DE649699C - Hydraulischer Antrieb fuer Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen - Google Patents

Description

Bur. Ind. Ejgendoni

1? OC TL133?.

AUSGEGEBEN AM 4. SEPTEMBER 1937

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb für Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen, welcher mehrere gleich-■ achsig gelagerte ' Flüssigkeitsmotoren von gleichem oder unterschiedlichem, volumetrischem Fassungsvermögen enthält, von denen zwecks Erzielung unterschiedlicher Antriebsgeschwindigkeiten wahlweise einer oder mehrere mit Druckflüssigkeit beschickt werden können·.

Es ist bereits ein hydraulischer Antrieb für Werkzeugmaschinen (Revolverdrehbänke) bekanntgeworden, bei dem auf einem Laufrade mehrere gleichmütig angeordnete Zellenreihen eines Turbinenrades vorgesehen sind, von denen jeweils eine beliebige Reihe mit Hilfe einer schwenkbaren Düse beaufschlagt werden kann, wodurch verschiedene Geschwindigkeiten oder Drehzahlen erhalten werden. Ferner ist ein hydraulischer Antrieb für Kraftwagen bekanntgeworden, bei dem mehrere .Turbinenräder von verschiedenem Durchmesser auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, und wobei wahlweise eines derselben durch den Laufrädern zugeordnete Düsen beaufschlagt werden kann, so daß sich ebenfalls verschiedene Drehzahlen ergeben. Von der Erfindung unterscheiden sich diese Anordnungen insbesondere dadurch, daß es sich nicht um zwangsläufig angetriebene Flüssigkeitsmotoren (Radialschiebermotoren), sondern um frei beaufschlagte Turbinenräder handelt, deren Drehzahl sich mit der Belastung ändert sowie dadurch, daß jeweils nur ein einziges Laufrad bzw. eine einzige Zellenreihe beaufschlagt und angetrieben wird. Es ist ferner bei Hobelmaschinen ein hydrau-¹* lischer Antrieb des Werktisches bekanntgeworden, bei dem eine langsame Vor- und eine schnelle Rücklaufbewegung des Tisches dadurch erzielt wird, daß dieser mit mehreren Kolben fest verbunden ist, die in Zylindern verschiedenen Durchmessers angeordnet sind, von denen wahlweise einer oder mehrere gleichzeitig mit Druckflüssigkeit beschickt werden können. Hierbei handelt es sich jedoch um die geradlinige Vor- und Rücklaufbewegung des Werktisches.

Demgegenüber besteht das Wesen der Erfindung darin, daß auf der verschiebbaren Spindelwelle einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Bohrmaschine, in einem feststehenden, gemeinsamen Gehäuse mehrere Radialschiebermotoren angeordnet sind, welche durch den Motoren im Zu- und Abfluß zugeordnete Kolbenschieber wahlweise abgeschaltet und kurzgeschlossen werden können. Es ergibt sich hierdurch eine insbesondere für Bohrmaschinen besonders vorteilhafte Regelungsmöglichkeit des Antriebes,

bei der mit der Verringerung der Drehzahl das Drehmoment wächst. Durch die Anordnung der Kolbenschieber ergibt sich eine besonders einfache.und zweckmäßige Veränderungsmöglichkeit der Antriebsgeschwindigkeit. Die weiteren Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

Weitere Kennzeichen der Erfindung bestehen insbesondere in der Anordnung eines ίο Umkehrschiebers sowie eines Drosselventils zum Einstellen der feineren Zwischengeschwindigkeiten, ferner in der besonderen Anordnung und Ausführung der Steuerschieber und der Vorrichtung zum Ändern der Geschwindigkeit.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. ι zeigt eine mit einem hydraulischen Antrieb nach der Erfindung versehene Bohrmaschine.

Fig. 2 ist ein senkrechter vergrößerter Teilschnitt durch den hydraulischen Antriebsmotor.

Fig. 3 ist eine Aufsicht auf die Vorrichtung der Fig. 2 mit abgenommenem Deckel. Fig. 4 und 5 sind waagerechte Schnitte längs der Linie 4-4 bzw. 5-5 der Fig. 2.

Fig. 6 ist eine Aufsicht auf eine der Platten 18 mit Läufer.

Fig. 7 ist ein Schnitt durch diese Platten und den Läufer längs der Linie 7-7 der Fig. 6.

Fig. 8 ist ein Schnitt durch die Steuerkolben und das Umlaufventil. Fig. 9 ist eine schematische Darstellung des Flüssigkeitsverlaufs.

In Fig. ι ist die Anwendung des hydraulischen Antriebs gemäß der Erfindung für eine Bohrmaschine gezeigt, wofür er besonders geeignet ist. Die Maschine besteht aus einem Fuß 1 und einer aufrecht stehenden Säule 2, an der der Antriebstisch 3 und der Werkzeugtisch 4 einstellbar befestigt sind. Am oberen Ende der Säule 2 ist der hydrau-♦5 Iische Antrieb M angeordnet, der die Spindel 5 antreibt.

Der Antrieb für den Vorschub der Spindel wird durch die Kegelräder 6 und 6° von der Spindel 5 abgenommen.(Fig. 2). Das Kegelrad 6" treibt die Welle 7 (Fig. 1), das Stufenscheibenvorgelege 8 die Welle 9 und über die Kegelräder 10 die Vorschubwelle 11.

Das untere Ende der Vorschubwelle ist in dem verstellbaren Kopf 4 gelagert und treibt über die Kegelräder /³ und /² die Welle f, die Schnecke/¹, das Schneckenrad /⁴ und das Ritzel f^e, welches mit der Zahnstange f zusammenarbeitet. Eine selbsttätige Ausklinkvorrichtung t sorgt für Ausschaltung des Vorschubantriebes an einem gewünschten Punkt. Der hydraulische Antriebsmotor M der Spindel 5 besitzt ein dreiteiliges Gehäuse 15", 15⁶ und i5^c (Fig. 2). In den Gehäuseteilen 15° und 15⁶ sind Kugellager 24, 24" für das obere und untere Ende der Welle angeordnet.

Jeder der Läufer A, B und C ist mit einer Hülse 23 fest verbunden, in der sich die Spindel 5 in Längsrichtung verschieben kann, die mit der Hülse 23 in NutveTbindung steht, so daß sie die Drehung derselben mitmacht. Die Hülse 23 ist in den genannten Lagern 24 und 24° gelagert.

Aus Fig. 2, 4, 5 und 6 ist ersichtlich, daß das Motorgehäuse 15* eine Bohrung 16 besitzt, innerhalb welcher mehrere feststehende Ringe 17°, 17⁶ und 17°, mit dem Gehäuse verbunden, befestigt sind. Jeder dieser Ringe ist von den benachbarten Ringen durch Scheiben 18 getrennt und stellt sozusagen den 80, Stator für die Schaufeln des zugehörigen Läufers dar. Jeder Ring besitzt einander gegenüber angeordnete Einlaß- und Auslaßöffnungen 19° und 19⁶, welche in die Bohrungen 20" und 20⁶. des Gehäuses münden.

Aus Fig. 4 und 5 geht der Aufbau der Läufer im einzelnen hervor. Fig. 4 ist ein Schnitt durch den Läufer A und Fig. 5 ein solcher durch den Läufer B: Aus Fig. 2 und 5 ist ersichtlich, daß der Läufer aus einer kreisförmigen Scheibe besteht, die eine Anzahl radial angeordneter Schlitze 20 enthält, in denen sich je eine Schaufel 21 einwärts und auswärts bewegen kann.

An einem Teil des Umfanges ist der Statorring 17" bzw. 17* exzentrisch gestaltet, so daß zwischen dem Läufer und dem Stator ein Zwischenraum 22 entsteht, der durch die Schaufeln 21 in einzelne Kammern geteilt wird. Die Druckflüssigkeit wird bei 2o^a zugeführt und bei 20⁶ abgeführt, so daß der Läufer im Uhrzeigersinne (Fig. 5) in Umdrehung versetzt wird.

Die während jeder Läuferumdrehung von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung gelangende Flüssigkeitsmenge ist bei einem Läufer mit 14 Schaufeln vierzehnmal so groß wie der Fassungsraum der Kammer 22 zwischen zwei Schaufeln. Für einen Läufer mit 5 Schaufeln ist die Menge das Fünffache des Fassungsraumes, für einen Läufer mit 9 Schaufeln das Neunfache usw. Ist die Flüssigkeitsmenge, die der Einlaßöffnung 20" zugeführt wird, dem Volumen nach gleich, so beträgt

die Drehzahl des Läufers R — -γγξ-> wobei R die Drehzahl in der Minute, Q die" in der Minute zugeführte Menge, V das Volumen einer Kammer zwischen zwei Schaufeln im Räume 22 und N die Anzahl'der Schaufeln iao ist. Um die Geschwindigkeit oder Drehzahl der Vorrichtung zu ändern, sind mehrere

Läufer auf der Hülse 23 angeordnet; durch besondere Steuereinrichtungen ist dafür Sorge getragen, daß wahlweise einer oder mehrere Läufer gleichzeitig eingeschaltet werden können, während die nicht benutzten Läufer leerlaufen. Werden zwei Läufer des gleichen Fassungsvermögens parallelgeschaltet, so ergibt sich eine Drehzahl, die halb so groß ist wie diejenige bei Benutzung eines einzigen Läufers. Gleichzeitig wird das Drehmoment verdoppelt. Bei Parallelschaltung von drei Läufern sinkt die Drehzahl auf den dritten Teil, während das Drehmoment auf .die dreifache Größe ansteigt. Für Bohrmaschinen ist dies besonders vorteilhaft, da die Bohrer großen Durchmessers, die mit einer geringen Drehzahl angetrieben werden müssen, einen besonders hohen Kraftaufwand verlangen. Da nach der Erfindung nicht Teile der Druck-

ao flüssigkeit unter dem Einfluß des erhöhten Druckes in eine Entlastungsleitung strömen, ergibt sich daraus auch kein Kraftverlust.

Das Gesagte bezieht sich auf grobe Drehzahländerungen der Spindel und setzt voraus, daß alle Läufer gleiche Größe und gleiches volumetrisches Fassungsvermögen besitzen. Tn den Fällen, in denen man verschiedene Spindeldrehzahlen zu erhalten wünscht, die nicht in einfachen ganzzahligen Verhältnissen zueinander stehen, werden Läufer von verschiedener Größe auf der Spindel angeordnet, die in gewünschter Weise zusammengeschaltet werden können.

In den gezeichneten Ausführungsbeispielen sind der Einfachheit halber lediglich drei Läufer A, B und C dargestellt. In der Praxis wird man jedoch meist eine größere Anzahl von Läufern verwenden, um die jeweils gewünschten Spindeldrehzahlen zu erzielen.

Die Läufer werden durch die nachstehend beschriebenen Steuerkolben ein- und ausgeschaltet, wobei diese Steuerkolben derart in dem Motorgehäuse angeordnet sind, daß die aus dem Läufer oder Steuerkolben an undichten Stellen austretende Flüssigkeit in dem Hauptgehäuse bleibt, dort als Schmiermittel dient und dann in noch zu beschreibender Weise abgeleitet wird.

Wie aus Fig. 2, 4 und 8 ersichtlich, sind bei 25 und 26 Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen für die Druckflüssigkeit vorgesehen, deren jede unmittelbar mit der Steuervorrichtung zusammenarbeitet. Diese besteht aus drei Kolbenschiebern V¹, V² und V^s, die parallel zueinander angeordnet sind und in den Bohrungen V¹, V² und V³ gleiten, die in den Gehäuseteilen 15⁰ und 15* vorgesehen sind. Der Einlaßkolbenschieber V¹ und - der Auslaßkolbenschieber V³ besitzen ein eingeschnürtes Zwischenteil 27 bzw. 28, welches mit der zugehörigen Bohrung V¹ bzw. V³ eine Ringkammer für den Durchtritt der Flüssigkeit bildet. Der Entlastungskolbenschieber V² besitzt auf der ganzen Länge gleichen Durchmesser. .

Die Einlaß- und Auslaßleitungen 20A und 20 B eines jeden der drei Läufer (Fig. 8) stehen mit den Ventilbohrungen V¹ und V^s in Verbindung. Wenn die Steuervorrichtung sich in der in Fig. 8 dargestellten Lage befindet, fließt die durch die öffnung 25 in die Bohrung V¹ eintretende Druckflüssigkeit um das eingeschnürte Teil 27 herum in die Leitung 2o^a des Läufers A, treibt diesen im Uhrzeigersinne an und fließt dann durch die Leitung 2o* und um den eingeschnürten Teil 28 herum durch die Auslaßöffnung 26 aus. ·

Damit die leerlaufenden Läufer B und C nicht als Pumpen wirken und eine unnötige Belastung darstellen, sind zwischen den Bohrungen V¹ und V^s Querleitungen 27" bzw. 28" angeordnet, durch die die Einlaß- und Auslaßseiten dieser Läufer verbunden werden, so daß sie sich drehen können, ohne nennenswerte Kraft zu verbrauchen.

Die drei Steuerkolbenschieber V¹, V² und V^s werden gemeinsam und gleichzeitig durch den Hebel L verschoben (Fig. 1), der die Welle 32 (Fig. 2) und mehrere mit dieser fest verbundene Hebel 33'' bewegt, weiche bei 34 in die zugehörigen Steuerkolbenschieber eingreifen. Ein federnder Stift 35, der in entsprechende Aussparungen 36 des Kolbenschiebers V- eingreift, sorgt dafür, daß die Steuervorrichtung in der gewünschten Stellung gehalten wird.

In der in Fig. 8 gezeichneten Stellung ist lediglich der obere Lauferei eingeschaltet, während die beiden anderen leerlaufen. Werden die Steuerkolbenschieber um so viel gesenkt, wie der senkrechten Entfernung zweier Läufer entspricht, so kann die um das eingeschnürte Teil 27 strömende Druckflüssigkeit auch zu-der Öffnung 20" des zweiten Rades gelangen und dieses antreiben, während sie bei 20* um das Teil 28 herum abströmen kann. Die Querverbindung 27° wird hierbei durch den Kolben V² geschlossen. Werden die Steuerkolbenschieber noch weiter nach unten bewegt, so wird auch der Läufer C angetrieben, während die Querverbindung 28° geschlossen wird.

Aus dem Gesagten geht hervor, daß bei Antrieb mehrerer Läufer nicht nur die Drehzahl sinkt, sondern auch das erzeugte Drehmoment entsprechend ansteigt.

Um die Bewegung der Steuerkolbenschieber V¹, V² und V^s zu erleichtern und einen Abfluß für die aus undichten Stellen austretende Flüssigkeit zu schaffen, stehen die unteren Enden der Bohrungen V¹, V'² und V³ untereinander sowie mit der Leitung 29

Claims (8)

1. in Verbindung, die zu dem Behälter R führt (Fig. 9). Irgendwelcher im oberen oder unteren Teil der Antriebsvorrichtung sich ansammelnder ölüberschuß geht durch die Leitungen 30 und 31 in die Abflußleitung 52. In der Praxis ergeben sich bei Verwendung sehr vieler Drehzahlen und somit Läufer gewisse Nachteile, die in der Raumbeanspruchung, dem Gewicht, den Herstellungskosten usw. liegen. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird vorgeschlagen, eine geringere Anzahl von Läufern zu verwenden und zur Feinabstufung der Drehzahl eine Drossel als Regelvorrichtung in den Flüssigkeitsstromkreis einzuschalten. Da es sich hierbei nur um geringe Drehzahländerungen handelt, wird der dadurch hervorgerufene Kraftverlust und die Verschlechterung des Wirkungsgrades nur gering, so daß er in der Praxis eine Rolle spielt.

   Fig. 9 stellt den Flüssigkeitsverlauf schematisch dar. Eine Pumpe P von gleichbleibender Förderung schickt die Druckflüssigkeit über einen Umkehrschieber RV in die Druckleitung 42; nachdem sie den Motor getrieben hat, strömt sie durch die Leitung 43 und 44 wieder ab. Der Umkehrschieber RV gestattet, die Leitungen 42 und 43 miteinander zu vertauschen und die Drehrichtung der Welle 5 umzukehren. Um verschiedene Zwischengeschwindigkeiten zwischen denjenigen zu erzielen, die durch die wahlweise Einschaltung der Läufer hervorgerufen werden, ist ein Drosselventil T in die Druckleitung eingeschaltet, durch welches ein Teil des Öls unmittelbar in den Behälter R zurückströmen kann. Wenn die, Drossel T geschlossen ist, fließt die gesamte Förderung der Pumpe P in der beschriebenen Weise durch den Motor M. Wird jedoch die Drossel ganz oder teilweise geöffnet, so fließt ein Teil der Druckflüssigkeit durch die Zweigleitung 45 in den Vorratsbehälter zurück, so daß der Motor nur einen Teil der Flüssigkeit erhält und somit langsamer läuft.

   Unter gewöhnlichen Arbeitsbedingungen ist das Drosselventil T so eingestellt, daß es dem Durchfluß in der Zweigleitung 45 einen Widerstand entgegensetzt, der im wesentlichen gleich dem Widerstand ist, den der Motor M zu überwinden hat, so daß das Durchflußverhältnis der beiden Leitungen gleich bleibt.

