einstellung dieser dritten Vorrichtung kann der den Kolben vorwärts treibende Druck abgeändert oder geregelt werden. Durch Vermehrung oder Verminderung eines Nebenleitungswiderstandes für das öl durch die dritte Vorrichtung kann nämlich der Druck vergrößert, vermindert oder konstant gehalten

ao werden.

Abb. 3 stellt eine Art dieser Vorrichtung dar. Eine Leitung 2 erhält öl aus der Hochdruckzuleitung· / und leitet es zu der Öffnung 3, welche in die Ventilkammer 4 führt,

»5 die eine Auslaßöffnung 5 mit einem in das Reservoir führenden Rohr 6 besitzt.

Der Durchfluß durch diese Vorrichtung kann gesperrt oder dadurch in jedem gewünschten Ausmaße ermöglicht werden, daß ein geeignetes, über der öffnung 5 befindliches Ventilteil F so geformt ist, daß es diese öffnung ' vollständig abschließen oder den Weg dorthin in jedem gewünschten Umfang freigeben kann. Diese Möglichkeit ist schematisch durch die Verjüngung des Teils F angedeutet.

Es ist nun ersichtlich, daß der Druck in der Zufuhrleitung mit der Stellung des Ventilelements F insofern zusammenhängt, als dieses in gewissem Umfange den Austritt von überschüssigem öl ermöglicht. Je nachdem dieses Ventilteil in der einen oder in der anderen Richtung vorgeschoben wird, wird der Druck in der Zufuhrleitung/ andere Werte annehmen.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit erheblicher Veränderungen dieser Werte einbezogen. Diese Veränderung ist nun in der Hauptsache von - einer anderen Veränderung abhängig, und zwar von derjenigen Kraft, welche infolge des Bearbeitungsvorganges auf den Kolben ausgeübt wird. Es ist schon erwähnt worden, daß diese Kraft zusätzlich oder abzüglich wirken wird, je nachdem wie der Drehsinn des Werkzeugs ist, und sie wird in ihrer Größe mit Rücksicht auf die während des Betriebes veränderlichen, von dem Werkstück dem Werkzeug dargebotenen Widerstände schwanken.

Es soll in anderen Worten versucht werden, jede Veränderung der auf den Kolben ausgeübten mechanischen Kräfte mit einer sofortigen Änderung· des Druckes des den Kolben vorschiebenden Öles zu beantworten, wobei die algebraische Summe beider Drucke sehr nahe konstant gehalten werden soll.

Um dies selbsttätig durchzuführen, wird die Tatsache benutzt, daß der Kolben, wenn er auf das Öl im vorderen Zylinderteil drückt, selbst einem Rückdruck unterliegt, welcher jederzeit der algebraischen Summe, aus dem mechanischen Druck und dem hydraulischen Vorwärtsdruck entspricht. Die Anordnung ist nun so getroffen, daß dieser Rückdruck seinerseits die Stellung des Ventilteils F bestimmt, und zwar in Zusammenwirkung mit den anderen Vorrichtungen (hier eine Feder), wodurch das Ventilteil so häufig und um solche Beträge hin und her geschoben wird, als erforderlich ist, um mit den Schwankungen der mechanischen Kraft Schritt zu halten. Eine sehr einfache Vorrichtung ermöglicht die Erreichung dieses Zieles.

Das Ventilteil F erstreckt sich in eine benachbarte Kammer 8, welche durch Rohr 7 in offener Verbindung mit der Rückdruckleitung O steht. Innerhalb der Kammer befindet sich am Ende des Ventilteils ein Kolben. Eine Feder 9 drückt das Ventilteil nach derjenigen Richtung, in welcher der Austritt von öl aus der Zufuhrleitung O abgeschnitten wird. Das Rückdrucköl auf Rohr 7 wirkt in entgegengesetztem Sinne. In dem. hier gezeigten Ventil ist der den öldurchfluß hemmende Teil nicht entlastet, daher drückt der wechselnde Druck der Zufuhrleitung I das Ventilteil F ebenfalls in die entgegengesetzte Richtung. Das Ventil ist daher in dieser bestimmten Form zusammengesetzten hydraulischen Drucken ausgesetzt. Die sich ergebende Wirkung wird durch das Verhältnis des kreisförmigen Ventilspmdelquerschnitts -zu der dem Rückdruck in der größeren Kammer ausgesetzten Fläche bestimmt. Dieses Verhältnis, welches hier 1 : 1,25 beträgt, kann je nach Wunsch, beispielsweise mit Rücksicht auf den gewünschten Grad von Empfindlichkeit, verändert werden.

Abb. 4 stellt eine abgeänderte Regelvorrichtung dar, welche aus einem Gehäuse 20 mit einer einheitlichen Ventilkammer 21 besteht. Diese Kammer besitzt eine Einlaßöffnung 22, welche mit der Rückdruckleitung O durch Rohr 7 verbunden werden kann, und öffnungen 23 und 24, welche mit der Hochdruck- zuführleitung I durch Rohr 2 und mit dem Behälter durch das Auslaßrohr 6 verbunden werden können.

