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Steuereinrichtung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit eines hydraulisch angetriebenen hin-und hergehenden Maschinenteiles
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit eines hy- draulisch angetriebenen hin-und hergehenden Maschinenteils, z. B. des Arbeitstisches einer Werkzeug- maschine mittels eines die Wechselbewegung erzeugenden Hydraulikzylinders od. dgl., welcher wech- selseitig mit Druckmittel über ein Umsteuerorgan bzw. durch eine über Null steuerbare Pumpe beauf- schlagt wird, deren Funktionsstellungen durch hydraulische Betätigungselemente mit den Weg begren- zenden Druckstücken erzielt werden.
An eine Steuereinrichtung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit eines hin-und hergehenden
Maschinenteils, z. B. des Arbeitstisches einer Werkzeugmaschine, werden je nach Art der Maschine und den gegebenen Bedingungen verschiedene Anforderungen gestellt. Bei Schleifmaschinen ist es in der Regel erforderlich, dem von einem Hydraulikzylinder bewegten Arbeitstisch eine gleichmässige Vorund Rücklaufgeschwindigkeit zu geben, wogegen z. B. bei Hobelmaschinen eine grössere Rücklaufgeschwindigkeit gefordert ist. Die konstruktive Gestaltung wird weiterhin durch die Gestaltung des den Arbeitstisch bewegenden Hydraulikzylinders bestimmt. Die Zuführung eines gleichen Ölstromes in beiden Bewegungsrichtungen wird demzufolge, bei gleicher Grösse der Kolbenflächen gleiche und bei ungleichen Kolbenflächen auch ungleiche Geschwindigkeiten zur Folge haben.
Die Gleichheit des Förderstromes mittels einer über Null steuerbaren Pumpe soll bei einer hydrostatischen Getriebeanordnung zur Erzeugung geradliniger Wechselbewegungen bei Arbeitsmaschinen dadurch erreicht werden, dass der Umsteuerko1benschieber und das Steuerorgan der Pumpe jeweils mit Führungszapfen in einer Kulisse der gemeinsamen Schwinge geführt sind. Der Schwenkpunkt des Steuerorgans der Pumpe liegt zwischen dem Gelenkpunkt der Schwinge und dem Schwenkpunkt des Umsteuerkolbenschiebers, welcher von einer der Förderung Null entsprechenden Mittelstellung aus, konstante Steuerhübe beiderseits ausführt.
Eine ebenfalls bekannte hydrostatische Steuereinrichtung für hin-und hergehende Bewegungen sieht vor, die Gleichheit des Förderstromes dadurch zu erreichen, dass Schwenkzapfen der Arbeitspumpe in eine der beiderseitigen Wegbegrenzungen dienende Klaue mit vorzugsweise V-förmigen Anschlagflächen eingreift, welche mittels eines bekannten Stellgetriebes einstellbar ist.
Während die vorgenannten Lösungswege einen Hydraulikzylinder mit beiderseits aus dem Zylinder herausragenden Kolbenstangen erfordern, wird die unterschiedliche Kolbenfläche bei Hydraulikzylindern mit einseitig aus dem Zylinder herausragender Kolbenstange dazu benutzt, unterschiedliche Geschwindigkeiten zu erzielen.
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So sind beispielsweise Steuersysteme an Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen der von beiden
Seiten beaufschlagbare Kolben eines hydraulischen Zylinders so beaufschlagt wird, dass der Leerlauf im
Eilgang zurückgelegt wird.
Ein Nachteil dieser Steuersysteme besteht darin, dass das Verhältnis der Geschwindigkeiten unbedingt an das Verhältnis der Kolbenflächen gebunden ist. Dieser Nachteil führt dazu, dass ein solches Steuer- system, so wie auch die vorgenannten Steuersysteme, nur speziellen Zwecken dienen können.
Es sind Steuereinrichtungen bekannt, mit welchen eine Anpassung an ein gewünschtes Flüssigkeit- stromverhältnis und damit an ein Geschwindigkeitsverhältnis erreicht wird, indem in der Zu- oder Rückflussleitung des Hydraulikzylinders Drosseln angeordnet sind. Neben der schwierigen Einstellung der
Drosseln und damit des Geschwindigkeitsverhältnisses, die infolge der Zustandsabhängigkeit des Me- diums durch dessen Erwärmung darüber hinaus noch ungenau ist, besteht der wesentlichste Nachteil solcher Steuereinrichtungen darin, dass durch die Drosselung des Mediums ein erhöhter Energieverbrauch eintritt, welcher sich in eine unerwünschte Erwärmung des Mediums umschlägt und damit veränderte
Betriebsbedingungen zur Folge hat.
Aufgabe der Erfindung soll es deshalb sein, eine Steuereinrichtung zur Regelung der Vorschubge- schwindigkeit eines hydraulisch betätigten hin-und hergehenden Maschinenteils zu schaffen, mit wel- cher es möglich ist, ohne konstruktive Änderung die Erzeugung des Förderstroms für den Hydraulikzy- linder in verschiedenen Verhältnissen zu gewährleisten. Weiterhin soll die Erfindung für Hydraulikzy- linder mit einseitiger und auch mit zweiseitiger Kolbenstange verwendbar sein und sowohl gleiche Geschwindigkeiten in beiden Bewegungsrichtungen als auch unterschiedliche Geschwindigkeiten ermöglichen. Das gewählte Geschwindigkeitsverhältnis soll dabei über den gesamten Regelbereich der Steuereinrichtung, d. h. zwischen der Geschwindigkeit Null und der maximalen Geschwindigkeit wirksam sein.
Die Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Druckstücke mit drehbaren und gegen axiale Bewegung gesicherten Stellspindeln durch Gewinde unterschiedlicher Steigung bewegungsabhängig verbunden sind, wobei beide Stellspindeln durch ein Getriebe verbunden sind.
Die wesentlichsten Vorteile der Erfindung liegen darin, dass die Steuereinrichtung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit bei einfachster Gestaltung eine vielseitige Verwendbarkeit garantiert. Mit der Wahl bestimmter Übersetzungsverhältnisse ist es dabei möglich, die Steuereinrichtung ohne konstruktive Veränderung sowohl für Hydraulikzylinder mit einseitiger als auch für Hydraulikzylinder mit beiderseitiger Kolbenstange zu verwenden und dabei gleiche als auch ungleiche Geschwindigkeiten zwischen Vor- und Rücklauf zu gewährleisten, deren Verhältnis über den gesamten Leistungsbereich der Pumpe zwischen Null und maximaler Leistung wirksam ist.
Weiterhin ist die Erfindung nicht nur zur Steuerung von über Null steuerbaren Pumpen verwendbar, sondern auch für solche Steuereinrichtungen, welche eine Pumpe mit gleicher Förderrichtung aufweisen, bei denen die wechselseitige Druckmittelbeaufschlagung mittels eines Umsteuerorgans beispielsweise eines Wegeventils und die Geschwindigkeitsregelung mittels Mengenreglern beispielsweise Drosseln erfolgt.
Besonders vorteilhaft sind die einfache Bedienung sowie die Verwendung im Rahmen des allgemein angestrebten Baukastensystems.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt und wird nachfolgend an diesen näher beschrieben. Es zeigen : Fig. l eine Steuereinrichtung mit auf einer Geraden angeordneter und gegeneinander wirkender Stellkolben und Fig. 2 eine Steuereinrichtung mit paralleler Anordnung der Stellkolben.
In einer Stelleinrichtung-l-einer nicht dargestellten über Null steuerbaren Pumpe sind zwei axial bewegliche, im entgegengesetzten Drehsinn auf einen Schwenkhebel --2-- wirkende Kolben --3,
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drehbar angeordneten und gegen axiale Bewegung gesicherten Stellspindeln 5'* bewegungsab- hängig verbunden. An den Stellspindeln-5, 5'-sind Zahnräder-6, 6'-in bekannter Weise drehfest und lösbar angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. l sind die entgegengesetzt, gegen das Ende des Schwenkhebels - 2-wirkenden Kolben-3, 3'-sowie die Druckstücke --4, 4'-- und die Stellspindeln-5, 5'-, koaxial angeordnet. In die Zahnräder --6, 6'-- greifen Zahnräder --7, 7'-- ein, welche in bekannter Weise mit einer Spindel-8-- drehfest und lösbar verbunden sind. Die mit gleicher Zahnteilung ver- sehenen Zahnräder-6, 6', 7, 7'-- besitzen unterschiedliche Zahnzahlen und sind untereinander austauschbar.
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Auf den Stellspindeln-5, 5'-sind analog dem ersten Ausführungsbeispiel Zahnräder --6, 6'-- angeordnet, welche über ein Zahnrad --9-- zwangsschlüssig verbunden sind.
Zur Herstellung der zwangsschlüssigen Verbindung ist das Zahnrad --9-- auf einer Schwinge --10-- drehbar und verstellbar be-
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6'und 9-besitzen unterschiedlicheZ hnezahlen und sind untereinander austauschbar.
Zur Gewährleistung der Richtungsgleichheit gegenüber dem Schwenkhebel--2-- bei der Verstellung der Druckstücke --4, 41¯¯, sind im ersten Ausführungsbeispiel das Druckstück --4-- mit der Stellspindel-5-- durch Rechtsgewinde und das Druckstück --41-- mit der Stellspindel--5'-- durch Linksgewinde bzw. umgekehrt bewegungsabhängig verbunden.
Im zweiten Ausführungsbeispiel haben beide Gewinde gleichen Richtungssinn, d. h. beide Stellspin- deln-5, 5'-mit den Druckstücken--4, 4'-sind mit Rechts- oder Linksgewinde ausgestattet.
Nach der Aufgabenstellung soll es die Erfindung ermöglichen, sowohl für Hydraulikzylinder mit einseitiger als auch für solche mit beiderseitiger Kolbenstange die gleiche Geschwindigkeit in beiden Bewegungsrichtungen bzw. ungleiche Geschwindigkeiten ohne konstruktive Änderung der Steuereinrichtung zu gewährleisten. Die erzielte Geschwindigkeit in der jeweiligen Bewegungsrichtung ist von der dem Hydraulikzylinder zugeführten Ölmenge und diese wieder von dem jeweiligen Ausschwenkwinkel des Schwenkhebels der über Null steuerbaren Pumpe abhängig.
Es muss deshalb gewährleistet sein, dass das Ausschwenken des Schwenkhebels --2-- in der jewei- ligen Schwenkrichtung so weit begrenzt wird, wie es die gewünschte Geschwindigkeit in der betreffenden Bewegungsrichtung fordert. Die Begrenzung des Schwenkwinkels erfolgt durch die Stellung der Druckstücke --4, 4'--, welche durch entsprechende Drehung der Stellspindeln --5, 5'-- bestimmt wird. Da durch die Zahnradverbindung zwischen den Stellspindeln --5, 5'-- eine Bewegungsabhängigkeit besteht, wird das Umdrehungsverhältnis zwischen den Stellspindeln-5, 5'-durch das Übersetzungsverhältnis bestimmt. Weiterhin ist die Stellung der Druckstücke --4, 4'-- von der Steigung des Gewindes bzw. dem Steigungsverhältnis zwischen den Stellspindeln --5, 5, -- abhängig.
Die Wirkung der Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel gezeigt werden, welches für einen Hydraulikzylinder mit einseitiger als auch beiderseitiger Kolbenstange verwendet werden soll.
Für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden als Beispiel folgende Angaben zugrundegelegt : a) Verhältnis der Gewindesteigung zwischen Stellspindel-5-und Stellspindel-5'-gleich 4 : 5, b) Zähnezahlen der Zahnräder gleich-22, 25, 30, 33-, c) Kolbenflächenverhältnis bei beiderseitiger Kolbenstange gleich 1 : 1, d) Kolbenflächenverhältnis bei einseitiger Kolbenstange gleich 51 : 6z gleich 25 :
36 Anordnung der Zahnräder und damit erzieltes Geschwindigkeitsverhältnis
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<tb>
<tb> Geschwindigkeitsverhältnis <SEP> zwischen <SEP> Vor- <SEP> und <SEP>
<tb> Fall <SEP> Zähnezahlen <SEP> der <SEP> nach <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> Rücklauf <SEP> des <SEP> vom <SEP> Hydraulikzylinder <SEP> angetriebenen
<tb> angeordneten <SEP> Zahnräder <SEP> Maschinenteils, <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kolbenanordnung
<tb> 6 <SEP> 6'7 <SEP> 7'beiderseits <SEP> einseitig
<tb> 1 <SEP> 33 <SEP> 22 <SEP> 25 <SEP> 30 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 44 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 33 <SEP> 22 <SEP> 30 <SEP> 25 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 694 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1
<tb> 3 <SEP> 22 <SEP> 33 <SEP> 25 <SEP> 30 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 56 <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 22 <SEP> 33 <SEP> 25 <SEP> 30 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP> 1 <SEP> :
<SEP> 3, <SEP> 24 <SEP>
<tb>
Für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wurden als Beispiel folgende Angaben zugrundegelegt : a) Verhältnis der Gewindesteigerung zwischen Stellspindel --5-- und Stellspindel --5'-- gleich 4: 5. b) Zähnezahlen der Zahnräder-20, 25, 36-- c) Kolbenflächenverhältnis bei beiderseitiger Kolbenstange gleich 1 :
1 d) Kolbenflächenverhältnis bei einseitiger Kolbenstange gleich 52 t 62 gleich 25. 36 Anordnung der Zahnräder und damit erzieltes Geschwindigkeitsverhältnis
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<tb> Geschwindigkeitsverhältnis <SEP> zwischen
<tb> Zähnezahlen <SEP> der <SEP> nach <SEP> Fig. <SEP> 2 <SEP> Vor- <SEP> und <SEP> Rücklauf <SEP> des <SEP> Hydraulikzylinders
<tb> Fall <SEP> angeordneten <SEP> Zahnräder <SEP> mit <SEP> Kolbenstangenanordnung
<tb> 6 <SEP> 9 <SEP> 6'beiderseits <SEP> einseitig
<tb> 1 <SEP> 36 <SEP> 25"20l <SEP> : <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 081 <SEP> : <SEP> 1
<tb> 2 <SEP> 36 <SEP> 20 <SEP> 25 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 87 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 25 <SEP> 36 <SEP> 20 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 44 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 20 <SEP> 36 <SEP> 25 <SEP> 1 <SEP> :
<SEP> 1, <SEP> 56 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 36 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 59 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 20 <SEP> 25 <SEP> 36 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 3, <SEP> 24 <SEP>
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Mit der Verwendung eines weiteren Zahnradpaares im Beispiel nach Fig. 1 würde sich die Anzahl der möglichen Fälle auf 8, und mit der Verwendung eines weiteren Zahnrades im Beispiel nach Fig. 2 würde sich die Anzahl der möglichen Fälle auf 12 erhöhen.
Mit der Vielzahl der möglichen Varianten ist gewährleistet, dass infolge der Anpassungsfähigkeit an die verschiedensten technischen und funktionellen Bedingungen eine weitgehende Verwendungsmög- lichkeit gegeben ist.
Neben der Anpassungsfähigkeit an die verschiedensten Bedingungen ist die Erfindung weiterhin nicht nur zur Steuerung von über Null steuerbaren Pumpen verwendbar, sondern auch für solche Steuereinrichtungen, welche eine Pumpe mit gleicher Förderrichtung aufweisen, bei denen die wechselseitige Druck- mittelbeaufschlagung mittels eines Untsteuerorganes beispielsweise eines Wegeventils und die Geschwindigkeitsregelung mitteils Mengenregler beispielsweise Drosseln erfolgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steuereinrichtung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit eines hydraulisch angetriebenen hin-und hergehenden Maschinenteils, z. B. des Arbeitstisches einer Werkzeugmaschine mittels eines die Wechselbewegung erzeugenden Hydraulikzylinders od. dgl., welcher wechselseitig mit Druckmittel über ein Umsteuerorgan bzw. durch eine über Null steuerbare Pumpe beaufschlagt wird, deren Funktionsstellungen durch hydraulische Betätigungselemente mit den Weg begrenzenden Druckstücken erzielt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstücke (4, 4') mit drehbaren und gegen axiale Bewegung gesicherten Stellspindeln (5,5') durch Gewinde unterschiedlicher Steigung bewegungsabhängig verbunden sind, wobei beide Stellspindeln durch ein Getriebe verbunden sind.