   Durch Einstellung des Widerstandes der

   • Drossel T kann der Durchfluß der Pumpe P in passender Weise zwischen die beiden Zweige aufgeteilt werden, und da der eine Zweig die Druckflüssigkeit zu dem Motor leitet, kann dieser mit verschiedenen Zwischengeschwindigkeiten betrieben werden.

   Da durch die Leitung 45 nur ein kleiner Teil des in dem Motor erzeugten Öls abgeleitet wird, werden diese feineren Zwischeneinstellungen der Drehzahlen mit sehr geringen Verlusten an hydraulischer Kraft erreicht. Es ist auch ersichtlich, daß der Teil des Öls, der wegen Verstellung des Drosselventils T abgeleitet wird, sich verringert, wenn mehrere Läufer eingeschaltet sind. Wenn daher große Werkzeuge mit langsamen Zwischengeschwindigkeiten angetrieben werden, sind die Kraftverluste, die durch die Ableitung eines kleinen Teils von Druckflüssigkeit hervorgerufen werden, besonders klein. Ein Sicherheitsventil r schützt den Antrieb gegen das Auftreten von unzulässig hohen Drucken.

   In den Zeichnungen sind die verschiedenen Läufer/ί, B und C in der gleichen Winkellage dargestellt. In der Praxis jedoch wird man die einzelnen Läufer gegeneinander versetzen, wodurch ein gleichmäßiger und ruhiger Antrieb oline Klopfen oder Erschütterungen erzielt wird.

   • Patentansprüche:

   i. Hydraulischer Antrieb für Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen, mit mehreren gleichachsig gelagerten Flüssigkeitsmotoren mit gleichem oder go unterschiedlichem, volumetrischem Fassungsvermögen, von denen zwecks Erzielung unterschiedlicher Antriebsgeschwindigkeiten wahlweise einer oder mehrere mit Druckflüssigkeit beschickt werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der verschiebbaren Spindelwelle (5) der Werkzeugmaschine in einem feststehenden gemeinsamen Gehäuse (15⁶) mehrere Radialschiebermotoren angeordnet sind, welche durch den Motoren im Zu- und Abfluß zugeordnete Kolbenschieber wahlweise abgeschaltet und kurzgeschlossen werden.
2. 2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der das Druckmittel liefernden Pumpe (P) gleichbleibender Förderung und den an die Teilleitungen (20", 2o⁶) angeschlossenen Zweigleitungen (42, 43) ein Umkehrschieber (RV) liegt.
3. 3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung beliebiger Zwischengeschwindigkeitsstufen an der gemeinsamen Druckmittelzuleitung zu den Schiebermotoren eine Abzweigleitung (45) zum Sammelbehälter (R) mit einstellbarem Drosselventil (T) vorgesehen ist.
4. 4. Antrieb nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen in einer Schieberkammer (F¹) arbeitenden Einlaßsteuerschieber (F¹), einen in einer Schieber-

   kammer (F³) arbeitenden Auslaßsteuerschieber (V³), Verbindungsleitungen (27° und28^a) zwischen der Schieberkammer^¹) und der Schieberkammer (F³) und einen in einer Zwischenkammer (F²) arbeitenden, mit den Steuerschiebern (F¹, F³) gemeinsam verschiebbaren Entlastungsschieber (F²), der bei Abschalten des Motors (C) oder der Motoren (B und C) durch Verstellung der Steuerschieber (F¹, F³) eine oder beide Verbindungsleitungen (27°, 28«) freigibt.
5. 5. Antrieb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Steuerkolben (F¹, F², F³) parallel zueinander angeordnet sind.
6. 6. Antrieb nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Querverbindung zwischen den unteren Enden der Schieberkammern (F¹, F², F³), die durch eine Leitung (29) mit dem Druckmittelsammel-'behälter (R) in Verbindung steht.
7. 7. Antrieb nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch Einkerbungen (36) in dem Entlastungsschieber (F²), in die zur Einstellung der richtigen Schieberstellung eine gefederte Sperrklinke (35) eingreift.
8. 8. Antrieb nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsschieber (F²) als Vollzylinder ausgebildet ist, Einlaß- und Auslaß schieber (F¹ bzw. F³) dagegen mit einem eingeschnürten Zwischenteil (27 bzw. 28) versehen sind, dessen Länge mindestens gleich der Entfernung zwischen den obersten Einlaß- bzw. Auslaßrohren (20" bzw. 2O^ft) ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen