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Steuerung für senkrecht arbeitende Tieflochbohrmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Steuerung der Werkzeugbewegung bei senkrecht arbeitenden Tieflochbohrmaschinen,
bei welchen hohe Leerlaufgeschwindigkeit, aber mit Rücksicht auf den zu bearbeitenden
hochwertigen, meist zähen und harten Baustoff der Werkstücke eine verhältnismäßig
geringe Arbeitsgeschwindigkeit erforderlich sind.
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Es ist bereits bekannt, bei Maschinen dieser Art den Werkzeugvorschub
rein hydraulisch zu steuern, wodurch die der rein mechanischen Übertragung anhaftende
Starrheit beseitigt werden soll. Die rein hydraulische Steuerung gestaltet sich
aber infolge der verschiedenen zu berücksichtigenden Bewegungsvorgänge ziemlich
verwickelt und gestattet infolge der Elastizität der Rohrleitungen und damit der
Kraftübertragung keine vollständig genaue Regelung der einzelnen Arbeitsstufen.
Die Trägheit der reinen Ölsteuerung erschwert auch die feinfühlige Regelung des
Werkzeugvorschubes beim Bohren und das Abfangen des Bohrschlittens vor dem Bohrgrunde.
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Es sind ferner bereits Steuervorrichtungen bekannt, mittels welcher
die stufenweise Schaltung des hydraulisch bewegten Werkzeuges auf Eilvorschub, Arbeitsvorschub
und Eilrücklauf zum Zweck des selbsttätigen Entspanens mit Hilfe sog. Schleppanschläge
elektromagnetisch erfolgt. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art wird der Druckflüssigkeitsstrom
nicht unmittelbar durch die Steuermagnete umgeschaltet, sondern die Leitung mit
Hilfe einstellbarer Kontakte stufenweise entleert, die auf einer mit dem Bohrschlitten
verbundenen Leiste sitzen. Dabei ist aber ein regelbares Abfangen des Bohrschlittens
nicht möglich.
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Die Steuerung der Arbeitsbewegung erfolgt bei den bekannten Maschinen
zum Teil durch Abdrosselung des Ölumlaufes. Dadurch kann zwar die Vorschubgeschwindigkeit
für den Bohrgang geregelt werden, nicht dagegen der Vorschubdruck.
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Sämtliche bekannten Steuerungen dieser Art ermöglichen nur einen
starren Vorschub des Werkzeuges im Bohrgang, bei welchem
vom Ansetzen
des Werkzeuges bis zu dessen Durchgang eine sehr niedrige Vorschub geschwindigkeit
eingestellt werden muß, d sonst bei tiefen Löchern ein Verklemmen « 9 Bohrloch durch
die satte Führung und dum Späne unvermeidlich ist.
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Diese Maschinen arbeiten daher notwendig sehr langsam und sind nur
für verhältnismäßig große Bohrdurchmesser brauchbar.
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Dieser Nachteil kann auch nicht dadurch beseitigt werden, daß bei
einigen der bekannten Maschinen der Bohrer selbsttätig wieder zurückgeht, wenn er
auf zu großen Widerstand trifft.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Steuerung der eingangs beschriebenen
Art, bei welcher ein sehr feinfühliges Bohren dadurch ermöglicht wird, daß die Druckunterschiede
im Zu und Abfluß der Flüssigkeit durch Verwendung zweier federnder Ventile weitgehend
selbsttätig ausgeglichen werden, von welchen das eine den Vorlauf und das andere
den Rücklauf steuert. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweckeine Pumpe mit gleichbleibender
Förderung verwendet, deren Höchstdruck durch ein einstellbares federndes Drosselventil
begrenzt wird; im Zusammenhang damit wird die Umschaltung der Eilbewegungen und
des Eilvorschubes auf Arbeitsvorschub mittels eines weiteren einstellbaren federnden
Drosselventils in der Abflußleitung des Arbeitszylinders durch die von Schleppanschlägen
gesteuerten elektrischen Kontakte bewirkt. Der ganze Arbeitsvorgang bis zur Erreichung
des größten vorgeschriebenen Werkzeugvorschubes spielt sich dabei unabhängig von
der Bedienungsperson völlig selbsttätig ab. Dabei wird die hydraulische Einrichtung
so gesteuert, daß die volle Fördermenge der Druckflüssigkeit nur im Schnellgang,
d. h. beim Vorschub bis in die Nähe der Arbeitsstelle, und beim Rückgang zur Wirkung
kommt, während der im Feingang erfolgende Arbeitshub dadurch bewirkt wird, daß die
aus dem Druckzylinder austretende Druckflüssigkeit kurz vor Erreichung der jeweiligen
Arbeitsstelle abgedrosselt und dadurch ein Gegendruck auf den Kolben erzeugt wird,
so daß nur mehr der Druckunterschied der beiden Kolbenseiten wirksam ist. Durch
Regelung der auf dem Drosselventil lastenden Federspannung und durch Einstellung
der Fördermenge mittels des anderen einstellbaren Ventils kann der Feingang den
jeweiligen besonderen Erfordernissen weitgehend angepaßt werden.
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Die Dauer je eines aus Eilvorschub, Arbeitshub und Eilrückgang bestehenden
Arbeitsspieles wird zweckmäßig durch einen Zeitschalter festgelegt, der nach Ablauf
der eingestellten Zeitspanne den Stromkreis zu einem Elektromagneten schließt, durch
welchen die Druckflüssigkeit auf eine Bewegung im Sinne eines Rückhubes des Werkzeuges
g mgestellt wird.
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Durch das einstellbare Überlastungsventil in der Druckflüssigkeitsleitung
wird eine Sicherheit gegen eine unzulässige Drucksteigerung beim Auftreten von Hindernissen,
beispielsweise beim Verstopfen des Bohrloches durch Späne, geboten. Dadurch wird
einer vorzeitigen Abnutzung der Werkzeuge bzw. einer Bruchgefahr vorgebeugt. Tritt
ein unerwartet starker Widerstand auf, so paßt sich die Werkzeugbewegung diesem
an, und die Maschine arbeitet so lange, bis dieser Widerstand überwunden ist.
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Eine Steuervorrichtung für eine Tieflochbohrmaschine gemäß der Erfindung
ist in der Zeichnung in schematischer Form dargestellt.
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In dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der Steuerungsvorrichtung,
Fig. 2 das zugehörige Leitungsschema, Fig. 3 ein Bohrwegdiagramm.
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Die Bohrspindel 1, die in bekannter Weise von einem Elektromotor2
über Zahnräderpaare 3, 4 in Umdrehung versetzt wird, ist in einer Führung 5 gelagert,
die starr mit einem Schlitten 6 und mit der Kolbenstange 7 des hvdraulischen Kolbens
S verbunden ist. Letzterer ist in einem Zylinderg verschiebbar, dessen beide Enden
durch Rohrleitungen 10 und 11 an die Druckflüssigkeitssteuervorrichtung und über
diese an die unabhängig von der Maschine aufgestellte Druckpumpe I2 angeschlossen
sind.
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Die Steuervorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Kolbenschieber
13, welcher den Zufluß des durch die Leitung 14 in das Schiebergehäuse eintretenden
Druckmittels nach einer der beiden Leitungen Io oder II steuert, einem weiteren
Kolbenschieber 15, der je nach seiner Stellung das aus dem Zylinder 9 zurückfließende
Drucköl unmittelbar durch die Leitung I6 zum Pumpenbehälter I7 abfließen läßt, oder
es zuerst über das Drosselventils8 und von da in die Abflußleitung leitet, und einem
Einstellventil 19. Die Kolbenschieber I3 und 15 stehen unter der Einwirkung von
Elektromagneten 20, 2I und 22 und werden durch diese wie folgt gesteuert.
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Zu Beginn des Arbeitshubes befinden sich die Arbeitsspindel I und
der mit ihr verbundene Schlitten 6 in der höchsten Stellung. In dieser Stellung
ist durch einen mit dem Schlitten 6 vertundenen federnden Anschlag 23 der Kontakt
24 entgegen der Spannung der auf ihn wirkenden Feder nach innen gedrückt, so däß
er die Kontakte 25 überbrückt.
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Wird nun der Hauptschalter 26 eingedrückt, so wird ein Stromkreis
geschlossen,
der von den Netzleitungen 27 über die Kontakte 25 zum
M, agneten20 {ührt und zugleich die Einschaltung des Zeitschalterrelais 271 und
die Schließung des Kontaktes 28 bewirkt.
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Dadurch wird der Magnet 20 angezogen und durch diesen der Kolbenschieber
I3 in die in Fig. I gezeigte Stellung gebracht, in welcher atlas von der Pumpe kommende
Drucköl in die Leitung 10 und aus dieser in den über dem Kolben 8 befindlichen Raum
des Zylinders g gedrückt wird. Die unterhalb des Kolbens befindliche Druckflüssigkeit
fließt hierbei über eine Bohrung 44 nach der Leitung 11 und von dieser über die
geöffneten Kolbenschieber 15 und I3 und die Leitung I6 ab.
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Der Kolben 8 und mit ihm das Werkzeug werden jetzt nach- unten gedrückt,
wobei zugleich der Anschlag 23 die Kontaktbrücke 24 verläßt, so daß dieser unter
Federwirkung nach unten geht und dadurch den Stromkreis bei 25 unterbricht, dagegen
einen Stromkreis über die Kontakte 29 schließt (vgl. die Darstellung in Fig. 2).
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Der Kolben 8 geht unter dem vollen Druck der Druckflüssigkeit im
Schnellgang so lange abwärts, bis ein mit dem Schlitten 6 verbundener Anschlag 30
gegen einen doppelarmigen Hebel 31 stößt und durch diesen einen Kontakt 32 betätigt,
durch welchen ein Stromkreis nach dem Elektromagneten-22 geschlossen wird. Dieser
Magnet steht in Wirkungsverbindung mit dem Kolbenschieber I5 und verstellt diesen
so weit, daß das im unteren Teil des Zylinders g über die Leitung 11 in das Schiebergehäuse
zurückfließende Öl nicht unmittelbar abfließen kann, sondern über das Drosselventil
IS geleitet wird. Dadurch entsteht je nach der Einstellung dieses Ventils eine entsprechende
Abdrosselung des Ölrückflusses und damit ein Rückdruck auf den Kolben 8, durch weIchen
der weitere Werkzeugvorschub in dem nun einsetzenden Bearbeitungsgang (Feingang)
verzögert wird.
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Nach Durchtritt durch das Ventil in fließt die Druckflüssigkeit über
den Kanal 33 nach dem Gehäuse des Kolbenschiebers I3 und durch eine in letzterem
vorgesehene Bohrung nach der Abflußleitung I6.
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Durch das zugleich als Überlastungsventil dienende Einstellventil
19 wird der zum Bohren erforderliche Öldruck so geregelt, daß je nach Bedarf ein
Vorschub von etwa 0,05 bis 3 mni je Spindelumdrchung erreicht werden kann. Wird
der Gegendruck beispielsweise infolge Verstopfung durch Späne oder Stumpfwerden
des Bohrers zu groß, so öffnet sich das Ventil so weit, daß der Kolben nachgeben
kann, also ein Bruch vermieden wird.
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Die Schaltung des Magneten 22 ist so angeordnet, daß die Abdrosselung
des Olrückflusses bewirkt wird, wenn der Bohrer etwa 2 mm vor dem Bohrgrunde steht.
Um diese Schaltung unabhängig von der wechselnden .Bohrtiefe nach jedem Arbeitshub
sicherzu-. stellen, ist folgende Einrichtung getroffen.
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Der Anschlag 30 ist fest mit einem Läufer 34. verbunden, der im Paßsitz
gleitend auf einer mit dem Werkzeugschlitten 6 verbundenen Gleitstange 35 geführt
ist. Zu Beginn des Arbeitsvorganges befindet sich der Läufer 34 in seiner tiefsten
Stellung. Trifft er nun beim ersten Tiefgang des Werkzeuges mit seinem Anschlag
30 auf den Hebel 3I auf, so wird er in dieser Lage festgehalten, während das Werkzeug
und damit auch der Schlitten 6 im Feingang tiefer gehen; dadurch wird der Läufer
34 um die Länge des eigentlichen Arbeitshubes auf der Schiene 35 nach oben verschoben.
Beim nächsten Vorschub kommt er daher erst bei einer um diese Strecke tieferen Lage
des Schlittens zum Eingriff mit dem Hebel 31, so daß also der Feingang erst in dieser
Lage ausgelöst wird. Dadurch wird erreicht, daß der Feingang jeweils bei genau dem
gleichen Abstande des Werkzeuges von dem Bohrgrund eingeleitet wird.
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Das Ende des Arbeitshubes und die Umschaltung auf Rückgang werden
durch den Zeitschalter 271 bewirkt. Dieser besteht beispielsweise aus einer Luft-
oder Ölbremse bekannter Art, die für eine Schaltdauer von etwa I bis 10 Sekunden
eingestellt werden kann. Ist das Relais abgelaufen, so wird der Kontakt 28 unterbrochen
und der Kontakt 36 geschlossen. Dadurch wird über die inzwischen durch die Kontaktbrücke
24 verbundenen Kontakte 29 der Stromkreis nach dem Elektromagneten 21 geschlossen
und gleichzeitig durch Umlegen des Quecksilberschalters 37 mittels des Hebels 38
der Stromkreis nach dem Magneten 22 unterbrochen. Mit Hilfe des Quecksilberschalters
erfolgt diese Unterbrechung sehr rasch und ohne Funkenbildung derart, daß der Magnet
22 augenblicklich frei wird und dadurch den unmittelbaren Ablauf der Druckflüssigkeit
unter Ausschaltung des Drosselventils 18 gestattet.
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Gleichzeitig wird durch den Magneten 2I der Kolbenschieber 15 in
dem Sinne verschoben, daß das Drucköl nunmehr der Leitung 11 zuströmt und somit
unter den Kolben 8 gelangt, während die Leitung 10 mit der Abflußleitung I6 in Verbindung
gesetzt wird. Dadurch wird der Rückgang des Kolbens 8 und damit des Werkzeuges unter
dem vollen Flüssigkeitsdruck, also im Schnellgang, bewirkt. Wenn das Werkzeug seine
obere Endlage erreicht, schließt der Anschlag 23 durch die Kontaktbrücke 24 wieder
die Kontakte 25, wodurch die Umschaltung auf Vorschub erfolgt und damit die neue
Arbeitsbewegung eingeleitet wird. -
Dieser Arbeitsvorgang wiederholt
sich so lange, bis der Schlitten 6 bei einer bestimmten eingestellten Tiefe über
einen Anschlag 39 den Hauptscbalter 26 auslöst, worauf er im SchneUgang g zurückgeht
und dann stehenbleibt.
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Gleichzeitig wird durch einen an dem Anschlag 39 befindlichen Ansatz
40 an der tiefsten Stellung des Werkzeuges der Hebelarm' 43 eines Winkelhebels getroffen
und dadurch bewirkt, daß eine an dem anderen Hebelarm 4I befestigte Klinke 42 über
den Anschlag 30 greift und damit den Läufer 34 festhält, während der Schlitten 6
mit der Gleitstange 35 hochgeht. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß bei Beginn
des nächsten Bohrganges der Läufer 34 wieder seine tiefste Stellung auf dem Schlitten
einnimmt.
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Um sicherzustellen, daß die Umschaltung von Schnellgang auf Feingang
um eine bestimmte Wegstrecke vor Erreichung des Bohrgrundes erfolgt, ist die Klinke
42 so angeordnet, daß zwischen dem Anschlagpunkt des Hebels 31 und der Angriffsfläche
der Klinke 42 ein um dieses Maß größerer Zwisch, enraum besteht, als der Holle des
Anschlages 30 entsprechen würde.
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Der auf diese Weise erzielte Bohrvorgang ist aus dem Bohrwegdiagramm
(Fig. 3) -zu ersehen, welches die Bohrtiefen in Abhängigkeit von der Zeit zeigt.
Dabei ist mit a der jeweilige Bohrgang (Feingang) bezeichnet, mit b der Rückhub
im Schnellgang, mit c der Werkzeugvorschub im Schnellgang. Die Punkte I bis I3 entsprechen
jenen Stellen, an welchen die Kontaktschaltung zwischen Schnellrückgang und Schnellvorgang
erfolgt.
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Mit zunehmender Bohrtiefe nimmt, wie ersichtlich, auch der Zeitaufwand
für den Schnellrückgang b und den Schnellvorgang c zu, wodurch eine allmählich foftschreitentle
Verkürzung des Bohrganges a bedingt ist.
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Sollte dabei die am Schaltrelais eingestellte Zeit schließlich nur
mehr für den Schnellvorgang und Schnell rückgang ausreichen, so kann durch Änderung
der Zeiteinstellung im Relais auch noch eine ausreichende Zeitspanne für den Bohrgang
sichergestellt werden.
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Die eigentliche Vorschubvorrichtung kann als Bohreinheit in Reihenaufstellung
oder im Zusammenhang mit einer Vielspindelbohrmaschine verwendet werden. Der Bohrdruck
wird hierbei unabhängig von der Anzahl der aufgestellten Bohreinheiten durch die
besonders aufgestellte Pumpe erzeugt.