Das Besondere dieser Anordnung besteht darin, daß dieses Ventil in dem den öldurchfluß hemmenden Teil entlastet ist, so daß seine Gesamtbetätigung durch die augenblick-

Claims (5)

1. lichen Änderungen des Rückdruckes erfolgt, welcher in der Rückleitung 0 durch die verschiedenen, dem Werkzeug während des Betriebes von dem Werkstück entgegengesetzten Widerstände hervorgerufen wird.

   Dieser Druck wirkt gegen den Kolbenkopf 25 an der Ventilstange 26, deren Ventilteil 27 die Entlastungsströmung durch öffnung 24 regelt. Um unter gewöhnlichen Umständen eine Bewegung des Ventils zu verhindern und es in diejenige Lage zurückzuführen, welche den Durchfluß verhindert, ist das Gehäuse mit einer Hilfskammer 28 versehen, welche eine Feder 29 enthält, die auf dem Kopf 30 der Ventilspindel wirkt. Der Federdruck kann mittels Schraube 31 eingestellt werden. Hierdurch wird die Einstellung des Ventils für die Aufrechterhaltung des gewünschten Rückdruckes ermöglicht.

   Abb. s zeigt schematisch im wesentlichen die gleiche Anordnung wie Abb. 1 mit der Ausnahme, daß die Rückdruckleitung 0 durch den Zweig 7' mit der öffnung 22 der soeben beschriebenen Ventilvorrichtung verbunden, ist und daß die Pumpe M durch ein Drosselventil M' ersetzt ist. Der Rückfluß wird in diesem Falle von M' direkt in den Behälter R geführt, und der Betriebs- oder Vorwärtsdruck wird durch Pumpe B allein hervorgerufen. Die Betätigung des Mechanismus und die selbsttätige Regelung der Entlastung des Vorwärtsdruckes in der Leitung/ durch Einwirkung des Rückdruckes auf Kolben 25 stimmt mit der Betätigung' der früher geschilderten Anordnung überein.

   Das Flatterventil kann also selbsttätig- die Anordnung für die verschiedensten Verhältnisse einstellen und auch beständig alle Unregelmäßigkeiten der mechanischen Kräfte aufnehmen, welche durch Wirkung des Schneidwerkzeuges auf das Werkstück während der Bearbeitung hervorgerufen werden. Es wird also erreicht, daß das Auftreten eines ruckweisen Vorschubes· unter dem Einfluß von Sclineiddruckveränderungen tunlichst vermieden wird, daß der bei verschiedenen Bearbeitungsbedingungen in der Leitung auftretende Höchstdruck verringert wird und daß in allen Fällen die in der Leitung erforderliehen Kräfte herabgesetzt werden.

   Die Erfindung wurde in der Hauptsache von dem Standpunkt aus geschildert, unter allen Bedingungen den gleichen Rückdruck zu erhalten. Der Fachmann wird mit Leichtigkeit durch geeignete Abmessung der wirksamen Flächen des Ventilteils F und seines Kolbens und durch Auswahl von geeigneten, entgegenwirkenden Federn jede- gewünschte Einstellung innerhalb eines weiten Bereichs erreichen können. So kann der Rückdruck anstatt konstant gehalten zu werden, je nach den besonderen Bedingungen, unter denen die Maschine angewendet wird, beständig irgendeine gewünschte Beziehung zu dem Druck des eingeführten Öls aufrechterhalten. Auch kann das Hilfsventil konstanter Einstellung, "das als unabhängiger Teil der Anordnung angegeben worden war, um das Verständnis für den Hauptgedanken der Erfindung zu erleichtern, fortfallen und das Flatterventil so ausgestaltet sein, daß es auch noch diese Tätigkeit mit übernimmt.

   PATENTANStUUJClJK:

   i, Einrichtung zum Betrieb einer wechselnder Belastung ausgesetzten, hin und her gehenden hydraulischen Antriebsvorrichtung, besonders für den Vorschub bei Werkzeugmaschinen und besonders solchen, bei welchen aus einem Ende des Arbeitszylinders mittels Pumpe o. dgl. in gleichen Zeiten gleiche Volumina des Druckmittels abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der aus der einen Arbeitszylinderseite austretenden Flüssigkeit ein Ventil (F bzw. 25, 26, 27) verstellt, das den Druck des der anderen Arbeitszylinderseite zufließenden Druckmittels entgegengesetzt und damit im Sinne einer Konstanthaltung des Vor-Schubes regelt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (F bzw. 25, 26, 27) durch eine einstellbare Feder (9 bzw. 29) belastet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Druck in der Zufuhrleitung (I) auf eine Verstellung des Regelventils (F) in gleichem Sinne hinwirkt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anlage mit einer den Ausschub des hydraulischen Arbeitszylinders (C) aufnehmenden Meßpumpe (M), die ständig zum Arbeitszylinder (C) fördert, und einer vom Vorratsbehälter (Ji) ebenfalls zum Arbeitszylinder fördernden Zusatzpumpe (B) in die Leitung (2, 6) von der Auslaßseite der Meßpumpe (M) zum Vorratsbehälter (ii) das durch den Druck_ der Ausschubleitung (0) verstellbare Regelventil (F bzw. 25, 26, 27) eingeschaltet ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpumpe (M) durch ein Drosselventil (M') ersetzt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDRtICKEREI